Мониторинг среды обитания

    Построение  измерительного комплекса систем ЕЭМ  основывается на использовании точечного  и интегрального методов измерений  с помощью стационарных (стационарные посты наблюдения) и мобильных (автомобили-лаборатории и аэрокосмические средства) систем. Следует отметить, что аэрокосмические средства привлекаются лишь при необходимости получения крупномасштабных интегральных показателей о состоянии окружающей среды.

    Получение информации обеспечивается тремя группами приборов, измеряющими: метеорологические характеристики (скорость и направление ветра, температуру, давление, влажность атмосферного воздуха и пр.), фоновые концентрации вредных веществ и концентрации загрязняющих веществ вблизи источников загрязнения окружающей среды.

    Использование в измерительном комплексе современных  контроллеров, решающих вопросы сбора  информации с датчиков, первичной  обработки и передачи информации потребителю с помощью модемной телефонной и радиосвязи или по компьютерным сетям, значительно повышает оперативность системы.

    ЕЭМ предполагает работу с большими массивами  разнообразной информации, включающими  данные: по структуре энергопроизводства и энергопотребления региона, гидрометеорологических измерений, о концентрациях вредных  веществ в окружающей среде; по итогам картографирования и аэрокосмического зондирования, о результатах медико-биологических и социальных исследований.

    Одной из основных задач в этом направлении  является создание единого информационного  пространства, которое может быть сформировано на основе использования современных геоинформационных технологий. Интеграционный характер геоинформационных систем (ГИС) позволяет создать на их основе мощный инструмент для сбора, хранения, систематизации, анализа и представления информации.

      ГИС имеют такие характеристики, которые  с полным правом позволяют считать  эту технологию основной для целей обработки и управления мониторинговой информацией. Средства ГИС намного превосходят возможности обычных картографических систем, хотя, естественно, включают и все основные функции получения высококачественных карт и планов. В самой концепции ГИС заложены всесторонние возможности сбора, интеграции и анализа любых распределенных в пространстве или привязанных к конкретному месту данных. Только с появлением ГИС в полной мере реализуется возможность целостного, обобщенного взгляда на комплексные проблемы окружающей среды и экологии.

    ГИС становится основным элементом систем мониторинга.

    Система единого экологического мониторинга  предусматривает не только контроль состояния окружающей среды и здоровья населения, но и возможность активного воздействия на ситуацию.

    Моделирование текущей ситуации позволяет с  достаточной точностью выявить  очаги загрязнения и выработать адекватное управляющее воздействие  на технологическом и экономическом уровнях.

    При практической реализации концепции  единого экологического мониторинга  не следует забывать: о показателях  точности оценки ситуации; об информативности  сетей (систем) измерений; о необходимости  разделения (фильтрации) на отдельные составляющие (фоновые и от различных источников) загрязнения с количественной оценкой; о возможности учета объективных и субъективных показателей. Данные задачи решает система восстановления и прогноза полей экологических и метеорологических факторов.

    Существуют 3 группы метода контроля качества воздушной  среды:

1. Лабораторный метод – забираются пробы воздуха в любом месте, затем на стационарном лабораторном оборудовании проводится анализ проб. Это достаточно точный метод.

2. Экспресс-метод – оценка происходит сразу на месте, используется для необходимого быстрого решения о степени загрязнения среды. Для этого используются УГ (универсальные газолизаторы). Их действие основано на цветных реакциях, в небольших объемах высокочувствительной жидкости или же твердого вещества, чаще используется силикагель пропитанного чувствительными жидкими индикаторами. Воздух через насос забирается, через трубочку просасывается, и по цвету судят о присутствии того или иного загрязнителя, а о качестве судят по длине окрашенного столбика, сравнивая с градуированной шкалой. Для каждого вредного вещества свой цвет.

3. Индикаторный метод – разновидность экспресс-метода, но здесь нельзя судить о количестве вещества. Это быстрый, качественный анализ присутствия вредных веществ.

    Для анализа запыленности воздуха применяется  метод определения массы пыли в сочетании с определенным размером частиц с учетом дисперсности пыли. Берется тканевый фильтр и взвешивается до пропускания пыли и после и  разница – это сколько пыли в воздухе.

    Биологические методы оценки качества воды. В настоящее время методы контроля подразделяются на физико-химические, гидробиологические и бактериологические.     Методы физико-химического контроля обеспечивают качественное и количественное определение основных элементов загрязнения сточных вод – органики, биогенов, солей тяжелых металлов, нефтепродуктов и др. Их преимущество –  прочная нормативная (документы стандартизации) и организационная (сети химико-аналитических лабораторий) базы. Их недостаток – высокая трудоемкость, низкая оперативность, целевая предопределенность.

    Поэтому,  наряду с физико-химическим  применяется  гидробиологический   контроль, позволяющий, в ряде ситуаций, быстро оценивать качество вод и наличие некоторых загрязнений, не обнаруживаемых химическими методами. Компьютеризация процессов гидробиологического тестирования качества вод и принятия решений по его результатам будет способствовать расширению его привлекательности и доступности. При рассмотрении гидробиологических методов контроля качества вод могут быть выделены несколько не второстепенных проблем.   

 Первая: наиболее полная оценка качества воды может быть дана при их совместном применении.    

 Вторая: физико – химические методы, при которых оценка основных показателей контроля процессов очистки длится  десятки суток, в то время когда приток вод имеет несколько пиков в сутки начисто отрезают возможность оперативного управления качеством очистки.    

 Третья: трудоемкость физико–химических методов, требующая наличия оснащенных лабораторий делает их немалой роскошью для малых и средних станций биологической очистки.    

 Четвертая:  большая половина населения – клиенты нецентрализованных систем водоснабжения. Им нужны экспресс – методы контроля, с помощью которых можно хотя бы оценить степень необходимости обратиться к дорогостоящей помощи специализированных лабораторий . Они десятками лет пьют неизвестно что.

    Биологические и микробиологические методы анализа  вод  учитывают реакцию водных ценозов  на загрязнения среды обитания на организменном, популяционном биоценотическом уровнях. Каждая из этих реакций при определенных условиях  может быть основой объективного метода оценки качества вод. По степени разработанности, унификации, стандартизации и интерпретации  результатов эти методы уступают гидрохимическим, и предъявляет повышенные требования к уровню квалификации оператора. В отличие от химических биологические методы позволяют решать задачи обнаружения ответной реакции биоты на комплекс воздействий окружающей среды. В совокупности с малыми масштабами затрат времени и ресурсов на их выполнение, эти методы весьма перспективны при управлении качеством очистки в малых и средних сооружениях аэрации.

    Жидкие  пробы - берутся из сточных вод, активного ила, а также очищенной воды. Устройства для взятия жидких проб в зависимости от целей и особенностей тестирования могут быть различными - от батометра  или стеклянного сосуда с закрывающейся пробкой, открываемой на нужной глубине, обычно 30 - 40 см. или на разных глубинах, до обезжиренного предметного стекла, закрепленного в прорези резиновой пробки. Места отбора проб могут быть постоянными (при контроле за ходом технологического процесса) и переменными при выявлении  отклонений от  технологического процесса.    

  Перифтон - обрастания, состоящие из организмов на поверхности подводных предметов и опущенных предметных стекол, дающие возможность оценивать средний за некоторый период уровень загрязнений. Анализ отобранных проб должен быть выполнен в течение 0,5 - 1 часа с момента отбора. 

    Приведенные методы широко применяется при оценке качество природных вод, и при перенесении их в условия очистки сточных вод могут быть допущены существенные методические ошибки, поэтому применяют морфологический экспресс-контроль качества очистки вод.

    Почвенный покров накапливает информацию о происходящих процессах и изменениях, т. е. почва является своеобразным индикатором не только сиюминутного состояния среды, но и отражает прошлые процессы. Поэтому почвенный (агроэкологический) мониторинг имеет более общий характер и открывает большие возможности для решения прогностических задач. Основными показателями, которые оцениваются в процессе агроэкологического мониторинга, являются следующие: кислотность, потеря гумуса, засоление, загрязнение нефтепродуктами.

    Кислотность почв оценивается по значению водородного показателя (рН) в водных вытяжках почвы. Значение рН измеряют с помощью рН-метра, иономера или потенциометра. Оптимальные диапазоны рН для растений от 5,0 до 7,5. Если кислотность, — т. е. рН меньше 5, то прибегают к известкованию почв, при рН более 7,5-8 используют химические средства для снижения рН.

    В настоящее время контроль за содержанием  гумуса входит в число первоочередных задач. Изменение количества органического вещества в почве не только связано с изменением почвенных свойств и их плодородия, но и отражает влияние внешних негативных процессов, вызывающих деградацию почв.

    Содержание  гумуса определяют по окисляемости органического вещества. К навеске почвы добавляют окислитель (чаще всего хромлик) и кипятят. При этом органическое вещество, входящее в состав гумуса, окисляется до CO₂ и Н₂О. Количество израсходованного окислителя определяют либо титрометрическим методом, либо спектрофотометрическим. Зная количество окислителя, определяют количество органического вещества.

    В последнее время применяют анализаторы  углерода, в которых происходит сухое сжигание органического вещества в токе кислорода с последующим определением выделившегося СО₂.

    Антропогенное засоление почв проявляется при  недостаточно научно обоснованном орошении, строительстве каналов и водохранилищ. Химически оно проявляется в увеличении содержания в почвах и почвенных растворах легкорастворимых солей — это NaCI, Na₂SО₄, MgCI₂, MgS0₄. Наиболее простой метод обнаружения засоления основан на измерении электрической проводимости.

      Применяют определение электрической  проводимости почвенных суспензий, водных вытяжек, почвенных растворов и непосредственно почв. Этот процесс контролируется путём определения удельной электрической проводимости водных суспензий с помощью специальных солемеров. При контроле за загрязнением почв нефтепродуктами решаются обычно три основные задачи: определяются масштабы (площади) загрязнения, оценивается степень загрязнения, выявляется наличие токсичных и канцерогенных загрязнений.

    Первые  две задачи решаются дистанционными методами, к которым относится аэрокосмическое измерение спектральной отражательной способности почв. По изменению окраски или плотности почернения на аэрофотоснимках можно определить размеры загрязнённой территории, конфигурацию площади загрязнения, а по снижению коэффициента отражения оценить степень загрязнения. Степень загрязнённости почв можно определить по количеству содержащихся в почве углеводородов, которое определяется методами хроматографии.

    Почвенный покров Земли играет решающую роль в обеспечении человечества продуктами питания и сырьем для жизненно важных  отраслей промышленности. Поэтому непрерывный контроль за состоянием почв и почвенного покрова – обязательное условие получения планируемой продукции сельского и лесного хозяйства. Вместе с тем почвенный покров является естественной базой для поселения людей, служит основой для создания рекреационных зон. Он позволяет создать оптимальную экологическую обстановку для жизни, труда и отдыха людей. От характера почвенного покрова, свойств почвы, протекающих в почвах химических и биохимических процессов, зависят чистота и состав атмосферы, наземных и подземных вод. Почвенный покров – один из наиболее мощных регуляторов химического состава атмосферы и гидросферы. Почва была и остается главным условием жизнеобеспечения наций и человечества в целом.

    Все в более широких масштабах  проявляется загрязнение почвы  тяжелыми металлами, нефтепродуктами,  усиливается влияние азотной и серной кислот техногенного происхождения, ведущие к формированию техногенных пустынь в окрестностях некоторых промышленных предприятий.

    Восстановление  нарушенного почвенного покрова  требует длительного времени  и больших капиталовложений.

    Во  второй главе дана полная характеристика методам и средствам контроля среды обитания, рассматривается вопрос о оценке качества воздуха, воды и почвы.