Курсовая. Экологический мониторинг Курсовая работа. Экологический мониторинг и методы контроля загрязнения атмосферы

• Название: Экологический мониторинг и методы контроля загрязнения атмосферы
• Анкор: Курсовая
• Дата: 03.05.2022
• Размер: 88.44 Kb.
• Имя файла: Экологический мониторинг Курсовая работа.docx
• Тип: Курсовая; #509119
• страница: 2 из 4

Методы мониторинга атмосферного воздуха

1. Понятие мониторинга атмосферного воздуха

Атмосферный воздух – это уникальная смесь газов, которая дает возможность существовать громадному биоразнообразию живых существ на планете. Поэтому важно поддерживать чистоту и естественный состав воздуха. Мониторинг атмосферного воздуха на содержание вредных примесей требуются по ГОСТу 17.2.3.01-86 и дают представление о содержании определенных веществ в атмосфере.

Такие наблюдения помогают контролировать экологическую обстановку, что особенно важно в промышленных зонах или в населенных пунктах с высоким потоком автотранспорта. Мониторинг загрязнения атмосферы производится на постах, так как требует работы точного оборудования. Приборы могут быть установлены в павильонах или в автомобильных лабораториях.

Все наблюдательные посты делят на три типа по методу организации работы:

• 
  Стационарные. Главная задача – оценка состояния атмосферного воздуха в долгосрочной перспективе.
  
• 
  Маршрутные. Оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха в нескольких точках.
  
• 
  Передвижные. Исследования на подфакельных территориях.
  

Стационарные существуют длительное время, обычно расположены на благоприятной для наблюдений местности предназначены для постоянной оценки загрязнения атмосферного воздуха в течение максимально длительного периода. Все выводы о годовом изменении концентраций в определенных регионах базируются в основном на данных таких постов. На них производится плановый, регулярный отбор проб для последующего комплексного анализа. На стационарных постах могут проводиться исследования, как по общей загрязненности атмосферы, так и по оценке содержания конкретных веществ.

Маршрутные посты также занимаются регулярным отбором проб в таких точках, в которых особенности местности не позволяют создать постоянный павильон. Задача – детальное изучение состав воздуха на обозначенной территории.

Особенности:

• 
  Наблюдения производятся с помощью автотранспорта.
  
• 
  Замеры производятся в выбранных точках.
  
• 
  Передвижная лаборатория в среднем посещает 3-5 точек за день, но особенности оборудования позволяют проводить до десятка замеров за день.
  
• 
  Порядок посещения точек обязательно должен быть одинаковым – как и время посещения точки.
  

Передвижной пост называют также подфакельным, потому что его устанавливают под газовым факелом для контроля его действия на состав атмосферы.

Особенности:

• 
  Наблюдения также производятся из автотранспорта.
  
• 
  Посты расположены на некотором удалении от факела – расстояние определяется для каждого конкретного случая.
  
• 
  Посты перемещаются и производят замеры в разных точках за маленький промежуток времени.
  

Все посты наблюдения в обязательном порядке размещаются на открытой местности, на твердой почве или на твердом покрытии.

Существует всего три программы наблюдения.

1. 
   Полная программа заключается в расчете разовых и среднесуточных концентраций определенной категории веществ. Соответственно, наблюдения и замеры проводятся ежедневно. На данный момент регистрация осуществляется с помощью автоматики. Замеры проводят не менее 4 раз. Стандартное время для замеров – час ночи, семь часов утра, час дня и семь часов вечера.
   
2. 
   Неполная программа подразумевает ежедневные исследования для установления разовых концентраций трижды в день – замеры не проводят ночью.
   
3. 
   Сокращенная программа – это размеры дважды в светлое время суток. Наблюдения по сокращенной программе проводят в местах с благоприятной экологической обстановкой – в зеленых зонах, расположенных далеко от промышленных кварталов. Исследования по сокращенной программе и неполной можно проводить по скользящему графику, сдвигая время измерения.
   

Все три программы позволяют получить данные для расчета среднемесячной и среднегодовой концентрации.

Перед установкой проводятся специальные подготовительные мероприятия:

• 
  Рассчитывают все возможные примеси, а также проводят предварительные расчеты их концентраций, основываясь на информации от других постов наблюдения, а также от экологических служб промышленных предприятий.
  
• 
  Изучают особенности застройки и рельефа местности.
  
• 
  Изучают перспективы развития предприятий и строительства в выбранной местности.
  
• 
  Изучают состояние энергетики.
  
• 
  Рассчитывают предполагаемое влияние транспорта на уровень загрязнения.
  
• 
  В обязательном порядке проводят комплексные метеорологические исследования.
  

Количество стационарных павильонов в населенном пункте зависит от экологической обстановки, количества населения, от соотношения зеленых и жилых зон. Рекомендуемая плотность для населенных пунктов с неблагоприятной экологической обстановкой составляет один пост на 5-10 км. Важно располагать посты равномерно с различных функциональных зон: промышленной, жилой, зеленой. Также требуется проводить замеры рядом с крупнейшими автомобильными магистралями.

В настоящее время для обеспечения оптимальных условий наблюдений в России производятся стандартизированные павильоны типа «ПОСТ» со стандартизированным оборудованием. Существует несколько модификаций комплекта оборудования. Так как замеры производятся с помощью стандартных моделей оборудования, исключаются серьезные инструментальные неточности – все аппаратные ошибки будут лежать в одном диапазоне.

Стационарные функционируют и проводят наблюдения круглогодично и ежедневно, независимо от метеорологических условий.

Оценка загрязнения атмосферного воздуха имеет большое значение для экологии – на основе полученных данных можно предсказать превышение ПДК, а также разработать комплекс мер по снижению вреда от примесей.

Исследование атмосферного воздуха проводится с такими целями:

• 
  Обеспечить экологическую безопасность для проживающих в районах промышленного загрязнения.
  
• 
  Собрать сведения о динамике концентрации примесей вредных веществ в атмосферном воздухе.
  
• 
  Разработать меры уменьшения вреда от факельных выбросов.
  
• 
  Проконтролировать количество углеродных выбросов от автотранспорта, не допустить стремительного роста загрязнения.
  
• 
  Создать базу данных по отдельным территориям.
  
• 
  Предсказать возможность и целесообразность размещения промышленных объектов в тех или иных регионах.
  

Таким образом, посты для мониторинга выполняют важнейшие функции, помогая собирать информацию, которую затем будут обрабатывать экологи. Непрерывное исследование воздуха – одно из основных направлений защиты окружающей среды. Со временем способы и методы модифицируются, исследования становятся проще и доступнее. На данный момент мониторинг проводится повсеместно.

2. 
   Методы мониторинга атмосферного воздуха
   

Первоначальные попытки исследования атмосферы были заложены М.В. Ломоносовым. Первая служба погоды возникла в Российской федерации в 1872 г. Большим количеством исследований доказана взаимосвязь между загрязнение атмосферы и метеорологическими параметрами.

Метеорология - дисциплина о земной атмосфере, её строении, свойствах и совершающихся в ней действиях. Свойства атмосферы и совершающиеся в ней процессы рассматриваются во взаимосвязи со свойствами и воздействием подстилающей поверхности (суши и моря). Основная цель метеорологии - прогнозирование погоды в разные сроки.

Метеорологические станция - основная составляющая постоянных исследований за состоянием атмосферы. Предназначена с целью:

· Замера температуры, давления и влажности воздуха;

· Скорости и направления ветра;

· Контролирование облачности, уровня осадков, видимости, солнечной радиации.

Различают метеостанции наземные и дрейфующие, устанавливаемые на судах, на буях в открытом море.

Наземная система получения данных имеет 65 центров по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, 21 гидрометеорологический центр, 21 гидрометеорологическую обсерваторию, 16 гидрометеобюро, 18 авиаметеорологических центров, 343 авиаметеостанции, 22 центра мониторинга загрязнения окружающей среды, 16 гидрометеорологических станций в Антарктиде, 17 ионосферно-магнитных и 30 озонометрических станций. На 1450 станций и постах ведутся радиометрические измерения. Загрязнение атмосферного воздуха формируется на 687 станциях в 299 городах.

Методы зондирования атмосферного воздуха. Ракетное исследование используется с целью зондирования верхних слоев атмосферы: слой от 15-20 до 80-120 километров (стратосфера и мезосфера), в коем находится значительная часть озоносферы и нижней ионосферы и наиболее высокие слои термосферы и экзосферы.

Для исследования средней атмосферы применяются метеорологические ракеты, поднимающиеся до высот 80-100 километров. Они могут быть жидкостно - и твердотопливными. Главными параметрами, измеряемыми с помощью синоптических ракет, считаются: давление, температура, плотность и газовый состав воздуха. В зависимости от программы изучений могут измеряться и прочие свойства.

Для исследования верхней атмосферы используются мощные геофизические ракеты, поднимающиеся до высот более 100-150 километров. Производятся измерения насыщенности солнечного и космического излучения, оптических свойств атмосферы, его термодинамических и электрических свойств, характеристик магнитного поля Земли. Наравне с ракетными зондированием, имеющим отношение к непосредственным методам измерений, для исследования верхней атмосферы используются и косвенные методы с применением радиолокации, метеолидаров, СВЧ, оптической техники.

Система ракетного зондирования состоит из самой ракеты, оборудованной измерительными устройствами и наземного измерительного комплекса, под которым подразумевается комплекс наземных радиотехнических средств, назначенных для приема телеметрических данных о параметрах атмосферы и с целью измерения координат ракеты в период полета.

Доставка приборного контейнера на землю совершается с помощью парашюта.

Метод эхо - и радиолокации. Эхолокатор - зондирование атмосферы с помощью звуковых волн. Дает возможность выявлять зоны крупномасштабных изменений плотности атмосферы.

Радиолокатор, РЛС - исследование атмосферы радиоволнами с длинами от метрового до миллиметрового диапазона. Дает возможность раскрывать разнообразные объекты естественного и искусственного возникновения, передвигающиеся в атмосфере, устанавливать их расстояние и скорость (используя эффект Доплера).

Радиолокация осуществляется тремя методами:

1) облучение объекта и принятие отображенного от него излучения;

2) облучение предмета и прием переизлученных (ретранслируемых) им волн;

3) прием радиоволн, излученных лично объектом.

Лидар - прибор для выполнения лазерного зондирования атмосферы в оптическом диапазоне спектра. В общем значении лазер в лидаре применяется как импульсный ресурс сосредоточенного светового излучения. В отличие от радиодиапазона, в световом спектре частот из-за малости длин волн в особенности видимого и ультрафиолетового излучения отражателями локационного сигнала считаются все молекулярные и аэрозольные элементы атмосферы, т.е. по сути дела самостоятельно атмосфера создает лидарный эхо-сигнал со всей трассы зондирования. Данное дает возможность реализовывать лазерное исследование по различным направлениям в атмосфере.

Принцип лазерного зондирования атмосферы состоит в том, то что лазерный луч при собственном распространении рассеивается молекулами и неоднородностями воздуха, молекулами содержащихся в нем примесей, частицами аэрозолей, частично впитывается и изменяет собственные физические характеристики (частоту, форму импульса и т.д.). Возникает свечение (флюоресценция), то что дает возможность качественно и количественно рассуждать о разных параметрах воздушной среды (давлении, температуре, влажности, сосредоточения газов).

Лазерное зондирование атмосферы осуществляется в большей степени в ультрафиолетовом, видимом и микроволновом спектре. Применение лидаров с большой частотой следования импульсов небольшой продолжительности дает возможность исследовать динамику стремительно протекающих процессов в малых объемах и в значительных толщах атмосферы.

Метод оптической локации. Аналогичен методу эхо - и радиолокации.

Метод комбинационного рассеяния. При рассеянии света газовыми молекулами совершается сдвиг частоты рассеянного излучения. Комбинационный сдвиг частот имеет любая молекула газа, что свойственно только для нее. Среда, состоящая из газовых молекул, содержит только ей свойственный комбинационный спектр. Его регистрация дает возможность установить наличие примесей исследуемый среде посредством анализа сдвига полос поглощения.

Из-за небольшого сечения комбинационного рассеяния данный способ используется на маленьких расстояниях - несколько десятков метров (к примеру, для контроля вредоносных выбросов из домовых труб).

Метод резонансной флюоресценции. Базируется на возможности молекул флюоресцировать под влиянием излучения. К примеру, молекулы CO флюоресцируют при облучении излучением с =4,6 мкм, а молекулы NO2 - при облучении аргоновым лазером с =488 нм.

Сечение флюоресценции намного выше сечения комбинационного рассеяния, по этой причине этот способ наиболее чувствителен.

Метод регистрации проходящего излучения. Метод основан на регистрации протекающего через среду излучения "в просвет", если основной лазерный генератор и датчик находятся по различные стороны от исследуемого объекта.

С использованием отражателей генератор и приемник находятся вблизи.

Метод имеет наиболее высокую восприимчивость из всех, однако может использоваться только лишь с целью измерения интегральной концентрации только вдоль траектории луча.

Дифференциальный метод. Совмещает в себе метод поглощения и обратного рассеяния.

Биоиндикационные методы. Биоиндикация - метод, который дает возможность оценивать состояние окружающей среды по факту встречи, отсутствия, отличительным чертам развития организмов - биоиндикаторов. Мощнейшее антропогенное влияние на фитоценозы оказывают загрязняющие элемента в окружающем воздухе, такие, как диоксид серы, оксиды азота, углеводороды и др. Среди них более типичным считается диоксид серы, возникающий при сгорании серо содержащего горючего (работа предприятий теплоэнергетики, котельных, отопительных печей населения, а кроме того автотранспорта, в особенности дизельного).

Методы контроля газового состава атмосферного воздуха. Отбор проб воздуха при анализе газо - и парообразных примесей осуществляется за счет протягивания воздуха через специализированные твердые либо жидкие поглотители, в каковых газовая примесь конденсируется или адсорбируется.

В последние года в качестве сорбентов для концентрирования микропримесей применяют растворимые неорганические хемосорбенты, пленочные полимерные сорбенты, позволяющие улавливать из загрязненного воздуха наиболее разнообразные химические элементы. Значимым плюсом полимерных сорбентов считается их гидрофобность (влага атмосферы не сосредоточивается в ловушки и не препятствует анализу) и способность удерживать в течении продолжительного времени без перемены начальной структуры пробы.

Контроль концентраций газо - и парообразных примесей атмосферного воздуха производится с помощью газоанализаторов, позволяющих реализовывать моментальный и непрерывный контроль содержания в нем вредоносных примесей.

3. 
   Критерии оценки состояния атмосферного воздуха
   

Критерии – это гигиенические нормативы качества атмосферного воздуха, предельно допустимые концентрации (ПДК). Для каждого загрязнителя есть научно обоснованный допустимый предел. Основные нормы были разработаны во времена СССР. Сейчас, при необходимости, списки дополняются. В списке ПДК содержится более 400 отдельных веществ или их комбинаций. Для каждого вещества установлен класс опасности (от 1 до 4).

Для основных загрязняющих веществ рассчитывают три типа ПДК:

• 
  ПДК рабочей зоны.
  
• 
  Среднесуточная ПДК для воздуха в жилых районах.
  
• 
  Максимальная разовая ПДК.
  

ПДК рабочей зоны измеряется в миллиграммах на кубический метр и показывает допустимую концентрацию вещества в рабочей зоне. Нормативы установлены таким образом, чтобы исключить вред здоровью. При подборе значения ПДК оценивали, в том числе, долговременные эффекты на здоровье. ПДК рабочей зоны установлен для производств, на которых сотрудники работают 8 часов в смену. Если рабочий день другой продолжительности, то может потребоваться пересчет. При соблюдении нормы санитарная обстановка по качеству воздуха будет безвредной для здоровья персонала.

Среднесуточная ПДК – максимально возможная средняя концентрация при замерах в течение суток. С точки зрения гигиенистов, это важнейший норматив качества атмосферного воздуха.

Максимальная разовая ПДК – это предел допустимой концентрации при разовом замере. Характеризуется тем, что при соблюдении норм, воздух безопасен для вдыхания в течение 30 минут.

В Российской Федерации утверждено и действует более тысячи нормативов для предельно допустимых концентраций. В РФ одна из самых больших баз нормативной документации по загрязнению воздуха. Это связано с работой на территории страны большого количества предприятий – загрязнителей воздуха.

Важны не только гигиенические характеристики, но и статистические показатели, такие как:

• 
  Повторяемость превышения нормы для конкретного вещества.
  
• 
  Измеряется в процентах.
  
• 
  Повторяемость превышения нормы более чем в 5 раз.
  
• 
  Измеряется в процентах.
  
• 
  Количество случаев превышения нормы более чем в 10 раз.
  
• 
  Целочисленное значение.
  

Кроме гигиенических и статистических, существуют более сложные показатели качества воздуха, требующие расчетов.

Основные показатели:

• 
  Индекс загрязнения атмосферы. Рассчитывается по нескольким примесям сразу. Зависит от среднегодовых концентраций отдельных примесей. Отражает уровень загрязнения в длительной временной перспективе.
  
• 
  Стандартный индекс. Показывает максимальную концентрацию среди всех разовых замеров, деленную на предельно допустимую концентрацию. Понятно, что в идеале этот индекс должен быть меньше единицы. Позволяет отследить кратковременное загрязнение.
  
• 
  Наибольшая повторяемость. Это процентная величина. Показывает процент превышения нормы в течение года на одной территории для одного загрязняющего вещества.
  

В зависимости от индекса загрязнения атмосферы выделяют несколько уровней загрязнения:

• 
  ИЗА до 6 – это повышенный уровень.
  
• 
  До 13 – высокий.
  
• 
  Более 14 – очень высокий.
  

Подобные расчеты существуют и для двух других показателей – стандартного индекса (до 20%, до 40%, более 40%) и наибольшей повторяемости (рассчитывается индивидуально, в зависимости от характера местности).

Кроме ПДК существует такое понятие как предельно допустимые выбросы – ПДВ. Это норматив, который предназначен для контроля над загрязнением на предприятиях, производящих выбросы в воздушную среду. ПДВ требуется для нормирования выбросов, так как полностью исключить или сократить их невозможно. ПДВ зависит от ПДК – при соблюдении норм ПДВ, ПДК на территории будут соответствовать норме.

ПДВ устанавливают отдельно для каждого вещества в производственной отрасли. Для некоторых важных производств может быть сделано исключение – с условием постепенного снижения выбросов при переходе на более совершенные и экологичные технологии.

К сожалению, статистика гласит, что на территории РФ соблюдают ПДВ не более четверти от всех работающих предприятий. Остальные работают с превышением уровня ПДВ, хотя и с соблюдением остальных норм по загрязнению атмосферного воздуха.

4. 
   Правовые основы экологического мониторинга в РФ
   
5. 
   
   

Правовую основу экологического мониторинга составляют, прежде всего, положения Конституции РФ [1]. Так, согласно ч. 1 ст. 9 Конституции РФ, земля и другие природные ресурсы используются и охраняются в Российской Федерации как основа жизни и деятельности народов, проживающих на соответствующей территории. Исходя из этого положения, каждый имеет право на благоприятную окружающую среду (ст. 42 Конституции РФ).

При этом, в отличие от многих других прав, реализация которых обусловлена необходимостью совершения активных действий самим правообладателем, право на благоприятную окружающую среду не только гарантируется, но и обеспечивается непосредственно государством. Механизм его обеспечения – это и есть механизм государственного управления природопользованием и охраной окружающей среды.

На федеральном уровне правовые основы осуществления экологического мониторинга закреплены в целом ряде законов и подзаконных актов. В числе таковых прежде всего следует назвать Федеральный закон от 10.01.2002 № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» [3]. Именно данный закон (ст. 1) содержит легальное определение термина «государственный экологический мониторинг», согласно которому государственный экологический мониторинг (государственный мониторинг окружающей среды) - комплексные наблюдения за состоянием окружающей среды, в том числе компонентов природной среды, естественных экологических систем, за происходящими в них процессами, явлениями, оценка и прогноз изменений состояния окружающей среды.

Далее, Федеральный закон «Об охране окружающей среды» определяет полномочия различных уровней государственной власти в сфере осуществления государственного экологического мониторинга. Так, в ст. 5 данного закона к полномочиям органов государственной власти Российской Федерации в сфере отношений, связанных с охраной окружающей среды, в частности, отнесены:

- установление порядка осуществления государственного экологического мониторинга (государственного мониторинга окружающей среды), порядка организации и функционирования единой системы государственного экологического мониторинга (государственного мониторинга окружающей среды), формирование государственной системы наблюдений за состоянием окружающей среды и обеспечение функционирования такой системы;

- установление порядка создания и эксплуатации государственного фонда данных государственного экологического мониторинга (государственного мониторинга окружающей среды) (далее также - государственный фонд данных), перечня видов включаемой в него информации, порядка и условий ее представления, а также порядка обмена такой информацией;

- создание и эксплуатация государственного фонда данных.

Статья 6 относит к полномочиям органов государственной власти субъектов Российской Федерации в сфере отношений, связанных с охраной окружающей среды, участие в порядке, установленном нормативными правовыми актами Российской Федерации, в осуществлении государственного экологического мониторинга (государственного мониторинга окружающей среды) с правом формирования и обеспечения функционирования территориальных систем наблюдения за состоянием окружающей среды на территории субъекта Российской Федерации, являющихся частью единой системы государственного экологического мониторинга (государственного мониторинга окружающей среды (абзац 6).

В то же время, Федеральный закон «Об охране окружающей среды» содержит отдельную главу X «Государственный экологический мониторинг (государственный мониторинг окружающей среды)», состоящую из трех статей. Статья 63 предусматривает, что государственный экологический мониторинг осуществляется в рамках единой системы государственного экологического мониторинга федеральными органами исполнительной власти, органами государственной власти субъектов Российской Федерации в соответствии с их компетенцией, установленной законодательством Российской Федерации, посредством создания и обеспечения функционирования наблюдательных сетей и информационных ресурсов в рамках подсистем единой системы государственного экологического мониторинга (государственного мониторинга окружающей среды), а также создания и эксплуатации уполномоченным Правительством Российской Федерации федеральным органом исполнительной власти государственного фонда данных. Соответственно, в ст. 63.1. определяются цели, задачи, структура и функции Единой системы государственного экологического мониторинга (государственного мониторинга окружающей среды).

В свою очередь, ведение различных подсистем единой системы государственного экологического мониторинга регламентируется различными кодексами, федеральными законами и подзаконными правовыми актами.

Подсистему единой системы государственного экологического мониторинга составляет мониторинг атмосферного воздуха. Ст. 23 Федерального закона от 04.05.1999 № 96-ФЗ «Об охране атмосферного воздуха» [2] определяет, что в целях наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха, комплексной оценки и прогноза его состояния, а также обеспечения органов государственной власти, органов местного самоуправления, организаций и населения текущей и экстренной информацией о загрязнении атмосферного воздуха Правительство Российской Федерации, органы государственной власти субъектов Российской Федерации, органы местного самоуправления организуют государственный мониторинг атмосферного воздуха и в пределах своей компетенции обеспечивают его осуществление на соответствующих территориях Российской Федерации, субъектов Российской Федерации и муниципальных образований.