Экологический мониторинг сети автомобильных дорог

Необходимость глобального мониторинга окружающей среды стала явной к середине ХХ века. Развитие энергетики, промышленности и транспорта выявило степень их воздействия на среду обитания. Постепенно переходя от мониторинга отдельных предприятий к мониторингу в пределах государства, человечество вплотную подошло к решению этой проблемы в глобальном, мировом масштабе. На этом этапе для каждого государства стала необходима собственная система мониторинга, разработанная в соответствии с международными стандартами.

Мониторинг – система наблюдения и контроля за состоянием окружающей среды для предупреждения о возможных критических ситуациях, вредных и опасных для здоровья людей, других живых существ, их сообществ, природных и антропогенных объектов.

Его целью является определение баланса в системе «нейтрализующая способность природы – антропогенное воздействие». Поэтому мониторинг направлен, прежде всего, на различные виды воздействия человека на природу – антропогенный мониторинг и одновременно осуществляется наблюдение за естественной, малоизмененной природой, так называемый энвероментальный или фоновый мониторинг. В нашей стране станция фонового мониторинга создана на базе Березинского заповедника. В районах расположения базовых станций фонового мониторинга предполагается полное исключение антропогенного воздействия в ближайшие 50…100 лет.

Антропогенный мониторинг в зависимости от масштаба исследований подразделяют на:

1. объектный – наблюдение за функционированием отдельного объекта;

2. локальный – анализ комплекса связанных между собой объектов;

3. региональный – учет различных факторов воздействия на окружающую среду в рассматриваемом регионе;

4. общегосударственный – комплексная оценка в государственном масштабе воздействия различных факторов на окружающую среду;

5. глобальный – оценка воздействий в мировом масштабе.

В зависимости от объекта исследования мониторинг подразделяется на следующие виды. Биохимический (санитарно-гигиенический) мониторинг – наблюдение за состоянием окружающей среды с точки зрения ее влияния на человека (техногенные загрязнения).

Геоэкологический (геосистемный, природохозяйственный) мониторинг – наблюдение за изменением главных геосистем, составляющих окружающую их среду, а также за преобразованием их в природно-технические системы.

Биосферный мониторинг – обеспечение наблюдения, контроля, прогнозирования возможных изменений уже не в регионе, а в глобальном масштабе.

Можно разделить иначе: геофизический мониторинг, биологический мониторинг.

Геофизический – наблюдение за реакцией слоев атмосферы, гидросферы, педосферы.

Биологический мониторинг – определение биотического состояния биосферы, ее реакции на антропогенное воздействие. Или наблюдение за состоянием биосферы с помощью биологических индикаторов.

Мониторинг включает:

• наблюдение за факторами, воздействующими на окружающую природную среду, и за состоянием среды;
• оценку фактического состояния природной среды;
• прогноз состояния окружающей природной среды и оценку этого состояния.

Средства проведения мониторинга так же разнообразны, как и виды самого мониторинга. По основным признакам их можно разделить на дистанционные и непосредственные, стационарные и передвижные. По основному принципу их устройства различают средства радиолюминесцентной спектроскопии, хромотографии, масс-сектрометрии и т. д.

Постепенно переходя от мониторинга отдельных предприятий к мониторингу в пределах государства, человечество приступило к решению этой проблемы в глобальном, мировом масштабе. Мониторинг закрепился в качестве основного инструмента экологических исследований.

Для обеспечения эффективности глобального мониторинга выработана единая система измерений и методов: международные стандарты по контролю выбросов – ISO – 14000.

Наше государство не остается в стороне от этих процессов. Только за последние годы у нас принято несколько важнейших законов по охране окружающей среды. В соответствии с требованиями «Концепции национальной стратегии устойчивого развития Республики Беларусь» поэтапно ожесточаются требования к качеству экологической экспертизы проектов, предусматривается создание Национальной системы мониторинга окружающей среды (НСМОС), разработка новых методик для комплексной оценки экологических ситуаций и создание соответствующих диагностических центров.

К созданию НСМОС привлекаются ведущие специалисты в области экологии. Общее руководство осуществляется Межведомственным координационным советом при Министерстве природных ресурсов и охраны окружающей среды.

Комплексная структура мониторинга включает в себя 13 подвидов, в зависимости от объекта исследования и средств проведения мониторинга. Основной целью этого проекта является возможность обеспечения всех заинтересованных лиц достоверной экологической информацией для принятия оперативных решений. Структура национального мониторинга в развернутом виде представлена на рис. 11.

Этот проект призван решить следующие задачи:

• представление полного объема информации о состоянии окружающей среды по контролируемым показателям;
• объединение локальных информационных систем в общую автоматизированную систему сбора и хранения информации;

• предоставление возможности оперативной оценки состояния окружающей среды и составление прогнозов;

• подготовка периодической информации, доступной широкой массе населения.

Система национального мониторинга базируется на следующих принципах:

• создание постоянно действующей сети опорных наблюдательных пунктов;
• проведение наблюдений согласно установленным приоритетам контрольных показателей;
• унификация методологии и метрологии в целях повышения качества получаемой информации.

Рис. 11. Структурная организация Национальной системы мониторинга

Окружающей среды

Для реализации каждого вида мониторинга предусматривается наличие конкретной задачи или группы задач и головной организации. Эта информация представлена в виде табл. 7.

Реализация поэтапного ввода системы национального мониторинга предусматривается в период 1995-2005 гг.

Аналитический контроль подответственнен различным ведомствам Минприроды, Госкомгидромета, Минсельхозпрода и др. Значительная часть анализов выполняется природопользователями в рамках производственного контроля. В Республике Беларусь аналитический контроль объектов окружающей среды осуществляют 6 отделов аналитического контроля областных и Минского городского комитетов природных ресурсов и охраны окружающей среды, 14 территориальных экологических и 238 ведомственных лабораторий. Ими контролируется:

· сброс сточных вод в поверхностные водоемы;

· работа очистных сооружений городов и предприятий;

· источники выбросов загрязняющих веществ атмосферу и т.д.

Мониторинг состояния атмосферного воздуха в системе гидрометеослужбы проводится с 1965 г. В настоящее время он организован на стационарных постах в 14 городах республики, завершаются работы по организации систем локального мониторинга атмосферы в Речице и Новогрудке.

Кроме того, производится экспедиционное наблюдение за уровнем загрязнения атмосферы в 16 городах республики.

Таблица 7. Организационная структура национального мониторинга

При мониторинге атмосферного воздуха изучаются источники загрязнения, исследуются химические и фотохимические превращения загрязняющих воздух веществ, выявляются наиболее токсичные вещества, изучается распространение загрязняющих веществ в атмосфере с воздушными потоками, ведется отбор проб и анализ загрязнителей. Кроме наблюдения непосредственно за уровнем загрязнения атмосферы, используются также косвенные методы – отбор проб атмосферных осадков. Результат анализа химического состава осадков позволяет не только оценить вклад локальных источников выбросов примесей, но и перенос этих примесей с воздушными массами.

Мониторинг состояния поверхностных вод Беларуси в настоящее время проводится в 93 пунктах на 146 створах. Регулярными наблюдениями охвачено 58 рек, 10 озер, 5 водохранилищ.

Изучение загрязнения воды – одна из глобальных проблем химии окружающей среды. Вода – уникальный растворитель, поэтому загрязняющие вещества, попадающие в воду, ведут себя по-разному.

Почва – эффективный поглотитель многих химических веществ, также является объектом контроля загрязнения.

Гидрометеослужбой Республики Беларусь проводятся систематические наблюдения за загрязнением почв пестицидами и токсинами промышленного производства.

Особенности мониторинга в зоне дорожно-транспортного комплекса обуславливаются следующими причинами:

· протяженностью исследуемого объекта;

· наличием большого числа вредных воздействий;

· сложной динамикой выбросов;

· постоянным наращиванием объема.

На окружающую среду автомобильные дороги воздействуют непосредственно как инженерные сооружения, как место передвижения транспорта и как объект строительства и ремонта.

Угрожающая экологическая ситуация на автомобильных дорогах с середины 70-х годов стала привлекать внимание государственных и международных организаций. В 1975 г. на Всемирном дорожном конгрессе впервые была создана секция дорожной экологии. В 1985 г. страны ЕС ввели обязательную оценку на предпроектной стадии по типовому перечню объектов воздействия: земля, воздух, вода, растительный и животный мир, население, землепользование, транспорт, особые объекты, эстетика ландшафта. Наиболее современные методики интегральной оценки экологических ситуаций на дорогах с использованием коэффициентов представлены в работах И. Е. Евгеньева.

Взаимодействия дорожно-транспортного комплекса разнообразны по интенсивности, природе и степени воздействия на все части биосистемы (рис. 12).

Рис. 12. Взаимосвязь источников и объектов взаимодействий автодорожного комплекса

И окружающей среды

Организация локального мониторинга предполагает двухуровневый характер:

I уровень базируется на максимальном использовании средств и возможностей существующей сети ведомственных и заводских лабораторий аналитического контроля, городских пунктов локального контроля Комгидромета;

II уровень предусматривает создание территориальных центров локального мониторинга с ориентацией на комплексное наблюдение за состоянием природной среды территорий в пределах влияния крупных источников техногенного загрязнения.

Такое построение локального мониторинга позволяет собрать единое информационно-диагностическое пространство и обеспечить необходимой оперативной информацией административные и хозяйственные органы. Размещение пунктов локального мониторинга жестко не регламентируется. Это могут быть постоянные или временные сети наблюдения.

Мониторинг дорожно-транспортного комплекса целесообразно проводить по наиболее влияющим на физиологию человека и среду его обитания факторы:

· выбросу отравляющих веществ с отравляющими газами;

· шумовому загрязнению;

· вибрационному воздействию;

· пылевому загрязнению.

Контролируемые параметры должны определяться в «точ­ках контроля» на сети автомобильных дорог. Специалисты реко­мендуют использовать для экологического мониторинга сети ав­томобильных дорог передвижные лаборатории и опорные дорожно-экологические пункты.

Передвижные лаборатории представляют собой комплекс контрольно-измерительной аппаратуры, размещенный на борту автомобиля, позволяющий осуществлять регулярное и подфакельное (т.е. в местах предполагаемых или фактических серьез­ных превышений экологических показателей) снятие данных.

Под опорным дорожно-экологическим пунктом (ОДЭП) под­разумевается специально оборудованное помещение, снабженное аппаратурой для снятия контрольных показателей в стационар­ных условиях, непосредственной передачи их в специализирован­ные компьютерные базы данных.

Создание дорожно-экологических пунктов различных уров­ней не подразумевает реальное строительство. Согласно ориента­ции системы национального мониторинга, предполагается максимально использовать для этих целей экологические лаборатории различных предприятий и существующих лабораторий Гидроме­та, Минздрава и других организаций, исторически занимающихся сбором информации экологической направленности.

Например, стационарные посты (СП) контроля загазованно­сти атмосферного воздуха. Предназначены для автоматического контроля оксидов углерода и азота, диоксидов азота и серы, сум­мы оксидов азота, аммиака, диоксида серы, озона, формальдеги­да, суммы органических веществ, исключая метан, в атмосферном воздухе санитарно-защитной зоны промышленных предприятий и населенных пунктов (табл. 8).

Таблица 8. Перечень веществ, контролируемых в атмосферном воздухе

Измерения производятся газоанализаторами, базирующими­ся на плазменно-ионизационном, хемилюминесцентном, электро­химическом и фотоколориметрическом методах. Предусмотрен автоматический отбор и консервирование проб для последующего анализа конкретных органических веществ на хроматографе.

Размещается СП в цельнометаллическом теплоизолирован­ном павильоне с системой кондиционирования и обогрева, обеспе­чивающей поддержание нормальных климатических условий, имеет систему энергосбережения, подключаемую к стационарному или автоматическому источнику электроэнергии.

Функции СП: сигнализация о превышении ПДК; сохране­ние и выдача информации за последние 72 часа работы; микро­процессорное управление; автоматическая калибровка; возмож­ность работы с модемом и радиомодемом.

Для сбора проб веществ в газо- и парообразном состоя­нии чаще используются жидкостные поглотительные приборы: U-образный прибор с пористой стеклянной пластинкой и прибор Рихтера.

U-образный поглотительный — прибор с впаянным в виде пластинки фильтром, который изготовлен из спекшейся массы стекла с порами, различными по размеру. Воздух разбивается на множество пузырьков, что обеспечивают большую поверхность соприкосновения с поглотительной средой.

Поглотительный прибор Рихтера состоит из стеклянного со­суда, внутри которого проходит цилиндрическая трубка с расши­рителями. Для отбора проб аэрозолей используются различные фильтрующие материалы: плотные бумажные, мембранные стекловолокнистые фильтры и др.

Для отбора проб воздуха на газовые примеси применяют приборы-электроаспираторы 822, ЭА-1А, ЭА-1. Это устройства, состоящие из 2 функциональных узлов: побудителя расхода воз­духа и расходомера.

В качестве побудителя расхода воздуха применяют пылесо­сы, ротационные воздуходувки, вихревые вентиляторы, а в каче­стве расходомеров — ротаметры и газовые счетчики.

Объем пробы (л) определяется как произведение скорости аспирации (л/мин) на время отбора пробы (мин), если в качестве расходомера в электроаспираторе используется ротаметр; или как разность начального и конечного отсчета (м³) при использовании газового счетчика.

При отборе проб атмосферных осадков предъявляются осо­бые требования, т.к. содержание растворенных веществ в осадках около миллиграмма на литр воды. Основными определяемы­ми компонентами являются: сульфаты, хлориды, нитраты и аммиак, металлы (Са, Мg, Ка, К), кислотность, электропрово­димость и рН.

Жидкие осадки собираются с помощью эмалированных во­ронок в полиэтиленовые колбы. На воронку надевают защитную крышку, препятствующую попаданию осадков, стекающих с внешней стороны воронки в колбу (рис. 13, а).

Сбор проб может быть суммарным, т.е. выпавшие осадки в течение месяца, и единичные — отдельные дожди и снегопады. Твердые и смешанные осадки собирают в эмалированные и пластмассовые кюветы 30x40 см, высотой 3-5 см.

В зимнее время суммарный сбор проб осуществляется в спе­циальной установке. При выпадении твердых осадков (снега) от­кидную дверцу ветровой защиты открывают и внутрь вставляют кювету для сбора осадков (рис 13, б). Для анализа лабораторных проб используют метод фотоколориметрии, атомно-адсорбционной спектрофотометрии, рентгенофлуоресцентыый метод и метод газо­вой хроматографии.

Чаще пользуются фотоколориметрическим способом анализа для определения концентрации неорганических веществ и неко­торых органических. Этот способ включает химическое преобра­зование определенного вещества в окрашенное соединение и из­мерение оптической плотности его раствора.

Наличие большого количества достаточно избирательных химических реакций, простота, доступность и надежность тре­бующейся аппаратуры, высокая чувствительность и производительность делают этот метод особенно удобным для широкого ис­пользования при проведении серийных анализов проб.

В качестве основного метода определения концентрации ме­таллов в аэрозолях и осадках рекомендуется атомно-абсорбционная спектрофотометрия с пламенной и термической ионизацией пробы. Этот метод обладает достаточно высокой чув­ствительностью и позволяет определять большое число металлов.

Рис. 13. Установка для сбора атмосферных осадков в теплый (а) и холодный (б) периоды:

1 – стол; 2 – штатив; 3 – воронка; 4 – колба; 5 – ветровая защита в виде фанерного ящика;

6 – открытая дверка на петлях; 7 - кювета

Метод рентенофлуоресцентный с использованием полупро­водникового детектора предназначен только для централизован­ных лабораторий для определения концентраций мышьяка и се­лена.

Для определения большинства органических веществ вы­бран метод газовой хроматографии. Основное достоинство по сравнению с фотометрическим методом — возможность определе­ния из одной пробы нескольких веществ, но требуется сложная и дорогая аппаратура, высококвалифицированные специалисты; метод имеет небольшую производительность (1-3 пробы/ч).

Лекция №12. Технические и технологические аспекты охраны окружающей среды

в дорожной отрасли

Природоохранные требования при проектировании автомобильных дорог. Охрана природной среды при строительстве автомобильных дорог. Охрана природной среды при содержании и ремонте автомобильных дорог. Учет экологических требований при проектировании предприятий дорожной отрасли. Очистка газопылевых выбросов на асфальтобетонных заводах. Проектирование сооружений для очистки поверхностных и производственных сточных вод.