Мониторинг состояния атмосферного воздуха

 

Наблюдения за состоянием атмосферного воздуха проводятся в районах интенсивного антропогенного воздействия (городах, промышленных и агропромышленных центрах и т.д.) и в районах, удаленных от источников загрязнения (фоновые наблюдения). Их основная задача - определение уровня загрязнения атмосферы, выявление источников загрязнения, получение информации, необходимой для оценки и прогнозирования состояния воздушной среды.

Для контроля состояния воздуха в населенных пунктах используются три категории постов наблюдений: стационарные, маршрутные, передвижные (подфакельные). Стационарные посты предназначены для регулярного отбора проб воздуха в целях последующего лабораторного анализа, а также для непрерывной регистрации содержания загрязняющих веществ в атмосфере. Маршрутные посты осуществляют регулярный отбор проб воздуха в фиксированных точках местности с помощью передвижной лаборатории на автомашине. Передвижные подфакельные посты служат для отбора проб под дымовыми или газовыми факелами источников загрязнения с целью определения зоны их влияния.

Стационарные пункты наблюдений оснащены лабораторными установками "Пост-1" и "Пост-2". Они представляют собой утепленные, обитые дюралевыми ячейками павильоны, в которых имеются комплекты приборов и оборудования для отбора проб воздуха, измерения ряда метеорологических показателей: скорости и направления ветра, температуры и влажности воздуха. Установки "Пост-2" отличаются более высокой производительностью и степенью автоматизации. Они оснащены автоматизированным прибором "Компонент" с узлом отбора для определения запыленности воздуха, оборудованы самописцами для регистрации относительной влажности и температуры воздуха. В лабораториях "Пост-1" и "Пост-2" могут устанавливаться газоанализаторы для определения содержания двуокиси серы, окиси углерода и других загрязнителей.

Число стационарных пунктов определяется в зависимости от численности населения (в городах с количеством жителей в 200-500 тыс. человек сеть должна состоять из 3-5 постов, в городах с населением 1 млн. человек - 10-20 установок), площади заселенной территории, рельефа местности, уровня развития промышленности и других факторов. Наблюдения по полной программе выполняются непрерывно (при использовании автоматических газоанализаторов) или дискретно в 1, 7, 13 и 19 часов по местному декретному времени. Сеть мониторинга качества воздуха в 1997 г. включала 710 станций, расположенных и 260 городах РФ.

Ценную информацию о состоянии атмосферы может дать использование аэрокосмических методов. Они позволяют выявить крупные источники загрязнения, с помощью спектрометрической индикации определить концентрацию аэрозолей и ряда химических соединений (окиси углерода, двуокиси серы, окислов азота и др.), установить ареалы загрязнения воздушной среды на региональном и даже глобальном уровнях.

Как отмечалось выше, в практику мониторинга внедряется автоматизированная система наблюдений и контроля окружающей среды (АНКОС). Она предназначена для автоматизированного сбора, обработки и передачи и передачи информации об уровне загрязнения атмосферного воздуха крупных городов и промышленных центров. Система включает в себя информационно-управляющий вычислительный комплекс, который нацелен на получение оперативных (краткосрочных) прогнозов уровня загрязнения атмосферы. Частота выдачи информации автоматизированной системы может колебаться от нескольких минут до нескольких часов

На стационарных постах проводятся наблюдения за основными загрязняющими веществами (пылью, двуокисью серы, окисью углерода, двуокисью азота) и специфическими веществами, перечень которых устанавливается в каждом конкретном случае. К контролируемым веществам относятся пары серной кислоты, аммиак, сероводород, сероуглерод, фенол, фтористый водород, хлор и др. Важное место отводится определению концентрации тяжелых металлов (ртути, свинца, цинка и др.), ведутся работы по организации контроля за содержанием углеводородов и озона. В зоне влияния атомных электростанций (АЭС) и других источников выделения радиоактивных веществ проводится контроль за радиоактивным загрязнением воздуха.

В настоящее время в воздушном бассейне городов страны контролируется содержание около 80 веществ и элементов. Для большинства из них установлено два норматива: максимально разовая ПДК (осреднённая за 20-30 минут) с целью предупреждения рефлекторных реакций у человека и средняя суточная ПДК с целью предупреждения общетоксического, канцерогенного и других видов воздействий при неограниченно длительном вдыхании. Кроме того, выделены классы опасности веществ: I – чрезвычайно опасные, II – высоко опасные, III – умеренно опасные, IY – мало опасные.

Для оценки степени загрязнения атмосферного воздуха используются как санитарно-гигиенические, так и экологические критерии. Обычно о степени загрязнения судят по кратности превышения ПДК с учетом класса опасности, суммации биологического действия загрязненного воздуха и частоты превышения ПДК. В целях повышения надежности оценки результатов измерений и исключения случайных величин производится статистическая обработка данных с тем, чтобы получить то их значение, которое в 95% случаев будет на уровне или ниже расчетной концентрации (С 95). Кратность превышения (К) рассчитывается путем деления величины С95 на максимальную разовую ПДК:

 

К=С95/ПДК,

 

Оценка степени загрязнения атмосферного воздуха применительно к выделению кризисной ситуации или зоны экологического кризиса (ЭК) и катастрофической ситуации или зоны экологического бедствия (ЭБ) про­изводится исходя из данных табл. 3.(Критерии оценки…,1992).

 

Таблица 3. Критерии оценки степени загрязнения атмосферного воздуха по максимально разовым концентрациям

 

Показатели класса опасности	Зона ЭК	Зона ЭБ
	״К״	% измерений выше ПДК	״К״	% измерений выше ПДК
I класс II класс III класс IYкласс	3-5 5-7,5 8-12,5 12,5-20	>30 >30 >50 >50	>5 >7.5 >12.5 >20	>30 >30 >50 >50

 

В качестве экологических показателей, характеризующих воздействие загрязненного воздуха на природную среду (растительность, почвы подземные воды и др.), могут выступать критические нагрузки и критические уровни загрязняющих веществ. Они рассматриваются как максимальные значения выпадений или концентрации в воздухе загрязняющих веществ, которые в долговременном плане не оказывают вредного воздействия на экосистемы и их компоненты. Критические уровни некоторых загрязнителей, влияющих на растительность наземных экосистем, приведены в табл. 4.(Критерии оценки …,1992).

 

Таблица 4. Критические уровни загрязнения воздуха для растительности наземных экосистем применительно к выделению зон экологического кризиса (ЭК) и бедствия (ЭБ)

 

Показатели, мкг/м3	Норма	Зона ЭК	Зона ЭБ	Время воздействия
Двуокись серы   Двуокись азота   Фтористый водород	<20   <30   <3	100-200   200-300   10-20	>200   >300   >20	Среднегодовое   Среднегодовое   Долговременное

 

Для оценки степени загрязнения воздушного бассейна используется суммарный санитарно-гигиенический критерий индекс загрязнения атмосферы (ИЗА). Он представляет собой относительный показатель, величина которого зависит от концентрации вещества в анализируемой точке, его ПДК и количества веществ, загрязняющих атмосферу. Индекс загрязнения определяется по формуле

 

 

ИЗА=∑ [C_i / ПДК_i ]^K_i

 

где Сi - концентрация i-того вещества; ПДКi- ПДК i-того вещества; Кi - коэффициент, учитывающий класс опасности i-го вещества.

Величины ИЗА, меньшие 2,5, соответствуют чистой атмосфере; 2,5-7,5 - слабо загрязненной атмосфере; 7,5-12,5 загрязнённой атмосфере; 12,5-22,5 - сильно загрязненной атмосфере; 22,5 - 52,5 - высоко загрязненной атмосфере; более 52,5 - экстремально загрязнённой атмосфере.

Информация, полученная в процессе наблюдений, по степени срочности подразделяется на экстренную, оперативную и режимную. Экстренная информация содержит сведения о резких изменениях уровня загрязнения воздуха. Она немедленно передается местным органам для принятия соответствующих решений. Оперативная информация содержит обобщенные результаты наблюдений за месяц, а режимная - за год. Оперативные и режимные данные используются для прогнозирования загрязнения воздуха и планирования мероприятий по охране окружающей природной среды.

При составлении прогнозов учитывается, что распространение загрязнений в воздухе связано в первую очередь с метеорологическими условиями переноса примесей от источников воздействия. Поэтому при наличии прогноза метеоусловий и выявлении зависимостей между ними и загрязнением можно рассчитать уровень последнего. В настоящее время задача прогноза реализуется либо в макро-, либо в мезомасштабе. Базовой информацией при этом служат общие прогнозы погоды, детализированные с учетом специфики, вносимой городской застройкой. Наиболее информативными параметрами для прогноза загрязнения являются: скорость и направление ветра, температурная стратификация, турбулентный обмен и осадки. На основе их комбинаций рассчитывается метеорологический потенциал загрязнения атмосферы, прогноз которого служит важнейшей предпосылкой для составления прогноза загрязнения воздуха.

Прогнозирование ПЗА и уровня загрязнения позволяет принять определенные меры по регулированию выбросов в атмосферу с целью предотвращения высоких концентраций. При неблагоприятных метеорологических условиях в периоды опасного для населения загрязнения предприятия должны снизить выбросы вплоть до частичной или полной остановки производства.