Реферат: Методы контроля загрязнения окружающей среды

--PAGE_BREAK--хроматография
                                                                                 Нормально-           Обращённо-

                                                                                  фазовая              фазовая
                                                                 Хроматомасс-

                                                                 спектроскопия
                    Рис. 1.11. Хроматографические методы анализа загрязняющих веществ
     Общая схема контроля включает этапы: 1) отбор пробы; 2) обработка пробы с целью консервации изме-

ряемого параметра и её транспортировка; 3) хранение и подготовка пробы к анализу; 4) измерение контроли-

руемого параметра; 5) обработка и хранение результатов.

     Пробоотбор зачастую предопределяет результаты анализа, так как возможно загрязнение пробы в процессе

её отбора, особенно когда речь идёт об измерении ничтожно малых количеств загрязняющего вещества. Здесь

важен и выбор места и средства отбора, и чистота пробоотборников и тары для хранения пробы.

     В изолированной от природной среды пробе, начиная с момента её взятия, осуществляются процессы «ре-

лаксации» по параметрам экосистемы, значения которых определяются кинетическими факторами. Одни из

параметров меняются быстро, другие сохраняются достаточно долго. Поэтому необходимо иметь представле-

ние о кинетике изменения измеряемого параметра в данной пробе. Очевидно, чем меньше время от момента

взятия пробы до её консервации (или анализа), тем лучше. И все же лучше в параллельно отобранные пробы

добавить эталон контролируемого загрязняющего вещества и консервировать эти контрольные пробы через

разные временные интервалы. При измерении «эталонных» образцов одновременно можно получить и градуи-

ровочные графики. Такой метод «внутреннего стандарта» желательно использовать и для оценки других факто-

ров, которые могут влиять на результаты анализа (хранение, транспортировка, методика подготовки пробы к

анализу и т.д.).
     Подготовка пробы к анализу может включать в себя либо концентрирование измеряемого ингредиента,

либо его химическую модификацию с целью проявления аналитически наиболее выгодных свойств. Концен-

трирование достигается двумя путями: методом сорбции анализируемого компонента (на твёрдом сорбенте или

при экстракции растворителем), методами уменьшения объёма пробы, содержащей компонент, например путём

вымораживания, соосаждения или выпаривания. Конечно, любая такая процедура может влиять на результат

анализа, поэтому «внутренний стандарт» необходим.

     Эффективность любого метода наблюдений и контроля за состоянием объектов окружающей среды оце-

нивается следующей совокупностью показателей:

     • селективностью и точностью определения;

     • воспроизводимостью получаемых результатов;

     • чувствительностью определения;

     • пределами обнаружения элемента (вещества);

     • экспрессностью анализа.

     Основным требованием к выбранному методу является его применимость в широком интервале концен-

траций элементов (веществ), включающих как следовые количества, в незагрязнённых объектах фоновых рай-

онов, так и высокие значения концентраций в районах технического воздействия.
                             1.3.2. ДИСТАНЦИОННЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

                                        ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

      Контактные методы наблюдений и контроля за состоянием природной среды дополняются неконтактными

(дистанционными), основанными на использовании двух свойств зондирующих полей (электромагнитных, аку-

стических, гравитационных): осуществлять взаимодействия с контролируемым объектом и переносить полу-

ченную информацию к датчику. Зондирующие поля обладают широким набором информативных признаков и

разнообразием эффектов взаимодействия с веществом объекта контроля. Принципы функционирования средств

неконтактного контроля условно подразделяют на пассивные и активные. В первом случае осуществляется

приём зондирующего поля, исходящего от самого объекта контроля, во втором производится приём отражён-

ных, прошедших или переизлученных зондирующих полей, созданных источником.

      Неконтактные методы наблюдения и контроля представлены двумя основными группами методов: аэро-

космическими и геофизическими. Основными видами аэрокосмических методов исследования являются оптиче-

ская фотосъёмка, телевизионная, инфракрасная, радиотепловая, радиолокационная, радарная и многозональная

съёмка.

      Неконтактный контроль атмосферы осуществляется с помощью радиоакустических и лидарных методов.

Вначале радиоволны были использованы для анализа состояния ионосферы (по отражению и преломлению

волн), затем сантиметровые волны применили для исследования осадков, облаков, турбулентности атмосферы.

      Область использования радиоакустических методов ограничена сравнительно локальными объёмами воз-

душной среды (около 1–2 км в радиусе) и допускает их функционирование в наземных условиях и на борту

воздушных судов.

      Одной из причин появления отражённого акустического сигнала являются мелкомасштабные температур-

ные неоднородности, что позволяет контролировать температурные изменения, профили скорости ветра, верх-

нюю границу тумана.

      Принцип лидарного (лазерного) зондирования заключается в том, что лазерный луч рассеивается молеку-

лами, частицами, неоднородностями воздуха; поглощается, изменяет свою частоту, форму импульса, в резуль-

тате чего возникает флюоресценция, которая позволяет качественно или количественно судить о таких пара-

метрах воздушной среды, как давление, плотность, температура, влажность, концентрация газов, аэрозолей,

параметры ветра. Преимущество лидарного зондирования заключается в монохроматичности, когерентности и

возможности изменять спектр, что позволяет избирательно контролировать отдельные параметры воздушной

среды. Главный недостаток – ограниченность потолка зондирования атмосферы с Земли влиянием облаков.

      Основными методами неконтактного контроля природных вод являются радиояркостной, радиолокацион-

ный, флюоресцентный. Радиояркостной метод использует диапазон зондирующих волн от видимого до метро-

вого для одновременного контроля волнения, температуры и солёности. Радиолокационный (активный) метод

заключается в приёме и обработке (амплитудной, энергетической, частотной, фазовой, поляризационной, про-

странственно-временной) сигнала, отражённого от взволнованной поверхности.

      Для дистанционного контроля параметров нефтяного загрязнения водной среды (площадь покрытия, тол-

щина, примерный химический состав) используется лазерный отражательный, лазерный флюоресцентный ме-

тоды и фотографирование в поляризованном свете.

      Флюоресцентный метод основан на поглощении оптических волн нефтью и различии спектров свечения

легких и тяжёлых фракций нефти. Оптимальный выбор длины возбуждающей волны позволяет по амплитуде и

форме спектров флюоресценции идентифицировать типы нефтепродуктов.

      Геофизические методы исследований применяются для изучения состава, строения и состояния массивов

горных пород, в пределах которых могут развиваться те или иные опасные геологические процессы. К ним от-

носятся: магниторазведка, электроразведка, терморазведка, визуальная съёмка (фото-, теле-), ядерная геофизи-

ка, сейсмические и геоакустические и другие методы.
      В программу наземных инструментальных геофизических наблюдений в системе мониторинга включают-

ся:

     • районы размещения дорогостоящих, ответственных и особо опасных объектов промышленного и граж-

данского строительства;

     • промышленные зоны, в которых ведётся добыча полезных ископаемых, откачка (закачка) подземных

вод, рассолов (промышленных стоков), места складирования отходов и т.п.;

     • территории, занятые топливно-энергетическими комплексами;

     • территории с мульдами оседания земной поверхности;

     • территории занятые промышленными предприятиями, на которых выполняются прецизионные работы

в различных сферах производственной деятельности;

     • территории с неблагоприятной и напряжённой экологической обстановкой;

     • территории расположения уникальных архитектурных сооружений и исторических памятников.

     Основным видом непосредственного изучения опасных геологических процессов и явлений является ком-

плексная инженерно-геологическая съёмка (ИГС). Методика комплексной ИГС к настоящему времени доста-

точно хорошо отработана. Сейчас практически вся территория Российской Федерации покрыта государствен-

ной среднемасштабной съёмкой (1: 200 000; 1: 100 000 и в ряде случаев 1: 50 000). Методы получения инже-

нерно-геологической информации в ходе съёмки хорошо разработаны и включают в себя комплекс подготови-

тельных, полевых, лабораторных исследований. В ходе ИГС полевое изучение базируется на традиционных

маршрутах геологических, топографо-геодезических и ландшафтно-индикационных исследованиях, горнопро-

ходческих и буровых разведочных работах, полевом опробовании горных пород, динамическом и статическом

зондировании и т.д. В этот комплекс работ включаются и специальные аэрокосмические, геофизические, мате-

матические, геодезические, гидрогеологические наблюдения.

     С 1990-х гг. в России проводились организационные работы в области экологического мониторинга с ис-

пользованием космических средств, а также формирования инфраструктуры региональных центров сбора и

приёма космической информации. В России существует несколько космических систем дистанционного зонди-

рования территории России, применимых для наблюдений за развитием опасных природных процессов и явле-

ний. Основными и наиболее доступными для использования в ЕГСЭМ из них являются системы дистанционно-

го зондирования «Метеор», «Океан», «Ресурс-0», «Ресурс-2» и др.

     Изображения со спутников передаются на Землю в реальном масштабе времени в диапазоне 1700 МГц.

Возможность свободного приёма спутниковой информации наземными станциями обеспечивается Всемирной

метеорологической организацией согласно концепции «Открытого неба».

     На наземных станциях приёма спутниковой информации производится приём, демодуляция, первичная

обработка и подготовка спутниковых данных к вводу в персональный компьютер станции.

     На территории России в последнее десятилетие активно развивается сеть станций приёма данных от спут-

ников NOAA (американские метеорологические спутники), образующая наземную инфраструктуру региональ-

ного экологического мониторинга: в Москве (Институт космических исследований РАН, ВНИИ ГОЧС МЧС);

Красноярске (Институт леса СО РАН); Иркутске (Институт солнечно-земной физики СОРАН); Салехарде (Гос-

комитет по охране окружающей среды Ямало-Ненецкого автономного округа); Владивостоке (Институт авто-

матики и процессов управления ДВО РАН).

     Спутниковые данные дистанционного зондирования позволяют решать следующие задачи контроля со-

стояния окружающей среды:

     • определение метеорологических характеристик: вертикальные профили температуры, интегральные

характеристики влажности, характер облачности;

     • контроль динамики атмосферных фронтов, ураганов, получение карт крупных стихийных бедствий;

     • определение температуры подстилающей поверхности, оперативный контроль и классификация за-

грязнений почвы и водной поверхности;

     • обнаружение крупных или постоянных выбросов промышленных предприятий;

     • контроль техногенного влияния на состояние лесопарковых зон;

     • обнаружение крупных пожаров и выделение пожароопасных зон в лесах;

     • выявление тепловых аномалий и тепловых выбросов крупных производств и ТЭЦ в мегаполисах;

     • регистрация дымных шлейфов от труб;

     • мониторинг и прогноз сезонных паводков и разливов рек;

     • обнаружение и оценка масштабов зон крупных наводнений;

     • контроль динамики снежных покровов и загрязнений снежного покрова в зонах влияния промышлен-

ных предприятий.
                             1.3.3. БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

                                        ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

     Совершенно очевидно, что оценка экологической обстановки на территории в ходе формирования эффек-

тивной системы государственного экологического мониторинга невозможна без использования методов биоди-

агностики качества окружающей среды.
     Оценивать качество окружающей среды, степень её благоприятности для человечества необходимо, преж-

де всего, в целях:

     • определения состояния природных ресурсов;

     • разработки стратегии рационального использования региона;

     • определения предельно допустимых нагрузок для любого региона;

     • решение судьбы районов интенсивного промышленного и сельскохозяйственного использования, за-

грязненных территорий и т.д.;

     • решения вопроса о строительстве, пуске или остановке определённого предприятия;

     • оценки эффективности природоохранных мероприятий, введения очистных сооружений, модернизации

производства и т.д.;

     • введения новых химикатов и оборудования;

     • создания рекреационных и заповедных территорий.

     Ни один из этих вопросов не может быть объективно решён лишь на уровне рассмотрения формальных

показателей, а требует проведения специальной разносторонней оценки качества среды обитания, т.е. необхо-

дима интегральная характеристика её состояния, биологическая оценка.

     Прямые (интегральные) методы оценки экологической обстановки в свою очередь тоже можно разделить

на две группы – биоиндикации и биотестирования (последние называют также токсикологическими метода-

ми).

     Объектом исследования первых являются организмы или сообщества организмов-биоиндикаторов, на-

блюдаемые в естественных условиях обитания.

     Биоиндикаторами называются растительные и животные организмы, наличие, количество и состояние

которых служат показателями изменения качества среды их обитания. Глубина биоиндикации может быть

различной от простой визуальной диагностики растений до изучения иммунных и генетических изменений в

организме индикаторов.

     Вторая группа методов изучает реакции тест-объектов – организмов, помещаемых в исследуемую среду.

Они подразумевают оценку токсических свойств загрязняющих веществ с использованием модельных живых

систем (тест-объектов). Оценка токсичности производится, как правило, в лабораторных условиях.

     Методы биоиндикации основаны на наблюдениях отдельных организмов, популяции или сообществ орга-

низмов в естественной среде обитания с целью определения по их реакциям (изменениям) качества окружаю-

щей среды. В сельском хозяйстве широко применяется метод биоиндикации для диагностики питания сельско-

хозяйственных культур. Данный метод визуальной биоиндикации основан на изучении внешних признаков фи-

то- и биоценозов, которые отражают качественные изменения среды обитания.

     В качестве признаков визуальной биоиндикации используется внешний вид растений. Таких признаков,

связанных с нарушением питания растений, множество, в частности: замедление роста стеблей; ветвей и кор-

ней; пожелтение; бурение; загибание листьев; «краевые ожоги»; образование гнили; одревеснение стеблей и др.

     Для целей биоиндикации качества окружающей среды могут применяться популяционные и экосистемные

критерии, которые характеризуются показателями: численности и биомассы отдельных видов; соотношением в

сообществах различных видов, их распределение по обилию и т.п.

     Для получения более достоверных, долгосрочных прогнозов наряду с видами-индикаторами отслеживают-

ся изменения, происходящие в популяциях устойчивых видов, способных выдерживать значительные возму-

щающие воздействия (воздействия экологически неблагоприятных факторов) в течение длительного времени.

     Под влиянием загрязняющих веществ в организме происходят перестройка структуры и функции клеток.

Результаты гистологических исследований таких изменений могут свидетельствовать о качестве окружающей

среды. Злокачественный рост клеток, дегенеративные изменения или появление некротических очагов характе-

ризуют высокую степень токсичности среды обитания.

     Патолого-анатомические и гистологические методы биоиндикации особое внимание уделяют изучению

репродуктивной системы, любые изменения которой непосредственно связаны с жизненно важными парамет-

рами популяции. Репродуктивная система очень чувствительна к стрессовым воздействиям, и любое нарушение

можно рассматривать как сигнал о наличии неблагоприятных изменений в окружающей среде.

     Эмбриональные методы диагностики базируются на том обстоятельстве, что наиболее уязвимыми к воз-

действию внешних возмущений являются ранние стадии развития многоклеточных организмов. На стадиях

дробления и формирования зародышевых органов и тканей даже незначительные воздействия, как правило,

приводят к видимым уродствам более поздних стадий или даже гибели зародышей. В качестве биоиндикаторов

обычно используются быстро развивающиеся и дающие многочисленное потомство организмы (рыбы, моллю-

ски, земноводные, насекомые). Данные организмы могут быть использованы и как тест-объекты для биотести-

рования окружающей среды.

     Более тонкими и точными методами биодиагностики являются иммунологические и генетические методы.

     Иммунологические – основаны на измерениях показателей иммунной системы под воздействием внешних

возмущающих факторов. В результате любого рода отрицательного воздействия на иммунную систему живых

организмов в первую очередь изменяется функциональное состояние иммунокомпетентных клеток – спленоци-

тов и лимфоцитов. При введении в клетки организма специальных веществ – стандартных мутагенов (липопо-
лисахаридов и др.) – в зависимости от вида воздействия ингибирование реакции может свидетельствовать о

нарушении иммунологического статуса организма.

     Генетические методы позволяют анализировать генетические изменения, возникающие вследствие небла-

гоприятных внешних воздействий. Появление таких изменений характеризует мутагенную активность среды, а

возможность их сохранения в клеточных популяциях отражает эффективность иммунной потенции организма.

     В нормальных условиях большая часть генетических аномалий удаляется из популяций посредством им-

мунной системы организма. Наличие таких аномалий можно использовать в качестве индикатора стресса, ве-

дущего к продукции аномальных клеток и снижению способности иммунной системы организма их уничто-    продолжение
--PAGE_BREAK--
еще рефераты
Еще работы по государству, праву