Методы контроля за состоянием загрязнения атмосферы. Контроль загрязнения воздушной среды

Воздух представляет собой смесь определенных газов, повсюду на Земле представленных приблизительно в равных объемных долях. Загрязнение воздуха имеет место в том случае, если в смеси имеются вещества в таких количествах и так долго, что создают опасность для человека, животных и растений. От загрязнения воздуха страдают все живые организмы, но особенно растения. По этой причине растения, в том числе низшие, наиболее пригодны для обнаружения начального изменения состава воздуха. Соответствующие индексы дают количественное представление о токсичном эффекте загрязняющих воздух веществ .

Общие выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух от промышленных предприятий по Белгородской области за период с 2008 по 2012 г. растёт. Абсолютные объемы выбросов, отходящих от стационарных источников в сравнении с 2008 годом (115,5 тыс. т) на 2012 г. составили 133,9 тыс. т, в том числе по основным промышленным центрам: городам Белгороду – 7,81 тыс. т, Губкину – 26,97 тыс. т, Старому Осколу – 66,26 тыс. т.

В 2012 году организациями города на проведение природоохранных мероприятий по уменьшению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу было использовано 5,1 млн. рублей, что обеспечило снижение выбросов. В результате принятых мер (выполнение воздухоохранных мероприятий) в 2012 г. было уловлено и обезврежено 208,7 тыс. т. (96,4 %) загрязняющих веществ. Экстремально высоких уровней загрязнения атмосферы за многолетний период наблюдений не выявлено .

Это говорит нам о том, что такое качество воздуха достигнуто в результате реализации региональных программ по снижению негативного воздействия производства, предотвращению природных и техногенных рисков, деятельности предприятий по снижению выбросов загрязняющих веществ, внедрению новых технологий, а также работе государственных органов в области контроля и охраны окружающей среды.

Важнейшим условием функционирования системы управления качеством окружающей среды является наличие полной и достоверной информации о степени вредного влияния на нее результатов антропогенной деятельности. Работы по оценке масштабов этого влияния на атмосферный воздух в соответствии с законом Российской Федерации «Об охране атмосферного воздуха» проводятся в рамках «Государственного учета вредных воздействий на атмосферный воздух и их источников».

В этом вопросе особое внимание уделяется мониторингу окружающей среды, а также контролю за соблюдением природоохранного законодательства в регионах, которые характеризуются высокой техногенной нагрузкой.

Современная биосфера адаптирована к существующему климату и к химическому составу атмосферы Земли. Состав сухого незагрязненного воздуха у земной поверхности в объемных процентах выражается следующими цифрами: азот – 78,08 %; кислород – 20,95 %; аргон – 0,93 %; углекислый газ – 0,03 %. Содержание остальных газов (неон, гелий, метан, криптон, водород, оксиды серы и азота, аммиак, ксенон, озон, радон и др.) не превышает 0,01 %. Во влажном воздухе у земной поверхности содержание водяного пара составляет в среднем от 0,2 % в полярных широтах до 2,5 % у экватора. Значительные изменения в составе атмосферного воздуха неизбежно повлекут за собой необратимые изменения в биосфере .

Высокая освоенность территории, плотность населения, развитая транспортная сеть несут антропогенную и техногенную нагрузки, отрицательно влияют на окружающую среду. Поэтому качество воздуха зависит в основном от выбрасываемых загрязняющих веществ в атмосферу, промышленными предприятиями и транспортом.

Выброс автотранспорта представляет собой смесь следующих газов: оксида углерода, угарного газа, азота, диоксида азота, циклических углеводородов, бензола, свинца, твердых частиц, сажи, водяного пара.

Выделяют группы, загрязняющие атмосферу:

1) аэродисперсные системы, состоящие из твердых и жидких частиц, взвешенных в воздухе (пыль, туман, дым, смог);

2) газообразные вещества (оксиды углерода, аммиак, сероводород и другие);

3) пары веществ (углеводороды, ароматические углеводороды).

В системе Росгидромета за качеством атмосферного воздуха населенных пунктов ведутся наблюдения со стационарных, маршрутных и передвижных постов. Стационарный пост предназначен для обеспечения непрерывной регистрации содержания загрязняющих веществ или регулярного отбора проб воздуха для последующего анализа.

Из числа стационарных постов выделяют опорные стационарные посты, которые предназначены для выявления долговременных изменений содержания основных и наиболее распространенных загрязняющих веществ.

Маршрутный пост наблюдения предназначен для регулярного отбора проб воздуха в фиксированной точке местности при наблюдениях, которые проводятся с помощью передвижного оборудования.

Передвижной пост предназначен для отбора проб под дымовым (газовым) факелом с целью выявления зоны влияния данного источника.

Правила контроля воздуха населенных пунктов устанавливают программы наблюдений. Устанавливают четыре программы наблюдений на стационарных постах:

1) полную,

2) неполную,

3) сокращенную,

4) суточную.

Полная программа наблюдений предназначена для получения информации о разовых и среднесуточных концентрациях. Наблюдения по полной программе выполняют ежедневно путем непрерывной регистрации с помощью автоматических устройств или дискретно через равные промежутки времени не менее четырех раз с обязательным отбором в 1,7, 13, 19 ч по местному декретному времени. Допускается проводить наблюдения по скользящему графику 7, 10, 13 ч во вторник, четверг, субботу и в 16, 19, 22 ч в понедельник, среду, пятницу.

Наблюдения по неполной программе разрешается проводить с целью получения информации о разовых концентрациях ежедневно в 7, 13, 19 ч местного декретного времени.

По сокращенной программе наблюдения проводят с целью получения информации о разовых концентрациях ежедневно в сроки 7 и 13 ч местного декретного времени. Наблюдения по сокращенной программе допускается проводить при температуре воздуха ниже минус 45 °С и в местах, где среднемесячные концентрации ниже его разовой ПДК или меньше нижнего предела диапазона измерений примеси используемым методом.

Программа суточного отбора проб предназначена для получения информации о среднесуточной концентрации. Наблюдения по этой программе проводятся путем непрерывного суточного отбора проб.

В период неблагоприятных метеорологических условий и значительного возрастания содержания загрязняющих веществ, проводят наблюдения через каждые 3 ч. При этом отбирают, пробы под факелами основных источников загрязнения и на территории наибольшей плотности населения.

Одновременно с отбором проб воздуха определяют следующие метеорологические параметры: направление и скорость ветра, температуру воздуха, состояние погоды и подстилающей поверхности. На отдельных постах допускается смещение всех сроков наблюдений на один час. Допускается не проводить наблюдения в воскресные и праздничные дни.

На опорных стационарных постах проводятся наблюдения за содержанием пыли, сернистого газа, окиси углерода, двуокиси азота (основные загрязняющие вещества) и за специфическими (веществами, которые характерны для промышленных выбросов данного населенного пункта).

На стационарных (неопорных) постах проводятся наблюдения за специфическими загрязняющими веществами. Наблюдения за основными загрязняющими веществами на этих постах допускается проводить по сокращенной программе и не проводить их, если среднемесячные концентрации этих веществ в течение года не превышают 0,5 среднесуточной ПДК.

Перечень веществ для контроля на каждом стационарном посту в городе устанавливается местными органами Государственного комитета по гидрометеорологии и контролю природной среды и санитарно – эпидемиологической службы.

На маршрутных постах проводятся наблюдения за основными загрязняющими веществами и специфическими веществами, характерными для промышленных выбросов данного населенного пункта.

На передвижных (подфакельных) постах проводятся наблюдения за специфическими загрязняющими веществами, характерными для выбросов данного предприятия.

При проведении эпизодических обследований наблюдения проводятся по программе, включающей необходимый минимум регулярной программы.

Отбор проб:

1) Продолжительность отбора проб загрязняющих веществ при определении разовых концентраций составляет 20 – 30 мин.

2) Продолжительность отбора проб загрязняющих веществ для определения среднесуточных концентраций при дискретных наблюдениях по полной программе составляет 20 – 30 мин, при непрерывном отборе – 24 ч.

3) Отбор проб при определении приземной концентрации примеси в атмосфере проводят на высоте от 1,5 до 3,5 м от поверхности земли.

4) Конкретные требования к способам и средствам отбора проб, необходимым реактивам, условиям хранения и транспортирования образцов, индивидуальным для каждого загрязняющего вещества, устанавливаются в нормативно-технических документах на методы определения загрязняющих веществ.

По данным о загрязнении атмосферы определяют величины концентраций примесей: разовые (20 – 30 мин), среднесуточные, среднемесячные и среднегодовые.

Среднесуточныеконцентрации определяют как среднее арифметическое значение разовых концентраций, полученных по полной программе через равные промежутки времени, включая обязательные сроки 1,7, 13, 19 ч, а также по данным непрерывной регистрации в течение суток.

Среднемесячные значения концентраций загрязняющих веществ определяют как среднее арифметическое значение всех разовых или среднесуточных концентраций, полученных в течение месяца.

Среднегодовую концентрацию загрязняющего вещества определяют как среднее арифметическое значение разовых или среднесуточных концентраций, полученных в течение года.

Так, специализированной лабораторией мониторинга окружающей среды Белгородского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, а также Старооскольской комплексной лабораторией по мониторингу окружающей среды проводится ежедневный контроль за состоянием атмосферного воздуха. Отбор проб воздуха осуществляется на стационарных постах. В основных промышленных городах области расположено 9 постов наблюдений: в г. Белгороде – 4, Старом Осколе – 3, Губкине – 2. Посты условно подразделяются на «городские, фоновые» - в жилых районах; «промышленные» - вблизи предприятий и «авто» - вблизи автомагистралей или в районах с интенсивным движением транспорта.

Программой работ предусматривается определение 8 вредных веществ.

Контроль осуществляется по 4 основным ингредиентам: пыли (взвешенные вещества), диоксиду серы, оксиду углерода и диоксиду азота.

Кроме того на постах производятся отборы проб воздуха на специфи­ческие ингредиенты: растворимые сульфаты, оксид азота, формальдегид, бенз (а) пирен, тяжелые металлы.

Силами работников Белгородского филиала ФГУ «Специализированная инспекция аналитического контроля по Центральному региону» регулярно отбираются и анализируются пробы воздуха на стационарных источниках выбросов.

Статистическая обработка результатов анализов производится на компьютере с применением программы «АСОИЗА». Ежемесячно в территориальное управление, а также заинтересованным организациям передается справка о состоянии загрязнения атмосферы по городам. По результатам работ за год выпускается годовой отчет о состоянии загрязнения воздуха в городах.

В связи с постоянно увеличивающейся техногенной нагрузкой в последние годы такая система контроля уже не может дать объективной оценки загрязнения атмосферы: количество стационарных постов недостаточное, оборудование морально устарело .

С целью усиления государственного контроля и расширения системы экологического мониторинга за качеством атмосферного воздуха Государственной экологической инспекцией Белгородской области приобретена передвижная станция контроль атмосферы, которая оснащена самым современным оборудованием. Использование этой станции позволяет полу­чать своевременную и достоверную информацию о состоянии атмосферного воздуха, а также о фактах хозяйственной и иной деятельности, создающих угрозу жизни, здоровью и имуществу граждан.

Таким образом, система совместного отбора и анализа проб лабораториями различных природоохранных структур исключает ошибки и дает высокоэффективные результаты. Для лаборатории областного гидрометеоцентра, мониторинг атмосферы является прямой обязанностью.

Для оценки состояния атмосферного воздуха нами был выбран метод биоиндикационного исследования. Из биоиндикационного метода использовался метод по определению степени чистоты атмосферного воздуха по сосне обыкновенной .

Глава 2. Характеристика района исследования

2.1 Общие сведения о г. Белгороде

Город Белгород – административный центр Белгородской области, которая находится на юго-западе Российской Федерации. Дата образования области – 6 января 1954 г. Размещаясь на площади в 27,1 тыс. км 2 , область в составе ЦЧР уступает только Курской и Воронежской областям, но превышает территории многих государств мира – Израиля (14,1 тыс. км 2), Кувейта (17,8 тыс. км 2). У нее выгодное экономико – географическое положение: южное положение, высокая степень освоенности и заселенности, развитая транспортная инфраструктура (ее пересекают важные железнодорожные, автомобильные магистрали межгосударственного значения, линии электропередач), соседство с развитыми экономическими регионами России и Украины. Приграничное положение области способствует интенсивному развитию внешнеэкономической деятельности. Белгородская область на основе параметров социально-экономического характера входит в пятерку регионов РФ с наиболее высоким уровнем жизни .

В области 19 муниципальных районов, 3 городских округа, 25 городских и 263 сельских поселений. Самый крупный город – областной центр Белгород с числом жителей 373,5 тыс. чел. (на 01.01.2013 г.), представляющих около 100 национальностей. Это полифункциональный город с разнообразной экономической и неэкономической деятельностью .

Город был основан как город – крепость в 1596 г. В 1954 г. Белгород становиться центром Белгородской области, после чего шел его активный рост, особенно по масштабам.

Синонимом Белгорода стали слова «Город первого салюта». Всего полторы сотни жителей, оставшихся в живых, встретили своих освободителей 5 августа 1943 года. Указом Президиума Верховного Совета СССР от 9 апреля 1980 г. за мужество и стойкость, проявленные трудящимися города в годы Великой Отечественной войны, и за успехи, достигнутые в хозяйственном и культурном строительстве, Белгород был награжден орденом Отечественной войны I степени.

Указом Президента РФ от 27 апреля 2007 года № 558 за мужество, стойкость и массовый героизм, проявленные защитниками города в борьбе за свободу и независимость Отечества, городу Белгороду присвоено почет­ное звание Российской Федерации «Город воинской славы».

Город Белгород является административным центром Белгородской области. Он расположен на площади в 153 км 2 . Жилищный фонд областного центра около 9152 тыс. м 2 . Протяженность белгородских улиц составляет 512 км. Площадь застроенных земель составляет 59 %, а общая площадь зеленых насаждений в пределах городской черты – 32 % от общей площади городских земель. Расстояние от Москвы до Белгорода 695 км.

За период с 1954 по 2000 годы в Белгороде были построены и вступили в строй действующих заводы металлоконструкций, авторемонтный и лимонной кислоты, слюдяная и мебельная фабрики, витаминный комбинат.

Энергично стало развиваться социально-культурное строительство. В этот период в областном центре построены Дворцы культуры «Железнодорожников», «Витаминщик», «Строитель», «Энергомаш». Введены в действие два Дома быта, областная научная библиотека, музыкальное училище, театр кукол, новые здания аэропорта, авто и железнодорожного вокзалов.

Велось интенсивное строительство общеобразовательных школ, дошкольных учреждений. Построены и открыты новые здания пединститута, технологического и кооперативного институтов.

Основу промышленного комплекса города составляют предприятия обрабатывающих производств, среди них: ЗАО «Энергомаш (Белгород)» крупное, многопрофильное предприятие, одно из основных поставщиков энергетического оборудования в России; ОАО «Белагромашсервис» - один из передовых российских заводов, производящих высококачественную почвообрабатывающую технику; ОАО «Белгородасбестцемент» - одно из новейших предприятий в России, выпускающее асбестоцементные изделия; ЗАО «Белгородский цемент» - крупнейший производитель высокомарочных цементов России; ООО «Управляющая компания ЖБК-1» - одно из ведущих предприятий строительного комплекса Белгородской области; ОАО «Белгородский абразивный завод» - крупнейший в России и странах СНГ производитель водостойкой шлифовальной шкурки и изделий из неё. В 2012 году предприятиями обрабатывающих производств отгружено товаров собственного производства, выполнено работ и услуг собственными силами в действующих ценах на 57,5 млрд. рублей.

Сегодняшний Белгород является культурным и научным центром. В Белгороде открыты Православная духовная семинария с миссионерской направленностью и Православная гимназия во имя св. Кирилла и Мефодия.

По особенностям ботанико-географических условий и характеру растительных группировок территория Белгородского района относится к подзоне типичной лесостепи. Девственный растительный покров был коренным образом видоизменён хозяйственной деятельностью человека в силу природных особенностей и исторического развития.

Лесостепные и степные ландшафты подверглись практически полному коренному преобразованию, превратившись в антропогенные ландшафты, характерные для аграрно-индустриальных районов. Издавна район ориентирован на выращивание сельскохозяйственной продукции.

Согласно Указу Президента Российской Федерации от 02.10.92 г. № 1155 «Об особо охраняемых природных территориях РФ», сохранение и развитие ООПТ является приоритетным направлением государственной политики.

В соответствии с современной концепцией территориальной охраны природы, «каждый район должен обладать системой природных охраняемых территорий, обеспечивающих целесообразное экологическое равновесие, позволяющее иметь климаксовые или узловые экосистемы...» . Являясь наиболее ценными по своим природным характеристикам участками территорий, ООПТ образуют узлы регионального экологического каркаса.

Существующая сеть ООПТ создавалась с середины 1982 – 1990 гг. Решение облисполкома от 30.08.1991 г. № 267 «О создании сети особо охраняемых природных территорий области» можно считать началом создания региональной сети ООПТ.

При его подготовке был допущен ряд погрешностей: категории ООПТ присваивались достаточно произвольно, без достаточного обоснования экологической ценности, для ряда ООПТ отсутствовали данные по их картографической привязке, в некоторых случаях без указания площади, не разработаны ограничения по использованию земель конкретной охраняемой территории; отсутствуют охранные зоны, предупредительные и информационные аншлаги, в сеть ООПТ включены охотничьи заказники, которые по своему целевому назначению не отвечают требованиям ООПТ, хотя и являются буферными зонами и центрами интродукции промысловых животных .

Белгород – город высокой культуры. Развитию культуры и сохранению культурных ценностей в городе придают большое значение. В городе имеются свыше 7 музеев, 2 парка отдыха и культуры, 2 театра, зоопарк, 3 кинотеатра, 12 учреждений культурно – досугового типа, 26 библиотек, ледовый дворец «Оранжевый лёд», учебно – спортивный комплекс НИУ «БелГУ» Светланы Хоркиной, дворец спорта «Космос», стадион «Энергомаш».

Под качеством атмосферного воздуха понимают совокупность свойств атмосферы, определяющую степень воздействия физических, химических и биологических факторов на людей, растительный и животный мир, а также на материалы, конструкции и окружающую среду в целом .

Нормативами качества воздуха определены допустимые пределы содержания вредных веществ как в производственной (предназначенной для размещения промышленных предприятий, опытных производств научно-исследовательских институтов и т.п.), так и в селитебной зоне (предназначенной для размещения жилого фонда, общественных зданий и сооружений) населенных пунктов. Основные термины и определения, касающиеся показателей загрязнения атмосферы, программ наблюдения, поведения примесей в атмосферном воздухе определеныГОСТом 17.2.1.03-84. Охрана природы. Атмосфера. Термины и определения контроля загрязнения .

Предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны (ПДК рз) - концентрация, которая при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение 8 часов, или при другой продолжительности, но не более 41 часа в неделю, на протяжении всего рабочего стажа не должна вызывать заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными методами исследования, в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующего поколений . Рабочей зоной следует считать пространство высотой до 2 м над уровнем пола или площади, на которой находятся места постоянного или временного пребывания рабочих.

Как следует из определения, ПДК рз представляет собой норматив, ограничивающий воздействие вредного вещества на взрослую работоспособную часть населения в течение периода времени, установленного трудовым законодательством. Совершенно недопустимо сравнивать уровни загрязнения селитебной зоны с установленными ПДК рз, а также говорить о ПДК в воздухе вообще, не уточняя, о каком нормативе идет речь.

Предельно допустимая концентрация максимально разовая (ПДК мр) - концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест , не вызывающая при вдыхании в течение 20 минут рефлекторных (в том числе, субсенсорных) реакций в организме человека .

Таблица 3. Соотношение различных видов ПДК в воздухе для некоторых веществ

Понятие ПДК мр используется при установлении научно-технических нормативов - предельно допустимых выбросов загрязняющих веществ. В результате рассеяния примесей в воздухе при неблагоприятных метеорологических условиях на границе санитарно-защитной зоны предприятия концентрация вредного вещества в любой момент времени не должна превышать ПДК мр.

Предельно допустимая концентрация среднесуточная (ПДК сс) - это концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест , которая не должна оказывать на человека прямого или косвенного воздействия при неограниченно долгом (годы) вдыхании . Таким образом, ПДК сс рассчитана на все группы населения и на неопределенно долгий период воздействия и, следовательно, является самым жестким санитарно-гигиеническим нормативом, устанавливающим концентрацию вредного вещества в воздушной среде. Именно величина ПДК сс может выступать в качестве "эталона" для оценки благополучия воздушной среды в селитебной зоне. Но использование этого норматива в качестве единицы измерения (пять ПДК сс по оксидам азота) - абсурдно!

В Приложении 2 приведены таблицы ПДК мр и ПДК сс для многих загрязняющих веществ, а также некоторые международные нормативы и стандарты качества атмосферного воздуха (раздел 2.2).

Предложен ряд комплексных показателей загрязнения атмосферы (совместно несколькими загрязняющими веществами); наиболее распространенным и рекомендованным методической документацией Госкомэкологии, является комплексный индекс загрязнения атмосферы (ИЗА). Его рассчитывают как сумму нормированных по ПДК сс и приведенных к концентрации диоксида серы средних содержаний различных веществ:

Где Y i - единичный индекс загрязнения для i -ого вещества;
q cpi - средняя концентрация i -ого вещества;
ПДК cсi - ПДК сс для i -ого вещества;
c i - безразмерная константа приведения степени вредности i -ого вещества к вредности диоксида серы, зависящая от того, к какому классу опасности (см. ниже) принадлежит загрязняющее вещество.

Для сопоставления данных о загрязненности несколькими веществами атмосферы разных городов или районов города комплексные индексы загрязнения атмосферы должны быть рассчитаны для одинакового количества (n) примесей. При составлении ежегодного списка городов с наибольшим уровнем загрязнения атмосферы для расчета комплексного индекса Y n используют значения единичных индексов Y i тех пяти веществ, у которых эти значения наибольшие .

В последнее время растет число публикаций, описывающих эффекты действия загрязняющих веществ на биоту, в том числе атмосферных примесей на растительность. Так, установлено, что хвойные породы деревьев, лишайники чувствительнее прочих видов реагируют на присутствие в воздухе кислых газов, в первую очередь, сернистого ангидрида. Исследователи предлагают установить предельно допустимые концентрации для диких видов с тем, чтобы использовать эти нормативы при оценке ущерба и ограничении воздействия на особо охраняемые природные объекты. Однако широкое применение чувствительность растений нашла лишь в биологическом мониторинге; экологическое нормирование состояния атмосферного воздуха на практике фактически не реализовано.

24. SO 2 , его строение и свойства. SO 2 -загрязнитель атмосферного воздуха.

Окси́д се́ры(IV) (диокси́д се́ры , двуокись серы, серни́стый газ , серни́стый ангидри́д ) - SO 2 . В нормальных условиях представляет собой бесцветный газ с характерным резким запахом (запах загорающейся спички). Под давлением сжижается при комнатной температуре. Растворяется в воде с образованием нестойкой серни́стой кислоты; растворимость 11,5 г/100 г воды при 20 °C, снижается с ростом температуры. Растворяется также в этаноле, се́рной кислоте. SO 2 - один из основных компонентов вулканическихгазов.

Промышленный способ получения - сжигание серы или обжиг сульфидов, в основном -пирита:

В лабораторных условиях и в природе SO 2 получают воздействием сильных кислот насульфиты и гидросульфиты. Образующаяся сернистая кислота H 2 SO 3 сразу разлагается на SO 2 и H 2 O:

Также диоксид серы можно получить действием концентрированной серной кислоты на малоактивные металлы при нагревании:

Химические свойства

Относится к кислотным оксидам. Растворяется в воде с образованием сернистой кислоты (при обычных условиях реакция обратима):

Со щелочами образует сульфиты:

Химическая активность SO 2 весьма велика. Наиболее ярко выраженывосстановительные свойства SO 2 , степень окисления серы в таких реакциях повышается:

Последняя реакция является качественной реакцией на сульфит-ион SO 3 2− и на SO 2 (обесцвечивание фиолетового раствора).

В присутствии сильных восстановителей SO 2 способен проявлять окислительные свойства. Например, для извлечения серы из отходящих газов металлургической промышленности используют восстановление SO 2 оксидом углерода(II):

Или для получения фосфорноватистой кислоты:

Применение [править]

Большая часть оксида серы(IV) используется для производства серной кислоты. Используется также в виноделии в качестве консерванта (пищевая добавка E220). Так как этот газ убивает микроорганизмы, им окуривают овощехранилища и склады. Оксид серы(IV) используется для отбеливания соломы, шелка и шерсти, то есть материалов, которые нельзя отбеливать хлором. Применяется он также и в качестве растворителя в лабораториях. При таковом его применении следует помнить о возможном содержании в SO 2 примесей в виде SO 3 , H 2 O, и как следствие присутствия воды H 2 SO 4 и H 2 SO 3 . Их удаляют пропусканием через растворитель концентрированной H 2 SO 4 ; это лучше делать под вакуумом или в другой закрытой аппаратуре . Оксид серы(IV) применяется также для получения различных солей сернистой кислоты.

Физиологическое действие

SO 2 очень токсичен. Симптомы при отравлении сернистым газом - насморк, кашель, охриплость, сильное першение в горле и своеобразный привкус. При вдыхании сернистого газа более высокой концентрации -удушье, расстройство речи, затруднение глотания, рвота, возможен острый отёк лёгких.

При кратковременном вдыхании оказывает сильное раздражающее действие, вызывает кашель и першение в горле.

· ПДК(предельно допустимая концентрация):

· в атмосферном воздухе максимально-разовая - 0,5 мг/м³, среднесуточная - 0,05 мг/м³;

· в помещении (рабочая зона) - 10 мг/м³

Интересно, что чувствительность по отношению к SO 2 весьма различна у отдельных людей, животных и растений. Так, среди растений наиболее устойчивы по отношению к сернистому газу берёза и дуб, наименее - роза, сосна и ель.

Воздействие на атмосферу

Основная статья: Кислотный дождь

Из-за образования в больших количествах в качестве отходов диоксид серы является одним из основных газов, загрязняющих атмосферу.

Наибольшую опасность представляет собой загрязнение соединениями серы, которые выбрасываются в атмосферу при сжигании угольного топлива, нефти и природного газа, а также при выплавке металлов и производстве серной кислоты.

Антропогенное загрязнение серой в два раза превосходит природное [источник не указан 209 дней ] . Серный ангидрид образуется при постепенном окислении сернистого ангидрида кислородом воздуха с участием света. Конечным продуктом реакции является аэрозоль серной кислоты в воздухе, раствор в дождевой воде (в облаках). Выпадая с осадками, она подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей, скрыто угнетающе воздействует на здоровье человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий чаще отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Растения около таких предприятий обычно бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшимися в местах оседания капель серной кислоты, что доказывает присутствие её в окружающей среде в существенных количествах. Пирометаллургические предприятия цветной и чёрной металлургии, а также ТЭЦ ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида.

Наибольших концентраций сернистый газ достигает в северном полушарии, особенно над территорией США, Европы, Китая, европейской части России и Украины. В южном полушарии содержание его значительно ниже.

МОНИТОРИНГ АТМОСФЕРЫ

Регулярные наблюденияза загрязнением воздуха проводят на постах, которые подразделяются согласно ГОСТу 17.2.3.01-86 «Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населенных пунктов» на 3 категории:

1. Стационарные посты.

2. Передвижные посты.

3. Маршрутные посты.

Стационарные посты – это специальные павильоны, оснащенные оборудованием и приборами для отбора и анализа проб воздуха и определения метеорологических параметров, служащие для систематических наблюдений

Минимальное число стационарных постов наблюденийустанавливается в зависимости от численности населения:

До 50 тыс. чел. – 1; от 100 тыс. чел. – 2; от 100 - 200 тыс. чел. – 2 - 3;

от 200 - 500 чел. – 3 - 5; от 0,5 - 1 млн. чел. – 5-10; от 1- 2 млн. чел. – 10 - 15;

более 2 млн. чел. – 15-20.

Сеть стационарных постов наблюдения должна охватывать различные участки города из расчета 1 стационарный пункт на 3-5 кв. км.

Выбранные пункты должны быть расположены на площадках с непылящим или мало пылящим покрытием, на проветриваемых местах.

Целесообразно организовать за пределами города 1 стационарный пост на расстоянии 1- 3 км с наветренной стороны по преобладающему ветру и на расстоянии 2 - 5 км с подветренной стороны.

Размещение стационарных постов наблюдений выбирается совместно с гидрометеорологической и санитарно-эпидемиологической службами, и согласовываются с главным архитектором города.

Передвижные посты служат для разовых наблюдений над дымовыми и газовыми факелами (в зависимости от направления ветра) и оценки пространственной изменчивости загрязнения на прилегающих территориях.

Основное назначение передвижных лабораторий – выявление зон с чрезмерным уровнем загрязнения компонентов биоты, отбор проб для тщательного анализа, а также для осуществления контрольных функций.

Маршрутные посты представляют собой автолаборатории для постоянных наблюдений за состоянием атмосферного воздуха на территориях, примыкающих к автомобильным магистралям с интенсивным движением

Контроль загрязнения атмосферы и метеонаблюдения проводятся строго в соответствии с международными стандартами – по полной, неполной и сокращенной программам.

По полной программе сроки отбора проб воздуха производятся в строго фиксированное время суток, через равномерные промежутки (в 1, 4, 7, 10, 13, 16, 19, 21 ч. местного дискретного времени) для того, чтобы охватить возможные изменения концентраций примесей, в связи с суточными колебаниями метеорологических факторов и выбросов вредных веществ.

По неполной программе (в 7, 13, 19. ч.) измеряются концентрации только основных и специфических загрязнителей.

По сокращенной программе (в 7, 13. ч.) измеряются концентрации основных загрязнителей и 1- 2 наиболее распространенных специфичных загрязнителя.

Измерения метеопараметров для сравнимости во всём мире проводятся одновременно (синхронно) по Гринвичскому времени (времени нулевого, Гринвичского, меридиана). Это так называемые синопти­ческие сроки.

Результаты измерений немедленно передаются в службу погоды по компьютерной связи, телефону, телеграфу или радио. Там составляются синоптические карты и разрабатывают­ся метеопрогнозы.

Для определения концентраций вредных примесей в атмосферном воздухе в близи автомагистралей и в отработавших газах двигателей используют анализаторы непрерывного действия, основанные на использовании следующих методов табл. 2.3.

Таблица 2.3

1. Абсорбционный* метод спектрального анализа, основан на свойстве веществ, избирательно поглощать часть проходящего через них электромагнитного излучения.

*Абсорбция (лат. поглощаю) – объемное поглощение газов или паров жидкостью (абсорбентом) с образованием раствора.

Специфичность спектра поглощения позволяет качественно определять состав газовых смесей, а его интенсивность связана с количеством поглощающего энергию вещества. Каждому газу присуща своя область длин волн поглощения и соответственно свой цвет.

2. Пламенно-ионизационный* метод, основан на ионизации углеводородов в водородном пламени.

*Ионизация (греч. идущий) – превращение атомов и молекул в ионы.

Ионы – электрически заряженные частицы, образующиеся в результате потери или присоединения одного или нескольких электронов к атомам или химически связанным атомным группам, (катионы (+) или анионы (-)).

В чистом водородном пламенисодержание ионов незначительно. При введении углеводородов в пламя, количество образующихся ионов значительно возрастает и под действием приложенного электрического поля между коллектором и горелкой возникает ионизационный ток,пропорциональный содержанию углеводородов.

3. Хемилюминесцентный* метод, основан на реакции оксидов азота и озона, попадающих одновременно в реакционную камеру, которая имеет вид:

NO + O 3 → NО 2 (NO 2 *) +О 2

Возбужденная молекула NO 2 * (образует 5-10% от общего количества молекул NO 2) отдает избыток энергии в виде излучения.

NО 2 * → hv+NО 2

Интенсивность излучения, измеряемого фотоумножителем, пропорциональна концентрации оксидов азота.

*Люминесценция (лат. свет) – свечение веществ, избыточное над их тепловым излучением при данной температуре и возбужденное какими-либо источниками энергии.

Хемо – часть сложных слов, указывающая на отношение к химии или к химическим процессам.

Для определения концентрации озона применяется газ-реагент этилен (Н 2 С = СН 2) высокой очистки (99,95%). Под действием ультрафиолетового излучения между озоном и этиленом протекает реакция, сопровождающаяся люминесцентным излучением.

4. Метод ультрафиолетовой флуоресценции* основан на облучении пробы газа, содержащего диоксид серы и (или) сероводород, ультрафиолетовым светом.

*Явление флуоресценции – свойство вещества излучать свет под воздействием источника возбуждения.

В коротко волновой области спектра (200-500 нм) молекулы SО 2 и Н 2 S из возбужденного состояния переходят в нормальное состояние, разряжаясь через флуоресценцию. Интенсивность разряжения пропорциональна содержанию диоксида серы и сероводорода.

5. Пламенно-фотометрический метод основан на внесении молекул диоксида серы в пламя смеси водород /воздух.

При этом диоксид серы восстанавливается до атомарной серы, из которой вновь образуется молекулы серы (S 2), часть из которых возбуждена.

Возвращаясь в исходное состояние, возбужденные молекулы испускают характерные для серы излучения.

6. Гравиметрический метод – традиционный метод определения концентрации твердых частиц в газовых смесях, связанный с отбором пробы, пропусканием ее через фильтр, взвешиванием фильтра или определением его степени черноты по эталону.

7. Радиоизотопный метод применяется для определения концентрации твердых частиц, которая вычисляется по результатам измерений на фильтре (лента из стекловолокна) до и после нанесения пробы.

8. Электрохимический метод основан на использовании химических сенсорных датчиков, состоящих из двух чувствительных элементов и определенного химического покрытия, на котором происходит адсорбция анализируемого вещества.

9. Хроматографический* метод основан на использовании свойства разделения сложных смесей на хроматографической колонке, заполненной сорбентом.

*Хроматография (греч. – цвет) – метод разделения и анализа смесей, основанный на различном распределении их компонентов между двумя фазами – неподвижной и подвижной.

Проба газа вводится в поток соответствующего газа-носителя простейшей форсункой и вместе с ним пропускается через колонки с твердыми адсорбирующими поверхностями (адсорбентная газовая хроматография), или с нанесенными на твердые поверхности нелетучими жидкостями (газожидкостная хроматография). Отдельные компоненты смеси с различными скоростями перемещаются в колонке, выходят из нее раздельными фракциями и регистрируются. Количественная оценка осуществляется по интенсивности сигнала детектора.

10. Лазерно-локационный* метод (лидарная система контроля) основан на комбинационном рассеивании и дифференциальном поглощении загрязняющих веществ с использованием источника лазерного излучения и предназначен для дистанционного зонирования качества атмосферы.

*Лазер – прибор, испускающий световой луч очень острой направленности, т.е. с очень малой расходимостью лучей. Все излучение лазера собирается в пятнышко площадью ~ 10- 6 см 2 , в котором создается огромная плотность мощности (до 10 т Вт/см 2). Лазерный луч при своем распространении – рассеивается молекулами, частицами, неоднородностями воздуха, поглощается и изменяет свои физические параметры (частоту, форму импульса и др.), при этом появляется свечение (флюоресценция), что позволяет качественно и количественно судить о тех или иных параметрах среды.

Лидар кругового обзора, устанавливается в промышленных зонах, вблизи автомагистралей на доминирующих строениях и предназначен для непрерывного контроля выбросов аэрозолей SО 2 , СО на территориях радиусом от 7 до 15 км.

МЕТОДИКИ МОНИТОРИНГА ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ

Основными веществами, загрязняющими атмосферу, явля­ются – окислы азота, серы, и углерода, фенолы, аммиак, хлор, ра­диоактивная пыль и суперэкотоксиканты.

На уровень загрязнения атмосферы влияют следующие условия погоды*:

1. Инверсия (особенно приподнятая инверсия) возника­ет, когда массы теплого воздуха распространяются над регионом и препятствуют выносу загрязнителей в атмосферу. При этом температура почвы ниже температуры воздуха.

2. Ураганы, при которых скорость ветра превышает 30 метров в секунду. Они возникают в определенных местах Мирового океана при резком повышении температуры морской воды; при движении ураганы разрушают все на своем пути.

3. Туман (промышленный и фотохимический смог) отрицательно воздействующий на окружающую среду (в частности, приводит к выпадению кислотных дождей) и создает неблагоприятные условия для жизни человека.

4. Штиль. При отсутствии ветра (V в = 0 – 0,5 м/с) над поверх­ностью земли создаются условия для застоя воздуха. Запирающий слой кислых газов и пыли при этом снижается над местностью. От высоких источников загрязнения (высоких дымовых труб) дым не поднимается столбом вверх. С низкими источниками за­грязнения (выхлопные трубы автотранспорта) дело обстоит ещё хуже отходящим газам некуда деться, и это усугубляется плохим качеством сжигаемого в автомобилях бензина и дизельного топлива.

5. Осадки. При определенной метеорологической обстановке создаются условия для образования кислотных дождей, что отрицательно сказывается на здоровье человека, снижает урожай­ность сельскохозяйственных культур и является причиной кор­розии металлов.

6. Видимость в атмосфере. На состояние этого метеорологи­ческого фактора влияет наличие в воздухе взвешенных жидких и твердых частиц (капли воды, пыль).

7. Излучения. Электромагнитные излучения, в том числе инсоляция, магнитные и радиационные излучения, в той или иной мере зависят от метеоусловий. Солнечная радиация инициирует магнитные бури; электромагнитные явления в атмосфере вызывают грозы; радиационные явления ионизирующего ха­рактера зависят от наличия в атмосфере частиц пыли с высоким уровнем радиации.

Знание законов метеорологии позволяет оценить такие экологические явления, как рассеяние загрязняющих веществ, обра­зование смогов (ядовитых туманов), инверсия (способность на­гретого загрязненного воздуха опускаться к охлажденной земле), образование шлейфа дыма от труб промышленных предприятий, проветриваемость жилых массивов.

НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ВЫХЛОПНЫМИ ГАЗАМИ АВТОМОБИЛЕЙ.

Для оценки загрязнения атмосферы на постах при дорожном мониторинге чаще всего используют отечественные контрольно-измерительные комплексы «Пост-1» «Воздух-1», АСКЗА, «Атмосфера-2», где наряду с эколо­гическими параметрами измеряются и метеорологические харак­теристики, что позволяет прогнозировать природную ситуацию.

Место для размещения приборов выбирается на тротуаре и на середине разделительной полосы, при ее наличии. При отсутствии тротуара приборы размещают на расстоянии от проезжей части равном половине ширины проезжей части одностороннего движения.

Оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха на автомагистралях и в прилегающей жилой застройке дается на основе натурных наблюдений и включает в себя:

1. Определение в воздухе основных компонентов выхлопных газов.

2. Определения уровня транспортного шума.

3. Определение метеорологических параметров.

Наличие этих данных наблюдений позволяют изучить:

1. Влияние транспортного потока на уровень загрязнения атмосферного воздуха.

2. Отработать методику осуществления экологического мониторинга автомобильных, дорог и транспортных потоков.

3. Управление потоками в режиме реального времени.

Контроль содержания токсичных выбросов в отработавших газах (ОГ) автомобилей проводится в два этапа:

На первом (визуальном) этапе проводится осмотр дороги:

1. Дорога разбивается на участки. Из них выбирают наиболее загруженные и характерные.

Характерные участки автомобильной дороги можно представить по типам:

1 тип - перегонные участки, где движение транспорта происходит с постоянной скоростью. Удельные выбросы токсичных компонентов ОГ наименьшие.

2 тип - перекрестки, где происходит снижение скорости, торможение, разгон, возможны остановки (светофор), работа двигателя на холостом ходу.

3 тип - места остановок транспорта, площадки и стоянки отдыха.

На стоянках автомобильный двигатель значительное время работает на холостом ходу, а при отъезде часто используется режим разгона. Эти режимы работы двигателя характеризуются повышенными объемами выбросов угарного газа, углеводородов, оксидов азота и т.д.

На втором этапе на выбранных участках дороги производится инструментальная оценка уровня загрязнения в соответствии с действующими методиками.

Предварительно перед вторым этапом определяется интенсивность движения на характерных участках дороги:

1. В течение 2-3 недель ежедневно, в период с 5 - 6 ч утра до 21- 23 ч вечера, а на транзитных автомагистралях в течение суток, подсчитывают количество проходящих в прямом и обратном направлениях транспортных средств по пяти основным категориям: легковые, грузовые, автобусы, автомобили и автобусы с дизельными двигателями, мотоциклы.

2. Подсчет количествапроходящих транспортных единиц производится в течение 20 минут каждого часа, а в 2-3 часовые периоды наибольшей интенсивности движения через каждые 20 минут.

3. На основании результатов натурных исследовании вычисляют средние значения интенсивности движения автотранспорта в течение суток в каждой из точек измерений.

Во время проведения замеров определяются:

1. Средние за 20 минут величины концентраций углеводородов (С n Н m), озона (О 3), окислов азота (NО Х), соединений серы (Н 2 S, S0 2).

2. Средние за час концентрации оксида углерода (СО).

3. Средние трехчасовые концентрации пыли.

4. 30 минутные данные о метеорологических величинах.

На основании полученных данных определяют:

1. Максимальные значения концентраций основных примесей, выбрасываемых автотранспортом в районах автомагистралей.

2. Периоды их наступления при различных метеорологических условиях и интенсивности движения автотранспорта.

3. Определяют границы зон и характер распространения примесей

с удалением от отдельной автомагистрали или группы автомобилей, расположенных параллельно на некотором расстоянии друг от друга.

4. Выявляют особенности распространения примесей в жилых кварталах различного типа застройки и в зеленных зонах, примыкающих к автомагистралям.

5. После чего строят блок-схему алгоритма инвентаризации источников выбросов рис. 2.1.

Рис. 2.1. Блок-схема алгоритма инвентаризации источников выбросов.

Согласно данной схеме, на основании расчетов и прямых измерений:

На первом этапе определяется номенклатура вредных веществ, поступающих в окружающую среду в нормальном (проектном) режиме функционирования.

Полученныезначения концентраций вредных веществ сопоставляют с фоновыми концентрациями для зоны влияния.

Суммарныезначения концентраций сопоставляют с действующими ПДК и по результатам сравнения принимают соответствующие решения о дальнейшем функционировании источников.

ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ C ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БИОИНДИКАЦИОННЫХ МЕТОДОВ

Наиболее информативными являются различные виды лишайников (Lесаnога, Usnога, Аlесtоriа, Сеtrаriа.).

Даже незначительное наличие антропогенных загрязнений (диоксид серы, оксиды азота, углеводороды и т.д.) в воздухе ими очень хорошо диагностируются: сначала исчезают кустистые, потом листоватые и, наконец, накипные формы.

Из высших растений повышенную чувствительность к антропогенным загрязнениям имеют хвойные породы – кедр, ель, сосна.

БИОИНДИКАЦИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУХА ПО СОСТОЯНИЮ СОСНЫ .

Считается, что для условий лесной полосы России наиболее чувствительны к загрязнению воздуха сосновые леса. Это обуславливает выбор сосны как важнейшего индикатора антропогенного влияния, принимаемого в настоящее время за«эталон биодиагностики». Информативными по техногенному загрязнению являются морфологические и анатомическиеизменения, а также продолжительность жизни хвои. Так как при хроническом техногенном загрязнении лесов наблюдается повреждение и преждевременное опадение хвои сосны, отмечается снижение массы хвои на 30-60% в сравнении с контрольными участками.