Моніторинг атмосферного повітря

Размещено на http://www.allbest.ru/

Моніторинг атмосферного повітря

Зміст

атмосферний повітря викид забруднення спостереження

Вступ

1. Джерела і наслідки забруднення атмосферного повітря

2. Загальні вимоги до організації спостережень за забрудненням атмосферного повітря

3. Види постів спостережень, програми і терміни спостережень

4. Методи оцінювання забруднення атмосферного повітря

5. Екологічне нормування якості атмосферного повітря

Вступ

Людська діяльність неминуче призводить до змін атмосферного повітря. З кожним історичним періодом їх масштаби невпинно зростають, набуваючи глобального характеру. З метою обмеження шкідливих викидів у атмосферу і запровадження сучасних високоефективних методів очищення повітря необхідно здійснювати постійний моніторинг його стану.

1. Джерела і наслідки забруднення атмосферного повітря

У життєдіяльності людини повітря є головним продуктом споживання, а його наявність - основною умовою існування. Адже без їжі вона може обходитись 5 тижнів, без води - 5 днів, а без повітря - 5 хвилин. Крім того, нормальна життєдіяльність людини потребує повітря відповідної чистоти, а відхилення від норми, забруднення негативно впливають на організм. Тому охорона атмосферного повітря є важливою складовою проблеми оздоровлення зовнішнього середовища загалом.

Повітряна оболонка Землі формує атмосферу радіусом до 20 000 м. Атмосферне повітря утворене з різних газів: 78,08 % азоту, 20,95 % кисню, 0,93 % аргону, 0,03 % вуглекислого газу, 0,01 % неону, гелію, метану, радону та ін. Усі вони по своєму важливі для людини, біосфери, формування клімату.

Життя на Землі неможливе без кисню. Він є продуктом життєдіяльності зелених рослин, які виділяють його, споживаючи й розщеплюючи воду та вуглекислий газ при фотосинтезі. Усі інші живі істоти тільки споживають кисень. Вуглекислий газ надходить в атмосферу в результаті дихання живих істот, спалювання палива, гниття та розкладання органічних речовин.

У зв'язку з бурхливим розвитком промисловості й спалюванням великих обсягів палива темпи використання запасів кисню та накопичення вуглекислого газу в атмосфері різко збільшились. Унаслідок цього порушився кругообіг вуглецю в природі, що спричинило екологічну кризу - різке погіршення умов існування людини, зумовлене антропогенною дією на навколишнє середовище. Саме промислова діяльність, в результаті якої в повітря викидається велика кількість оксидів вуглецю, промислових газів, є основним джерелом забруднення повітря, що завдає великої шкоди природному середовищу і людям.

Забруднення атмосферного повітря - внесення в атмосферу або виникнення в ній нових, нехарактерних для неї фізичних, хімічних, біологічних речовин та перевищення природного рівня концентрацій речовин, які є складовими повітря.

Забруднення атмосфери стало глобальною проблемою, особливо гострою у промислово розвинутих країнах. Збитки, завдані людству забрудненням атмосферного повітря, дуже великі й постійно зростають. Усе це актуалізує необхідність нарощування зусиль, спрямованих на охорону повітряного басейну.

Як свідчать дослідження, запаси повітря на Землі практично безмежні, вони є невичерпним ресурсом. Однак господарська, передусім промислова, діяльність людини шкідливо впливає на атмосферу, змінює склад повітря. Природне забруднення повітря спричинюють і виверження вулканів, вивітрювання гірських порід, пилові бурі, лісові пожежі та інші природні явища (рис. 1). Залежно від джерел розрізняють механічне, фізичне та хімічне забруднення. За тривалістю дії воно може бути тимчасовим або постійним; за масштабом поширення - глобальним, регіональним і локальним.

Рис. 1. Джерела забруднення атмосферного повітря

Отже, забруднення атмосферного повітря спричинене процесами і явищами, що відбуваються у природі, та промислово п^бутовою діяльністю людини (табл. 1).

Таблиця 1. Маса забруднюючих речовин (т/рік), які викидаються в атмосферу

Речовина	Природні надходження	Антропогенні викиди
Оксид вуглецю (СО)	-	3,5-108
Діоксид сірки (вОг)	1,4-108	1,45-108
Оксиди азоту (N0«)	1,4-109	(1,5 2,0)-107
Аерозолі (тверді частинки)	(7,7 22,0)-1010	(9,6 26,0)-1010
Поліхлорвінільні речовини, фреони	-	2,0-10е
Озон (Оз)	2,0-109	-
Вуглеводи	1,0-109	1,0-106
Свинець (Рв)	-	2,0-106
Ртуть (Не)	-	5,0-103
Діоксид вуглецю (С02)	0,-1013	0,18-10й
Сірководень (НгЭ)	1,9-107	0,36-107

Природне забруднення. В атмосфері завжди міститься природний пил, який виникає внаслідок природних явищ. За походженням він буває таких видів:

мінеральний пил (продукт вивітрювання і руйнування гірських порід, виверження вулканів, лісових, степових та торф'яних пожеж; сіль, яка потрапляє в повітря при розбризкуванні та випаровуванні морської води та ін.);

органічний пил (рештки живих істот, які живуть або потрапляють в атмосферу, представлені аеропланктоном (бактеріями, спорами грибів, пилком рослин), продуктами гниття та розкладання рослин і тварин);

космічний пил (рештки згорілих під час проходження крізь шари атмосфери метеоритів).

Природний пил виконує роль ядер конденсації водяної пари.

Штучне (антропогенне) забруднення. Таке забруднення зумовлене діяльністю людини, внаслідок чого відбуваються суттєві зміни в природному складі атмосфери. Основним його джерелом є промислові, транспортні та побутові викиди. За особливостями будови і впливу на атмосферу та біосферу розрізняють такі види забруднювачів:

а) механічні забруднювачі - викиди цементних за водів, дим і сажа від згоряння вугілля в котельнях, пе чах; гума, яка стирається з автопокришок, та ін.;

б) хімічні забруднювачі - пилуваті (газоподібні) ре човини, здатні взаємодіяти в хімічних реакціях.

Найпоширенішими типами штучних забруднювачів атмосферного повітря є продукти спалювання сірковмісного палива (вугілля, нафтопродуктів, газу), вихлопні гази автотранспорту, радіоактивне забруднення, пестициди та інсектициди. Хімічний склад техногенних викидів в атмосферу залежить від виду палива, способу спалювання, складу виробничої сировини, технології виробництва та ін.

Особливо небезпечні викиди, які утворюються при роботі різних видів транспорту, зокрема автомобілів, вихлопні гази яких містять шкідливі домішки. Концентрація цих домішок у вихлопних газах залежить від типу двигуна, особливостей його обслуговування, своєчасного ремонту систем живлення і запалювання, стану доріг. Від кожної тисячі автомобілів за день надходить у повітря більше 3000 кг оксиду вуглецю, інших продуктів неповного згоряння палива, які негативно впливають на здоров'я людей і тварин, зокрема токсичний чадний газ (оксид вуглецю двовалентного). В Україні щороку автотранспорт викидає в атмосферне повітря 2000 тис. т забруднюючих речовин, що становить 31 % від загального обсягу викидів, у т. ч. понад 63 % свинцю, 54 - оксиду вуглецю, 36 - вуглеводнів та 25 % - оксидів азоту.

Задимленість атмосфери вокзалів та прилеглих територій спричиняють паровози та тепловози. Переведення тяги на електричну помітно знизило отруєння повітря шкідливими газами. Локальне забруднення повітря зумовлюють також морські та річкові судна, які працюють на вугіллі та інших видах важкого палива. Забруднені шкідливими газами території аеродромів. Сучасні літаки, які літають на значній висоті, можуть зруйнувати озоновий шар, в результаті чого відкриється доступ пагубним ультрафіолетовим променям Сонця, що може призвести до небажаних наслідків.

Забруднюють атмосферне повітря промислові викиди, які залежать від видів палива (твердого, рідкого, газоподібного) і способів їх спалювання, різні за хімічним складом. Спалювання вугілля, газу, нафти з різних причин рідко буває повним. Тому промисловість викидає в атмосферу значну кількість твердих часток (сажа, зола, пил) та шкідливих газів (оксиди вуглецю, вуглеводні, оксиди азоту). Такі частки палива, а також різні розпилені продукти (цемент, фосфорити) утворюють промисловий пил. Він складається з дрібних часточок і довго тримається в повітрі у зваженому стані. Забруднення повітряного басейну сірчаним газом і пилом спричиняють теплові електростанції, які працюють на вугіллі. Перехід ТЕС на газ помітно зменшує шкідливі викиди.

Підприємства хімічної, енергетичної, металургійної, нафтопереробної, цементної промисловості теж викидають у повітря велику кількість газоподібних речовин, золи та пилу. Шкідливі гази і промисловий пил накопичуються здебільшого над містами (в 1 см3 міського повітря кількість пилинок сягає 100 тис. штук).

В Україні в середньому викидається зі стаціонарних джерел 4156,3 тис. т забруднюючих речовин. В останні десятиліття у зв'язку зі спадом промислового виробництва обсяги промислових викидів суттєво знизилися.

Великої шкоди завдає радіоактивне забруднення атмосфери. Радіоактивні речовини потрапляють в атмосферу в результаті природної і штучної радіоактивності, пов'язаної з роботою атомних установок, використанням радіонуклідів у народному господарстві, внаслідок аварійних ситуацій на підприємствах ядерного циклу, атомних вибухів. Природна радіоактивність притаманна атмосфері, вона присутня постійно і не залежить від діяльності людини. Живі організми пристосувалися до неї, і вона не викликає шкідливих наслідків, на відміну від штучної. Особливо загрозливим є надходження радіоактивних речовин в атмосферу внаслідок аварій атомних установок, оскільки радіоактивне опромінення скорочує життя людини, спричиняє пухлини кісток, лейкемію, розлад нервової системи, порушення генетичної основи організму. Проблемою є утилізація радіоактивних відходів. На сьогодні найоптимальнішим вважається захоронення радіоактивних відходів у покинутих соляних шахтах або у спеціальних сховищах у товщі соляного шару, куди не проникає вода, але це не може гарантувати повної безпеки.

Забруднення повітря часто є локальним, однак воно перебуває в постійному русі і за відповідних метеорологічних умов забруднювачі переносяться на значні відстані, навіть з одного континенту на інший.

Загальна маса світових промислово побутових викидів становить приблизно 600 гігатон (Гт) на рік. За останні 100 років в атмосферу надійшло 1,55 мегатонн (Мт) кремнію, 1,5 Мт миш'яку, більше ніж по 1 Мт нікелю та кобальту, по 0,6 Мт цинку і сурми. Про динаміку викидів забруднюючих речовин зі стаціонарних джерел за основними видами економічної діяльності свідчать дані табл. 2.

Нераціональна промислово побутова діяльність нерідко призводить до локальних та регіональних екологічних криз ( високе забруднення атмосферного повітря Донецького і Придністровського регіонів України, смоги (димові тумани) в Лос Анджелесі, Нью Йорку, Чикаго, Токіо, Мілані), у ній закорінені і глобальні екологічні проблеми, які тривожать усе людство: потепління клімату, кислотні опади, руйнування озонового екрана атмосфери та запустелювання.

Таблиця 2

Вид економічної діяльності	Тверді речовини		N0,	Вуглеводні, ЛОС	СО
	1997	1998	1997	1998	1997	1998	1997	1998	1997	1998
Всі види економічної діяльності	785,9	749,1	1136,4	1023,0	370,5	332,9	461,8	427,4	1366,1	1279
Сільське госп во, мисливство та пов'язані 3 ними послуги	4,1	3,2	3,1	2,3	1,4	1,1	0,7	0,5	4,4	3,6
Добувна промисловість	98,2	91,4	72,6	65,8	16,6	14,8	345,5	314,4	294,8	257,6
Обробна промисловість	246,8	224,6	226,6	288,5	113,7	99,9	73,0	65,1	940,6	890,2
Виробництво електроенергії, газу та води	396,0	385,6	780,6	718,3	209,0	187,7	4,3	2,2	71,6	79,0
Будівництво	8,1	7,8	16,9	15,2	5,4	4,7	2,1	11,4	7,0	7,3
Інші види економ. діяльності	32,7	36,5	36,6	32,9	24,4	24,7	36,2	33,8	47,7	41,2

Потепління клімату. Зміни клімату в історичній ретроспективі вивчають методом глибинного зондування вічних льодовиків. В Антарктиді його проводили до глибини 2 км, що охоплює останні 160 тис. років. Доведено, що протягом історії Землі клімат суттєво змінювався, але до початку розвитку людської цивілізації такі процеси були поступовими. Тільки у другій половині XX ст. клімат почав швидко трансформуватися внаслідок дії антропогенних чинників.

Потепління клімату зумовлене тепличним ефектом, який на 46 % є результатом виробництва енергії (спалювання викопного палива з викидами в атмосферу вуглекислого газу), на 24 % - забруднення атмосфери іншими хімічними речовинами, зокрема метаном, на 18 % - вирубкою лісів та ерозією ґрунту, від чого знижується інтенсивність біологічного зв'язування вуглекислого газу, на 9 % - інтенсифікацією сільського господарства, з якою пов'язане надходження до атмосфери підвищеної кількості оксидів азоту, на 3 % - спалюванням сміття.

Вуглекислий газ, як й інші тепличні гази, має здатність утримувати теплове випромінювання біля поверхні планети, що зумовлює підвищення температури. Викиди його щороку зростають. Лише протягом 1950-1990 рр. кількість цього газу в атмосфері збільшилася на ЗО %. Неминучим наслідком збільшення викидів в атмосферу антропогенного вуглекислого газу є потепління клімату, оскільки океан не може поглинути весь газ. У другій половині XX ст. середньорічна температура повітря підвищувалася кожні 10 років на 0,3°С. За даними спеціалістів ООН, до 2100 р. ця температура зросте на 3°С.

Потепління клімату може спричинити зміну режиму погоди на території великих регіонів планети, суттєво вплинути на сільськогосподарське виробництво. Внаслідок потепління почнеться танення льоду Антарктики, Арктики та високогір'їв, неминучим наслідком буде підвищення рівня Світового океану. За прогнозами, до 2100 р. його рівень підніметься приблизно на 65 см, а за деякими іншими даними - на 3,45 м, що може спричинити глобальну катастрофу.

За підрахунками спеціалістів ООН, економічні збитки від майбутнього потепління клімату можуть бути оцінені в 10і3 доларів. Людство не має таких ресурсів. Запобігти швидкому потеплінню клімату можна, передусім скоротивши викиди тепличних газів. На це орієнтує прийнята у 1988 р. Резолюція ООН «Охорона глобального клімату для сучасності та майбутніх поколінь людства».

Кислотні опади. Кислотними називають будь які види опадів (дощ, сніг, туман), рН (від'ємний логарифм концентрації водневих йонів) яких нижче 7, тобто опади, які мають кислу реакцію. Реєструють динаміку кислотності атмосферної води за кислотністю льоду в Антарктиді, Гренландії та Альпах. У 20 ті роки XIX ст. рН дощової води була на рівні 7, тобто нейтральною. Кислотні дощі вперше зареєстровані в 1972 р. в англійському місті Манчестер. Основною причиною їх випадання було надходження до атмосфери оксидів азоту та сірки.

За наявності в повітрі оксиду азоту (IV) Nо і водяної пари ультрафіолетове випромінювання Сонця зумовлює такі хімічні по"а також

Натепер кислотні дощі випадають всюди. Високою кислотністю характеризуються опади в Західній Європі, на початку XXI ст. вона становила 3,8-6,8. Кислотні опади характерні і для України. У Черкаській області опади закислені азотною кислотою, в Сумській - сірчаною, в Рівненській - азотною, сірчаною. Україну забруднюють шкідливі речовини зі всіх країн Західної Європи, які надходять в Україну з масами атлантичного вологого повітря.

Кислотні дощі швидко закислюють воду в річках, озерах, ставках та інших континентальних водоймах. З бікарбонатної вона стає сульфатною, в ній збільшується кількість алюмінію та марганцю. У таких водоймах підвищена рухомість ртуті, міді та цинку. У водних об'єктах із закисленою водою знижується видова різноманітність.

Від кислотних опадів передусім потерпають закриті водойми (озера та ставки), підвищується кислотність ґрунтів (у багатьох регіонах вона досягає рН 4,1-4,5). У таких ґрунтах зростає міграція свинцю, цинку, нікелю та міді. Це завдає збитків сільському господарству і природній рослинності. Кислі ґрунти потребують вапнування, що впливає на вартість продукції. В Україні за останні 30 років площа кислих ґрунтів зросла на 30 %.

Внаслідок кислотних опадів хвойні ліси в Європі всихають, потерпають культурні й архітектурні пам'ятки, швидко руйнується мармур, активно відбувається корозія металів.

Руйнування озонового екрана атмосфери. Озоновий шар, який знаходиться в атмосфері на висоті 12-23 км, захищає поверхню планети від жорсткої ультрафіолетової радіації з довжиною хвилі 320-400 нм. Процес руйнування озону в атмосфері ініціюється різними речовинами. Як стверджують американські вчені, такими речовинами є хлор, бромпохідні (фреон), тетрахлорид вуглецю, метилхлороформ та ін. Найбільшої шкоди завдають фреони, які широко застосовуються в холодильних установках, в аерозольних балончиках та миючих засобах.

Озон атмосфери руйнується в результаті природного розпаду (кисневий цикл, або цикл Чепмена):

03 +0 02 + 02 (3.1)

Ця реакція відбувається дуже повільно, але може прискорюватись за наявності з'єднань азоту, водню та хлору, які діють як каталізатори. Реакції азотного, водневого та хлорного циклів є такими:

а) азотний цикл: б) водневий цикл:

О + NО2 >02 + NО; О + НО2 -> ОН + 02;

NО + 03 > NО2 + О2; ОН + О3 > Н02 + 02;

О + 03------02 + 02; О + О3 > О2 + 02;

в) хлорний цикл:

С1 + О3 >СІ + 02;

О + СlO +С1 + 02;

О + О3 > О2 + О2.

Найімовірніші вони на висоті 20-40 км. Концентрації каталізаторів в 1000 разів менші від концентрації озону, кількість циклів руйнування на одну молекулу каталізатора становить від 102 до 107. Дія різних каталітичних циклів залежить від висоти (вище 35 км - хлорний цикл, нижче - азотний).

Ще ефективнішим каталізатором руйнування озону є бром. Один атом брому може зруйнувати десятки тисяч молекул озону.

На руйнування озону стратосфери певною мірою впливають викиди продуктів згоряння палива космічної і ракетної техніки. Забруднюють високі шари атмосфери оксидами азоту сучасні надзвукові літаки.

Дослідження озонового шару почалися у 1930 р. Згодом вони були розширені, а для ведення спостережень була створена спеціальна мережа станцій («мережа Добсона»). Вимірювання кількості стратосферного озону протягом 1980-1991 рр. з канадського супутника «Німбус 7» засвідчили, що швидкість руйнування озону становить 0,224 % на рік. За оцінками НАС А (США), з 1978 по 1990 рік його кількість в озоновому екрані скоротилася на 45 %. Через зменшення товщі озонового екрана та розриви в ньому зростає кількість ультрафіолетового випромінювання, що досягає поверхні Землі (за останні 10 років - на 10 % , а в Антарктиді, де стійко зберігається озонова діра, - на 40 %). Невелику озонову діру виявлено у Північній півкулі над Шпіцбергеном. її поява спричинила зростання ультрафіолетового фону на територіях, розташованих поблизу.

За даними «Грінпіс», зменшення товщі озонового Шару на кожні 10 % спричинює збільшення кількості випадків захворювання раком шкіри на 300 тис. випадків, є однією з причин захворювання катарактою очей. Підвищене ультрафіолетове опромінення знижує імунітет, через що стають частішими і важчими інфекційні захворювання людей та сільськогосподарських тварин.

В Україні стан озонового екрана над її територією контролюють 6 спеціальних станцій (у Києві, Одесі, Борисполі, Богуславі, Львові та Феодосії). За їх даними, з 1980 р. озоновий екран над Україною стає менш потужним. Тому Україна приєдналася до Конвенції 1985 р. з охорони озонового екрана, зменшення кількості викидів і виробництва фреонів, інших речовин, що руйнують озон.

Запустелювання. Сутність цього явища полягає у виснаженні аридних та напіваридних екосистем під впливом діяльності людини та посух. Запустелювання відбувається здебільшого в посушливих зонах. Воно проявляється в деградації природних біномів (сукупностей біоценозів, видів рослин і тварин однієї природної зони, для яких характерні певні типи структур угруповання, що є наслідком адаптації виду до умов середовища) і зниженні родючості ґрунтів. Території, які зазнали запустелювання, не здатні самовідновлюватися. Натепер пустелі займають вже 4 млрд. 616 млн. га. Щорічно площа пустель зростає на 60 тис. км2.

Людство вперше зіткнулося з цим явищем на великих територіях в 1968-1973 рр., коли запустелювання південного району Сахари спричинило голод серед місцевого населення. Аналогічний процес відбувався і в районі Аральського моря. Аральська катастрофа завершилася аридизацією клімату на великій території. Наслідки її поширилися на південь від Аралу на 100- 400 км. На віддалі до 250 км від Аралу рівень ґрунтової води знизився на 5 м. Ці масштабні регіональні катастрофи, як і немало інших, спричинені господарською діяльністю людини.

Отже, антропогенне забруднення атмосферного повітря порушує безпечну життєдіяльність людини, призводить до погіршення здоров'я людей, негативно впливає на стан біоценозів, зменшуючи їх продуктивність та породжуючи процеси деградації екологічних систем. Людство повинно докласти максимальних зусиль, щоб зупинити ці негативні процеси і не допустити виникнення нових.

2. Загальні вимоги до організації спостережень за забрудненням атмосферного повітря

Зростання антропогенного впливу на навколишнє середовище вимагає оволодіння різноплановою і детальною інформацією про нього, яка дає змогу не тільки оцінити реальну ситуацію, а й спрогнозувати стан середовища у перспективі, налагодити раціональну систему природоохоронної діяльності, контролю за станом екосистем.

Організація спостережень передбачає контроль за поширенням шкідливих домішок як в самій атмосфері, так і між елементами системи «атмосфера-гідросфера-літосфера-біосфера». Для цієї діяльності необхідні:

відомості про наявні та перспективні джерела забруднення атмосфери (з урахуванням розвитку економічних районів);

характеристика забруднюючих речовин (токсичність, здатність вступати в хімічні реакції з іншими речовинами, здатність до самоочищення);

гідрометеорологічні дані;

результати попередніх спостережень за забрудненням атмосфери (експедиційні дослідження);

дані про рівні забруднення навколишнього природного середовища в сусідніх країнах;

відомості про транскордонне перенесення шкідливих домішок.

Комплекс завдань, пов'язаних зі збором цієї інформації, виконує спеціальна служба спостережень, яку формують система спостережень і система контролю.

Система спостережень забезпечує спостереження за якістю атмосферного повітря в містах, населених пунктах і територіях, розміщених поза зоною впливу конкретних джерел забруднення. Спостереження здійснюють служби Держкомітету гідрометеорології, які надають дані про метеорологічні умови і концентрацію шкідливих речовин. Міністерство охорони здоров'я проводить вибіркові спостереження за рівнем забруднення в місцях проживання населення. Науковий комітет Національної академії наук України організовує авіаційно-космічні спостереження за станом озонового шару і глобальним забрудненням атмосфери. Практикуються екологічні спостереження за окремими підприємствами.

Система контролю здійснює спостереження і контроль за джерелами забруднення, викидами шкідливих речовин в атмосферу. З цією метою Міністерство екології та природних ресурсів організовує спостереження за джерелами промислових викидів в атмосферу та дотриманням норм гранично допустимих викидів, контролює реалізацію заходів з охорони атмосферного повітря, дотримання відповідних вимог при розміщенні, проектуванні, будівництві та введенні в експлуатацію нових підприємств.

При організації спостережень за станом повітря використовують попередні дослідження, які передбачають обстеження території (метеорологічні умови, вміст забруднювачів) за допомогою пересувних лабораторій, що здійснюють відбір та аналіз проб з метою вивчення розміщення діючих джерел забруднення та перспектив розвитку промисловості.

Після з'ясування наявного та перспективного рівнів забруднення атмосферного повітря оцінюють зміни концентрацій домішок у просторі й часі, розробляють схему розміщення постійних (стаціонарних) постів спостереження на території міста, програми їх роботи. Пост спостережень може надавати інформацію про загальний стан повітряного басейну (якщо він знаходиться поза зоною впливу окремих джерел викидів) і контролювати джерела викидів (якщо він перебуває в зоні впливу джерел викидів). При їх розміщенні пріоритетними є житлові райони з найбільшою щільністю населення, де можливе перевищення встановлених порогових значень гігієнічних показників (ГДК). Робота постів спостережень повинна відповідати таким умовам:

обов'язковість відображення загального стану повітряного басейну і контроль за джерелами викиду;

необхідність здійснення спостережень за всіма домішками, концентрації яких перевищують ГДК;

обов'язковість визначення пилу, діоксиду сірки, оксиду вуглецю та оксидів азоту.

Контроль за радіоактивним забрудненням атмосферного повітря здійснюється на фоновому рівні, а також у зонах впливу атомних електростанцій та інших джерел можливих викидів радіоактивних речовин. Під час контролю за радіоактивним забрудненням на фоновому рівні використовують фонові станції або спеціальні станції, встановлені на відстані 50-100 км від можливого джерела радіоактивного забруднення. Для моніторингу в радіусі до 25 км використовують мережу контролю і спеціальні пости спостережень, де встановлюють датчики гамма випромінювання та пристрої для відбору проб і аналізу повітря. У межах санітарно захисної зони (СЗЗ) утворюють пости дистанційного контролю радіоактивного забруднення атмосферного повітря.

Моніторинг забруднення території на основі снігомірної зйомки (спостереження за забрудненням снігового покриву) забезпечує контроль за рівнем забруднення атмосферного повітря в чистих (фонових) районах, містах та інших населених пунктах.

Важливими методами контролювання транскордонного перенесення глобальних потоків домішок на великі відстані від місця викиду є система наземних та авіаційних станцій, а також математичні моделі поширення забруднюючих речовин в повітрі. Мережа станцій транскордонного перенесення обладнана системами відбору газу та аерозолів, збору сухих осідань і опадів, аналізу вмісту домішок у відібраних пробах. Інформація надходить у Західно та Східноєвропейський метеорологічні синтезуючі центри. За ступенем оперативності її поділяють на такі види:

екстрена інформація (містить відомості про різкі зміни рівнів забруднення атмосферного повітря, негайно передається в контролюючі та господарські організації);

оперативна інформація (містить узагальнені результати спостережень за місяць);

режимна інформація (містить дані про середній та найбільший рівні забруднення повітря протягом тривалого часу (як правило, за рік), використовується при плануванні заходів, оцінюванні збитків, завданих народному господарству внаслідок забруднення атмосферного повітря).

Для забезпечення ефективності заходів з охорони повітря інформація повинна бути повною і достовірною. Повноту інформації забезпечують достатня кількість контрольованих інгредієнтів, тривалий термін спостережень, раціональне розміщення мережі; достовірність інформації досягається неухильним дотриманням нормативних вимог. Значною мірою достовірність залежить від однорідності інформації.

Діюча в Україні мережа спостережень за забрудненням атмосферного повітря охоплює пости ручного відбору проб повітря й автоматизовані системи спостережень та контролю оточуючого середовища (АСКОС). Пости спостережень за забрудненнями можуть бути стаціонарними, маршрутними та пересувними (підфакельними). З постів ручного відбору проби для аналізу передають в хімічні лабораторії. Стаціонарні АСКОС обладнані пристроями для безперервного відбирання та аналізування проб повітря в заданому режимі й передавання інформації каналами зв'язку в центр управління.

Оцінювання забруднення атмосферного повітря в містах України здійснюють за даними спостережень, які проводять у 54 містах на 166 стаціонарних постах та на 2 станціях транскордонного переносу. Порівняно з 1997 р. помічено деяке зниження забруднення атмосферного повітря за більшістю домішок в Україні загалом і в окремих містах (табл. 3).

Таблиця 3

Речовина	Кількість міст, включених до узагальнення	Середньо річна концентрація, мг/м3	Максимальна концентрація, мг/м3	Частка міст (%), Де середньорічні концентрації перевищували:	Частка міст (%), де максимальні разові концентрації перевищували:
				1 ГДК	5 ГДК	10 ГДК	1 ГДК	5 ГДК	10 ГДК
Пил	54	0,15	6,1	44	0	0	63	6	2
Діоксид сірки	52	0,021	0,656	6	0	0	4	0	0
Оксид вуглецю	48	2,1	32,0	17	0	0	69	4,2	0
Діоксид азоту	52	0,05	0,94	60	0	0	85	11	2
Оксид азоту	27	0,03	0,57	7	0	0	7	0	0
Аміак	2 А	0,035	0,82	26	0	0	56	0	о
Сірководень	17	0,003	0,066	ГДК с.д. не встановлена	76	12	0
Фенол	26	0,0038	0,05	46	0	0	77	0	0
Фтористий водень	16	0,0046	0,097	37	0	0	44	0	0
Формальдегід	23	0,0066	0,153	70	9	(1	44	4	0
Хлористий водень	10	0,045	0,87	0	0	0	50	0	0

Раціонально організована система спостережень та контролю за станом атмосферного повітря дає змогу отримати необхідну інформацію про якісний склад повітря в населених пунктах і зонах впливу джерел викидів, про транскордонні перенесення забруднюючих речовин, виявити території, для яких характерні перевищення ГДК забруднюючих речовин. Наявність достовірних і комплексних даних спостережень є необхідною передумовою для розроблення рекомендацій щодо поліпшення стану атмосфери.

3. Види постів спостережень, програми і терміни спостережень

Світові міжнародні та регіональні системи спостережень і контролю за забрудненням атмосферного повітря розвинутих країн організовані відповідно до рекомендацій ООН, які були розроблені при створенні програм моніторингу. Спостереження за станом атмосферного повітря проводять з 70 х років XX ст. Системи моніторингу атмосферного повітря різних країн, як правило, відстежують якість повітря та його зміни в критичних аварійних ситуаціях. Перелік забруднюючих речовин, за якими варто здійснювати спостереження, кожна країна визначає самостійно. Подібний підхід до організації системи спостереження за станом атмосферного повітря застосовують у країнах СНД і в Україні.

Закон України «Про охорону атмосферного повітря» (1992 р.) значно розширив функції служб спостереження та контролю за забрудненням атмосфери, які в своїй практиці використовують розрахункові і експериментальні (регулярні спостереження за концентраціями шкідливих домішок) методи. На основі теоретичних та експериментальних досліджень поширення домішок в атмосфері вироблено основні принципи організації мережі спостережень, лабораторного (хімічного) аналізу проб повітря, збирання, оброблення та узагальнення інформації про забруднення.

Інформацію про вміст забруднюючих речовин в повітрі надає мережа служби моніторингу. Відповідальність за її організацію покладена на Держкомгідромет України.

Якість повітря в населених пунктах контролюють стаціонарні, маршрутні і пересувні (підфакельні) пости спостереження.

Стаціонарний пост спостереження. Він призначений для регулярного відбору проб повітря з метою подальшого лабораторного аналізу, безперервного реєстрування вмісту забруднюючих речовин автоматичними газоаналізаторами. Найпоширенішими є лабораторії типу «Пост 2».

Лабораторію комплектну типу «ПОСТ 2» використовують для стаціонарних спостережень за рівнем забруднення атмосферного повітря, а також для з'ясування метеорологічних характеристик. Вона забезпечує автоматичне вимірювання та фіксування на діаграмній стрічці концентрацій оксиду вуглецю і діоксиду сірки; автоматичний відбір 33 проб повітря для визначення 5 газоподібних домішок, сажі та пилу; ручний відбір 5 проб повітря на вміст газоподібних домішок, сажі і пилу; автоматичне вимірювання і реєстрацію напрямку та швидкості вітру, температури (50°С), вологості атмосферного повітря (0-100 %); контроль за температурою, вологістю і тиском атмосферного повітря за допомогою переносних приладів. Продуктивність лабораторії за чотириразового обслуговування протягом доби становить 50 тис. проб/год., середній термін служби - 10 років.

Серед стаціонарних постів виокремлюють опорні стаціонарні пости (призначені для виявлення довготривалих змін вмісту основних або найбільш поширених забруднюючих речовин) та неопорні стаціонарні пости (призначені для спостережень за спеціальними шкідливими речовинами, що характерні для контрольованої місцевості).

Кількість стаціонарних постів визначають залежно від чисельності населення (табл. 4), рельєфу місцевості, особливостей промисловості, змін концентрацій забруднюючих речовин.

Таблиця 4. Визначення кількості стаціонарних постів відповідно

Чисельність населення, тис. осіб	< 50	50-100	100-200	200-500	500-1000	1000-2000	> 2000
Кількість постів, шт.	1	2	3	3-5	5-10	10-15	15-20

Стаціонарні пости спостережень можуть встановлюватись в житловій, промисловій, змішаній зонах та біля автомагістралей.

Маршрутний пост спостереження. Він призначений для регулярного відбору проб повітря у фіксованих точках місцевості за допомогою спеціально обладнаної автолабораторії. Маршрут щомісячно змінюється з таким розрахунком, щоб відбір проб повітря у кожному пункті проводився в різний час доби. Наприклад, протягом першого місяця машина об'їжджає пости в порядку зростання номерів, другого - в порядку їх спадання, третього - з середини маршруту до кінця і з початку до середини. Розміщення маршрутних постів повинно бути таким, щоб виявляти максимальні концентрації забруднюючих речовин, які формуються джерелом викиду. Визначаючи місця відбору проб, приймають до уваги висоту джерела викиду (Н) і максимально можливу зону забруднення ним атмосферного повітря (И), яка дорівнює 20Н. Складають схему, центром якої є джерело викиду, навколо котрого будують кола з радіусами 0,5К; Ш; 1,5К(К=20Н, Н - висота джерела викиду). У точках перетину кіл з проведеними з центра лініями, що позначають сторони світу, відбирають проби повітря.

Підфакельний (пересувний) пост спостереження. Його використовують для відбору проб під димовим факелом з метою виявлення зони його впливу. Ці місця обирають з урахуванням закономірностей поширення забруднюючих речовин в атмосфері. Проби відбирають за переважаючим напрямком вітру на відстанях: 0,2; 0,5; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 15; 20 км від джерела забруднення. Допоміжні точки встановлюють у зоні формування максимальної концентрації, на межі санітарної захисної зони (СЗЗ), на відстані СЗЗ + 200 м. На кожному колі по обидві сторони від осі факелу на відстані 1/25 И встановлюють ще по два пости. У зоні максимального забруднення відбирають не менше 60 проб повітря, а в інших зонах - до 25 на висоті 1,5 м від поверхні землі протягом 20-30 хв. не менше як у трьох точках одночасно.

Залежно від виду постів спостережень та їх завдань визначають програми і терміни спостережень. На стаціонарних постах спостереження за забрудненням атмосферного повітря та метеорологічними параметрами проводять протягом року, незалежно від погодних умов. Вони можуть працювати за повною, неповною, скороченою програмами спостережень.

За повною програмою спостереження проводять щоденно (неділя - вихідний, субота - чергується) о 1, 7, 13 та 19 год. за місцевим часом або інколи використовують зміщений графік. Спостереження за цією програмою передбачають вимірювання вмісту в повітрі пилу, діоксиду сірки, оксиду вуглецю та оксидів азоту, а також тих речовин, концентрації яких перевищують ГДК.

За неповною програмою спостереження проводять Щоденно (субота і неділя чергуються) о 7, 13 та 19 год. У районах, де температура повітря нижча 45°С, спостереження проводять за скороченою програмою щоденно, крім неділі, о 7 та 13 год. за місцевим часом.

Спостереження за скороченою програмою проводять у місцях, де середньомісячні концентрації менші за 1/20 ГДК( максимально разових).

Усі програми спостережень обов'язково охоплюють спостереження за метеопараметрами. За несприятливих погодних умов відбір проб повітря на всіх постах повинен проводитись через КОЖНІ З год.

Визначення концентрацій на маршрутних постах проводять за годинним графіком.

Діюча мережа спостережень за станом атмосферного повітря, сформована зі стаціонарних, маршрутних та підфакельних постів дає змогу контролювати забруднення повітря в населених пунктах, виявляти вплив джерел забруднення на певні території та викиди стаціонарних джерел забруднення. За сприяння системи постів встановлюють динаміку забруднення атмосфери, виявляють території, де зростає вміст забруднюючих речовин у повітрі, визначають небезпечні джерела викидів.

4. Методи оцінювання забруднення атмосферного повітря

Головною метою аналізу забруднення повітря є отримання інформації про якісний та кількісний його склад, необхідної для прогнозування рівнів забруднення, оцінювання фактичного стану, реалізації заходів щодо охорони повітряного басейну.

Аналіз забруднення повітряного середовища є чи не найскладнішим завданням аналітичної хімії, оскільки повітря є рухомою системою, склад якої постійно змінюється, а одна проба може одночасно містити десятки, сотні органічних і неорганічних сполук. Крім того, концентрація токсичних речовин в атмосфері може бути мізерно малою (10"4-10"7% і нижче).

Для оцінювання забруднення повітря використовують лабораторні (характеризуються високою точністю і є незамінними для поглиблених досліджень); експресні (передбачають використання універсальних газоаналізаторів); автоматичні (забезпечують безперервний контроль забруднення атмосферного повітря) методи.

Лабораторні дослідження проводять з використанням хроматографічних, мас спектрального, спектрального, електрохімічного методів аналізу забруднення атмосферного повітря.

Хроматографічні методи аналізу забруднення атмосферного повітря. їх сутність полягає в розподілі, якісному виявленні та кількісному визначенні компонентів повітряної суміші за допомогою спеціальних пристроїв - хроматографів. Найефективніші вони за необхідності визначення складних домішок у повітряних пробах. Цю групу методів (залежно від мети визначення певних домішок ) утворюють:

- газова хроматографія (метод дослідження мікродомішок летких органічних сполук). Реалізують його за допомогою газового хроматографа;

рідинна хроматографія (метод, ефективний при аналізуванні проб повітря, забрудненого домішками токсичних органічних сполук (поліциклічних ароматичних вуглеводів, пестицидів та ін.) різних концентрацій). Принцип роботи установок рідинної хроматографії аналогічний газовим;

йонно рідинна хроматографія (метод визначення мікродомішок, здатних до вступу в реакції органічних і неорганічних сполук). Суть методу, принцип роботи установок тотожні двом попереднім;

полуменево йонізаційний метод (за його допомогою визначають сумарну кількість вуглеводнів). Детектування з його застосуванням здійснюють введенням газоподібної проби в полум'я водню, яке знаходиться між електродами з напругою в кілька сотень вольт. За відсутності домішок виникає дуже мала напруга йонізації (1 (Г12-10~13 А). Унаслідок потрапляння у водневе полум'я газоподібної домішки, яка містить вуглеводні, в полум'ї виникають йони, які прямують до додатного електрода. Напруга йонізації, яка виникає, (10~7-10~12 А) посилюється електрометричним підсилювачем постійного струму і реєструється самопишучим приладом.

Використання полуменево йонізаційного методу для детектування компонентів проби після їх розподілу з використанням газової хроматографії допомагає розрізняти наявні в пробах повітря вуглеводні і визначати їх кількість. Завдяки полуменево йонізаційному методу встановлюють тільки сумарну кількість наявних вуглеводнів, однак він не дає змоги розрізняти речовини.

Мас спектральний метод аналізу забруднення атмосферного повітря. Послуговуючись ним, здійснюють кількісний та якісний аналізи усіх сполук, які є в пробі. Цей метод полягає в йонізації газоподібної проби шляхом електронного бомбардування, після чого йони піддають дії магнітного поля. Залежно від маси і заряду йона відхилення проходить з різною швидкістю і за різними траєкторіями, що дає змогу визначити всі наявні сполуки та їх концентрації в пробі.

Спектральні методи аналізу забруднення атмосферного повітря. Ці методи найефективніші при дослідженні якісного і кількісного складу забруднення повітря. їх сутність полягає у визначенні складу та будови речовини за її спектром, який впорядкований за довжиною хвилі електромагнітним випромінюванням. Спектральний аналіз дає змогу встановити елементний, нуклідний і молекулярний склад речовини, її будову (атомно емісійний спектральний аналіз), визначити концентрації речовини за поглинанням шаром атомної пари елемента монохроматичного резонансного випромінювання (атомно абсорбційний спектральний аналіз).

Одним з найдоступніших спектральних методів аналізу повітря є колориметрія, яка полягає у вимірюванні послаблення світлового потоку внаслідок вибіркового поглинання світла речовиною у видимій ділянці спектра. Інгредієнт, що визначається, переводять у зафарбовану сполуку за допомогою специфічної хімічної реакції, потім визначають інтенсивність кольору розчину. Якщо речовина поглинає у видимій ділянці спектра, термін аналізу зменшується, оскільки зникає необхідність отримання зафарбованого розчину.

Особливо чутливим щодо визначення невеликих слідів органічних і неорганічних домішок у повітрі є люмінесцентний метод аналізу, який ґрунтується на принципі збудження молекул 802, гЮ2, С12 випроміненням з довжиною хвилі, характерною для поглинання цих сполук у видимій та УФ ділянках спектра. Збуджують флюоресценцію лазерами та високоінтенсивними газорозрядними лампами, а довжину хвилі вимірюють світлофільтрами.

З появою ядерних джерел випромінювання, наділених монохроматичністю, високою спектральною потужністю та напрямком випромінення, поширилися активні методи зондування атмосфери у горизонтальному напрямку - до декількох десятків кілометрів у видимому, УФ та ІЧ діапазоні електромагнітного спектра.

Електрохімічні методи аналізу забруднення атмосферного повітря. Широко застосовують ці методи при систематичному контролюванні стану забруднення атмосферного повітря і повітря робочих зон, в лабораторіях АЕС та лабораторіях мережі спостережень Дер жкомгідромету України.

Найпоширеніші в аналізі атмосферних забруднень кондуктометричні та кулонометричні методи. Сутність кондуктометричного методу полягає у вимірюванні електропровідності аналізованого розчину. Електропровідність розчину забезпечується йонами речовин, здатними дисоціювати в певних умовах, і залежить від концентрації йонів у розчині та їх рухомості. Кондукто метричний метод не вимагає використання складної апаратури, є високочутливим, швидкодіючим, виконується компактною апаратурою.

Кулонометрія є безеталонним електрохімічним методом порівняно високої точності та чутливості. Вона полягає у визначенні електричного заряду, необхідного для здійснення електрохімічного процесу виділення на електроді або створення в електроліті речовини, за якою аналізують досліджувану пробу.

Широкий спектр методів оцінювання забруднень атмосфери є запорукою того, що можна з високою точністю з'ясувати якісні та кількісні характеристики речовин і сумішей, наявних у повітрі.

5. Екологічне нормування якості атмосферного повітря

З метою обмеження і контролювання антропогенних впливів на навколишнє середовище запроваджують екологічне нормування - комплекс заходів для встановлення граничних меж, в яких можуть коливатися параметри показників, які характеризують стан природного середовища. Екологічному нормуванню підлягають усі небезпечні речовини. До них належать речовини, що надходять до навколишнього середовища як продукти чи супутні утворення людської діяльності й становлять пряму чи опосередковану загрозу суспільству або довкіллю загалом, знешкодження яких у поточний момент часу може бути здійснено тільки завдяки значним техніко-економічним та організаційним витратам.

Кількісну оцінку вмісту речовин в атмосфері позначають поняттям „концентрація” - кількість речовини, яка міститься в одиниці об'єму повітря, приведеного до нормальних умов.

Якість атмосферного повітря - сукупність властивостей повітря, яка визначає ступінь впливу фізичних, хімічних і біологічних факторів на людей, рослинний та тваринний світ, а також на матеріали, конструкції і довкілля загалом.

Оцінюють рівень забруднення середовища та його якість, використовуючи показники гранично допустимих концентрацій.

За прямої дії забрудника людина відчуває загальне погіршення стану, яке виражається різними симптомами. Накопичення в організмі шкідливих речовин понад визначену дозу може спричиняти патологічні зміни окремих органів або організму в цілому. Опосередковано впливають такі зміни й на довкілля: вони не діють на живі організми, але погіршують звичні умови життєдіяльності (пошкоджують зелені насадження, збільшують кількість туманних днів тощо).

Отже, основним критерієм встановлення нормативів ГДК для оцінювання якості атмосферного повітря є обсяг і особливості дії наявних у повітрі забруднювальних речовин на організм людини. Для визначення якості атмосферного повітря послуговуються двома ГДК - макси мально разовою (ГДКм.р.) і середньодобовою (ГДКс.д.).

Максимально разова гранично допустима концентрація (ГДКм.р.) - основна характеристика небезпечності шкідливої речовини, яка встановлюється для попередження рефлекторних реакцій у людини (відчуття запаху, світлової чутливості, біоелектричної активності головного мозку) при короткотривалому впливі атмосферних домішок.

Максимально разові ГДК застосовують при оцінюванні умов праці у забруднених приміщеннях.

Середньодобова гранично допустима концентрація (ГДКсд.) - характеристика небезпечності шкідливої речовини, встановлена для попередження загальнотоксичного, канцерогенного, мутагенного та інших впливів речовин на організм людини. Речовини, які оцінюють за цим нормативом, здатні тимчасово або постійно накопичуватися в організмі людини. ГДКм.р. встановлюють для промислових підпри ємств, а ГДКс.д. - для зон житлової забудови. Різниця між цими показниками зумовлена тим, що на підприємствах до роботи допускають, як правило, здорових людей, які пройшли медичний огляд і стійкіші до дії на організм шкідливих речовин. Отже, ГДКм.р. більші, ніж ГДКс.д. На основі ГДК інженерні служби розраховують розміри гранично допустимих викидів (ГДВ) речовин в атмосферу. Зазвичай у різних країнах використовують два показники: ГДК та гранично допустиме екологічне навантаження (ГДЕН) на природні об'єкти. Санітарно-гігієнічне оцінювання якості атмосферного повітря здійснюють, дотримуючись таких необхідних вимог:

- допустимою може бути тільки така концентрація, яка не спричиняє прямої, побічної шкідливої або неприємної дії на людський організм, не знижує працездатності, не впливає на настрій, забезпечує фізіологічний оптимум життя;

- звикання до шкідливих речовин є неприйнятним, і концентрація, яка може його викликати, не допускається;

- недопустимі такі концентрації шкідливих речовин, які негативно впливають на рослини, клімат, прозорість атмосфери.

В Україні запроваджуються заходи, спрямовані на попередження забруднення атмосферного повітря та зниження вмісту шкідливих домішок, а саме:

- поліпшення наявних та впровадження нових технологічних процесів, які виключають поширення шкідливих речовин;

- поліпшення складу палива, апаратів карбюрації та зменшення надходження викидів в атмосферу за допомогою очисних споруд;

- запобігання забрудненню атмосфери за допомогою раціонального розміщення ймовірних джерел шкідливих викидів та розширення площ зелених насаджень.

Комплексне застосування цих заходів сприяє поліпшенню стану атмосферного повітря над містами. За чистотою повітря та його змінами постійно стежать органи санітарного контролю санітарно-епідеміологічної служби Міністерства охорони здоров'я України.

Размещено на Allbest.ru