Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Экспрессные методы и мобильные средства контроля загрязнений промышленно-урбанизированных территорий

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Экспрессные методы и мобильные средства контроля загрязнений промышленно-урбанизированных территорий"

На правах рукописи

Дорофеев Сергей Вячеславович

Экспрессные методы и мобильные средства контроля загрязнений промышленно-урбанизированных территорий

(на примере г. Москвы и Московского региона)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Специальность 25.00.36 - Геоэкология

Москва 2005

Работа выполнена в Геоэкологическом центре "Экогеотех"

Научный руководитель - доктор технических наук

Шаповалов Дмитрий Анатольевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Козелкин Виктор Владимирович

кандидат технических наук, доцент Кудрин Игорь Владимирович

Ведущая организация - Центральный научно-исследовательский институт коррозии и сертификации

Защита диссертации состоится 2005 г. в на

заседании Диссертационного совета Д 220.025.01 в Государственном университете по землеустройству.

Адрес: 105064, Москва, ул. Казакова, 15, Государственный университет по землеустройству. Телефон: (095) 261 -71 -13

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного университета по землеустройству.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью) просьба направлять по указанному адресу на имя Ученого секретаря Совета.

Автореферат диссертации разослан

Ученый секретарь Диссертационного совета, кандидат технических наук

З.В. Козелкина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Проблемы экологии и экологической безопасности продолжают оставаться наиболее острыми проблемами России и большинства ее регионов. Загрязнение атмосферного воздуха промышленными и автотранспортными выбросами, открытых водоемов поверхностным стоком и производственными сточными водами, почв и почвенного покрова отходами производства и потребления на промышленно-урбанизированых территориях -среды обитания более половины населения страны - достигли в настоящее время небывалых масштабов.

Особо тревожная экологическая ситуация складывается на этих территориях и в связи с тем, что не снижаются темпы роста числа автотранспортных средств, участились случаи техногенных аварий, возрос уровень шума, интенсивность электромагнитных излучений и др. физических факторов воздействия. И в этой связи не ослабевает поток жалоб жителей крупных городов и промышленных центров на неблагоприятную экологическую обстановку на локальных городских территориях, примыкающим к жилым массивам, школьным и дошкольным учреждениям, зонам отдыха и др. Остро стоят проблемы оценки влияния атмосферных загрязнений на сохранность объектов богатого культурного и исторического наследия России (памятников, зданий и сооружений).

Действующая в настоящее время система мониторинга промышленно-урбанизированных территорий не обеспечивает получения оперативной информации о состоянии локальных городских территорий (микрорайона, квартала, жилого комплекса и т.п.). Контроль таких территорий проводится эпизодически, носит зачастую бессистемный характер и не дает однозначного ответа об источниках и характере воздействия (загрязнения) и их параметрах (мощности, интенсивности, массы выброса). Возникают и не решаются и целый ряд экологических проблем микролокального уровня (например, поиск и

обнаружение точечных источников загрязнения, контроль состояния жилых и производственных помещений, прилегающих к ним территорий). Поэтому создание эффективных систем контроля локальных территорий и объектов является чрезвычайно актуальной экологической проблемой промышленно-урбанизированных территорий и требует совершенствования, как общих методологических подходов, так и соответствующих аппаратурно-методических средств, базирующихся на экспрессных методах экологических измерений.

Цель и задачи работы. Основной целью диссертационной работы является оценка возможностей экспрессных методов и мобильных средств контроля загрязнений и разработка предложений по их оперативному использованию в системах экологического мониторинга на промышленно-урбанизированых территорий.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

• проведен анализ современного состояния аппаратурно-методической базы систем экологического мониторинга;

• проведена оценка эффективности использования мобильных средств в рамках действующей системы мониторинга на территории г. Москвы и Московского региона;

• проведены комплексные экспериментальные исследования в Московском регионе.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

• проведен анализ источников загрязнения и обоснован приоритетный перечень веществ, подлежащих контролю, в числе которых парниковые газы, озоноразрушающие и стойкие органические вещества, приземный озон, ртуть и

др.;

• разработан оптимальный комплекс методов и аппаратуры для экспресс-контроля загрязнений локальных городских территорий;

• разработано новое устройство для отбора проб аэрозолей с возможностью экспресс-контроля их массовой концентрации в процессе пробоотбора;

• разработаны принципы организации и методика оперативного контроля загрязнений локальных территорий;

• обоснованы состав, структура и аппаратурно-методическое обеспечение типовой экологической лаборатории экспресс-контроля.

Практическая значимость. Разработаны предложения по аппаратурно -методическому обеспечению мобильных групп (лабораторий) в структуре действующих систем мониторинга загрязнений промышленно-урбанизированных территорий. Даны рекомендации по дальнейшему совершенствованию мониторинга локальных территорий на примере г. Москвы и Московского региона.

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации докладывались на III Всероссийском экологическом съезде (Москва, ноябрь, 2003), семинаре РАН "Экология городов" (Москва, февраль, 2004), Международной конференции по мониторингу промышленных выбросов -СЕМ 2004 (Милан, июнь, 2004) на Всероссийской конференции "Экологическая физика" (Москва, МГУ, июнь 2004), по материалам диссертационной работы опубликованы 3 статьи. Подана заявка на полезную модель "Устройство для отбора проб аэрозолей".

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, приложения и списка литературы из наименований, в том числе иностранных. Она изложена на Ш е., включает '^табл. и Лрис.

Личный вклад автора. Сбор, обработка и обобщение литературных данных

выполнено автором лично. Кроме того, автор принимал непосредственное

участие в проведении экспериментальных исследований, составляющих

научную новизну и практическую полезность работы. Общее направление

работ, а также программа комплексных исследований с участием ряда

экологических организаций Москвы (в первую очередь с Госприродоохранным

4

центром Департамента природопользования и охраны окружающей среды Правительства Москвы) отрабатывались автором совместно с научным руководителем диссертации.

При выборе направлений исследования и планировании экспериментов автор опирался в основном на имеющиеся сведения и последние достижения по проблемам мониторинга урбанизированных территорий, касающихся г. Москвы и Московского региона. Здесь особо необходимо отметить работы, выполненные учеными и специалистами Института глобального климата и экологии РАН, МГУ им. М.В.Ломоносова, НИиПИ экологии города, HПП «Аэрогеофизика», Государственного университета по землеустройству, НИиПИ Генплана г. Москвы и др. Из числа авторов хотелось бы выделить Соколова В.Е., Беккера А.А., Осипова Ю.С., Федорова Ю.Д., Ишкова А.Г., Пупырева Е.И., Башкина В.Н. Анализировались также результаты исследований, представленные в диссертационных работах (защищенных в последние годы в ГУЗе по специальности «Геоэкология»).

Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность за постоянное внимание и помощь научному руководителю доктору технических наук Шаповалову Д.А.. Автор признателен также Генеральному директору, к.т.н. Горину В.В. и сотрудникам Геоэкологического центра "Экогеотех" Бибину А.С., Зарубину А.Б. за помощь в работах по использованию мобильных измерительных комплексов и современных ГИС-технологий при обработке результатов исследований и экспериментов.

Автор благодарен специалистам Аналитической инспекции Госприродоохранного центра Департамента природопользования и охраны окружающей среды Правительства Москвы Поливановой Э.П., Беляеву В.Н., Вороничу С.С. за помощь при проведении лабораторных исследований проб промышленных выбросов, загрязнений почв, водной среды и обсуждении их результатов. Автор особо признателен начальнику отдела, д.т.н., профессору Разяпову А.З. за ценные советы при работе над диссертацией.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определены цели и задачи исследования, показана научная новизна и практическая значимость работы. Дано также определение таких терминов, как промышленно-урбанизированные территории, экспрессный, мобильный и др. В частности, под «промышленно-урбанизированными территориями» понимаются территории современных городов, промышленных и культурных центров федерального и регионального масштаба, характеризующиеся особыми социально-экономическими и геоэкологическими условиями, спецификой которых является высокая плотность населения, концентрация

промышленного и научно-технического потенциала, насыщенность автотранспортными средствами, объектами энергетики, стройиндустрии, многофункциональными системами жизнеобеспечения. Эти территории отличаются высоким уровнем экологической напряженности (опасности) вследствие воздействия многочисленных антропогенных факторов. В первой главе "Экологические проблемы и состояние систем мониторинга промышленно-урбанизированных территорий** дан анализ экологических проблем промышленно-урбанизированных территорий и оценены возможности действующих систем мониторинга.

Экологические проблемы промышленно-урбанизированных территорий (ПРУТ) можно разделить на три самостоятельные, хотя и взаимосвязанные группы: ресурсно-хозяйственные, природно-ландшафтные и

антропоэкологические.

Ресурсно-хозяйственные проблемы вызываются истощением природных ресурсов этих территорий и высоким уровнем загрязнения компонентов природной среды. Природно-ландшафтные проблемы - это проблемы, обусловленные нарушением исторически сложившихся природных экосистем и

сокращение растительного покрова. Антропоэкологические проблемы связаны с риском ухудшения здоровья населения.

Как уже указывалось, ПРУТ подвержены мощным антропогенным воздействиям, что обуславливает геофизические и геохимические аномалии во взаимодействующих городских средах, а именно: почвы постепенно деградируют и утрачивают природные функции, отмечается высокая и очень высокая степень загрязнения воздушной среды и открытых водоемов, залповые выбросы и сбросы, несанкционированные свалки, различного рода захоронения усугубляют и без того сложные проблемы удаления промышленных и бытовых отходов. Экологическая ситуация осложняется еще и тем, что эти территории находятся под воздействием электромагнитных, акустических, радиационных и др. физических полей различной интенсивности.

В настоящее время, подавляющее большинство населения России (около ПО млн. человек) проживает на промышленно-урбанизированных территориях, причем основная масса крупных городов и промышленных центров приходится на Европейскую часть страны. Здесь сосредоточен и основной индустриальный и научно-технический потенциал, обеспечивающий около 80% всего промышленного производства нашей страны.

Московский регион занимает территорию площадью 47 тыс. км2, включая столицу России, а также 39 районов Московской области с 72 городами, ПО поселками городского типа и свыше 6 тыс. отдельных населенных пунктов, где проживает более 16 млн. человек. Регион характеризуется высокой концентрацией промышленного производства, предприятиями энергетики, развитой сетью транспортных магистралей. В настоящее время здесь насчитывается более 5 млн. автомобилей. Особую опасность для региона представляют многочисленные полигоны захоронения отходов. Наиболее крупные из них - это Тимохово, Щербинка, Икша, Хметьево, Саларьево.

Территория г. Москвы составляет примерно 1000 км2, на которой сформировалось примерно 70 промышленных зон с 5000 предприятий

различного профиля. Автомобильный парк города насчитывает более 3,5 млн. транспортных средств.

Валовой выброс загрязняющих веществ от стационарных источников в 1997 г составлял 151,5 тыс. т, в то время как от автотранспортных средств - 1,7 млн. т. Для сравнения эти цифры в 1986 г выглядели примерно так: 400 и 820 тыс. т, а в 1991 г - 350 и 810 тыс. т (рис. 1).

В табл.1 приведены данные, характеризующие мощность выбросов наиболее крупных промышленных предприятий г. Москвы.

Таблица 1

Валовые выбросы загрязняющих веществ крупными стационарными источниками г. Москвы

Наименование предприятия Валовой выброс, т/год

Предприятия АООТ "Мосэнерго" (12 ТЭЦ) 107 045

Mili "Мостеплоэнерго" (48 предприятий) 4 841

Нефтеперерабатывающий завод 36 483

Люблинский литейно-механический завод 520

Металлургический завод "Серп и молот" 500

Карачаровский механический завод 350

Московский шинный завод 281

Мусоросжигательный завод N 3 275

По данным Главного управления природных ресурсов и охраны окружающей среды по г Москве МПР России выбросы загрязняющих веществ {более 500 наименований) промышленными предприятиями столицы в 2002 г составили 250 тыс тонн, сбросы сточных вод - свыше 2600 млн м3, твердых отходов образовалось около 6,9 млн тонн.

При создании в Российской Федерации Единой государственной системы экологического мониторинга (ЕГСЭМ) в 1993 г. декларировалось, что одной из основных ее задач является оперативный контроль энерго-экологического, медико-биологического и социально-экономического состояния окружающей среды Однако, как это неоднократно отмечалось научной общественностью, действующие в настоящее время системы и службы мониторинга окружающей среды не удовлетворяют требованиям оперативного информационного обеспечения управления в области охраны, рационального использования

природных ресурсов и экологически безопасного устойчивого развития страны и ее регионов. Кроме того, в результате продолжающегося сокращения наблюдательных сетей, снижения технического уровня измерительных систем и ухудшения их метрологического обеспечения значительно снижается информативность и достоверность получаемых данных.

В настоящее время по данным различных источников подсистема наблюдений за состоянием окружающей среды промышленно-урбанизированных территорий Российской Федерации охватывает 238 городов и промышленных центров. Она является составной частью Единой государственной системы экологического мониторинга (ЕГСЭМ). Однако по всеобщему признанию эта подсистема, как и вся система мониторинга, малоэффективна. Особую тревогу в этой связи вызывает отсутствие не только современных методических и аппаратурно-технических средств, но и концептуально-стратегических схем дальнейшего ее развития.

Контроль загрязнения природной среды ПРУТ Московской области осуществляется службами регионального государственного контроля и надзора. По состоянию на 1.01.2003 г сеть наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха включала 36 стационарных постов, расположенных в 10 городах и 1 заповеднике. Сеть контроля качества вод рек Волги, Оки, Москвы, Клязьмы включает 35 пунктов наблюдений.

Вопросами контроля состояния окружающей среды г. Москвы в последние годы в той или иной степени занимаются около 500 организаций. Постоянные наблюдения и инспекционный контроль проводятся централизованно государственными органами - Московским центром по гидрометеорологии и мониторингу природной среды (МосЦГМС), Департамент природопользования и охраны окружающей среды Правительства Москвы, Московским городским центром санитарно-эпидемиологического надзора (МосЦГСЭН), ГУП МосНПО «Радон» и др.

Оценивая в целом возможности систем мониторинга и контроля Москвы и Московского региона, необходимо подчеркнуть следующее. В настоящее время городские системы и соответствующие службы надзора нацелены на контроль крупнотоннажных выбросов (энергетика и автотранспорт) и не обеспечивают оперативный контроль территорий и объектов локального уровня. Об этом, в частности, свидетельствуют многочисленные жалобы населения столицы, а также и большинства крупных городов и промышленных центров области. Аналогичная картина наблюдается и в других индустриальных центрах России. Характер жалоб практически везде один и тот же, а именно: высокий уровень загрязнения воздуха, обусловленный выбросами автотранспорта, а также промышленные выбросы (чаще всего без указания источника загрязнения), свалки мусора и отходов, шумовые воздействия и т.п.

В ряде Постановлений Правительства г. Москвы (начиная с 1995 г) неоднократно указывалось на необходимость дальнейшего совершенствования аппаратурно-методического, математического и программного обеспечения городской системы мониторинга. Для достижения этих целей предусматривалось:

• развертывание современного информационно-вычислительного центра;

• организация автоматических постов контроля качества вод р. Москвы;

• полную автоматизацию существующих постов контроля атмосферного воздуха;

• внедрение современных дистанционных средств контроля качества атмосферного воздуха.

В плане программного обеспечения предполагалось разработать интерполяционные модели для условий городской застройки, использование которых позволило бы рассчитывать поля концентраций загрязняющих веществ между действующими стационарными постами контроля, а также внедрить новые программные комплексы в технологический цикл мониторинга для расчета распространения загрязнения от источников выбросов.

Однако большинство из этих научно-технических разработок, необходимых для развертывания полноценной системы экологического мониторинга территории г. Москвы с многочисленными антропогенными объектами, до настоящего времени не реализованы.

Таким образом, общегородская система мониторинга не обеспечивает получение количественных данных об экологической ситуации как в целом по городу, так по округам, районам и т.п. В связи с этим возрастает роль и значимость экспериментальных исследований (измерений) при решении проблем территорий локального и микро локального уровня. В организационно-управленческом отношении результаты этих исследований приобретают особую значимость для решения давно назревшей проблемы инвентаризации столичного региона с целью выявления опасных или потенциально опасных территорий (объектов).

Для осуществления полноценных измерений на этих территориях необходимо обосновать выбор методов и технических средств, который не только обеспечивал бы контроль приоритетного перечня загрязнений в выбросах и сбросах стационарных и передвижных источников, но и позволял оценивать состояние приземной атмосферы и подстилающей поверхности (почв, открытых водоемов).

Во второй главе "Объекты исследования, перечень веществ и аппаратурно-методическое обеспечение их контроля" дана общая характеристика объектов исследования, обоснован перечень загрязняющих веществ, подлежащих контролю. Здесь также рассмотрены основные методы и средства измерений.

В соответствии с терминологией, используемой в тексте Закона РФ "Об охране окружающей среды", промышленно-урбанизированные территории включают следующие объекты:

• антропогенный объект - объект, созданный человеком для обеспечения его социальных потребностей и не обладающий свойствами природных объектов;

• природно-антропогенный объект - природный объект, измененный в результате хозяйственной или иной деятельности, и (или) объект, созданный человеком, обладающий свойствами природного объекта и имеющий рекреационное и защитное значение;

• природный объект — естественная экологическая система, природный ландшафт и составляющие их элементы, сохранившие свои природные свойства.

В настоящее время в пределах г. Москвы 137 природных объектов общей площадью 16 тыс. га (примерно 15% городской территории) предложено считать особо охраняемыми территориями. Все остальное в крупнейшем мегаполисе России - это антропогенные и природно-антропогенные объекты (промышленные предприятия, жилые массивы, дороги, скверы и т.п.).

Однако остающиеся на ПРУТ "островки" природных объектов (леса, реки, луга, болота и др.) утрачивают свои естественные свойства под воздействием мощных антропогенных факторов и требуют особо бережного отношения со

стороны властей и жителей города.

В диссертационной работе к категории объектов локального масштаба на ПРУТ отнесены:

• жилые территории вблизи границ санитарно-защитных зон промышленных предприятий;

• территории природного комплекса (лесопарковые зоны, водоемы);

• точечные источники промышленных и бытовых выбросов (сбросов);

• территории вдоль оживленных транспортных магистралей;

• внутридворовые территории, школьные и дошкольные учреждения и др.;

13

жилые и производственные помещения и примыкающие к ним территории.

В табл.2 приведен перечень веществ, выбрасываемых в атмосферный воздух наиболее крупными промышленными предприятиями г. Москвы (данные 1998

г.).

Таблица 2

Перечень основных загрязняющих веществ в выбросах предприятий г. Москвы

Вещество Выброс, т/год *ВСВ, т/год

Диоксид азота 153399,6 9812,2

Монооксид углерода 19747,6 3535,9

Диоксид серы 121056,3 283,4

Пыль 5545,4 1216,2

Сажа 297,8 44,0

Ксилол 2599,7 237,4

Формальдегид 46,3 1,3

Фенол 35,23046 11,20638

Свинец 2,55715 0,02618

Бензапирен 0,00297 0,0000

Бензол 265,0 0,0000

Аммиак 486,8 0,9

Ацетон 1085,2 78,4

Бензин 3401,8 224,6

Фториды (Ш7) 21,7 0,0000

Хлориды (НС1) 465,2 0,3

Бутилацетат 995,8 369,6

* ВСВ - временно согласованные выбросы

Анализ данных, полученных в последние годы различными экологическими службами и организациями, показал, что в г. Москве и регионе в целом к числу основных загрязнителей атмосферного воздуха относятся газообразные вещества (оксиды углерода, азота и серы), твердые взвешенные частицы и летучие органические соединения. Открытые водоемы, почвы и почво-грунты загрязнены нефтепродуктами, органическими и неорганическими

соединениями тяжелых металлов, а также веществами, входящими в состав сухих и мокрых атмосферных выпадений.

Для ПРУТ особо опасными являются вещества, обладающие "суммацией" вредного воздействия при их одновременном присутствии. В частности, к таким группам веществ относятся диоксид серы и диоксид азота, а также диоксид серы, диоксид азота, монооксид углерода и фенол.

В странах Европейского сообщества приоритет отдается более 30 загрязнителям территорий ПРУТ. В частности, Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) еще в 1996 г. был рекомендован приоритетный перечень веществ, подлежащий обязательному контролю в атмосферном воздухе городов. Данный перечень включает: монооксид углерода, диоксид серы, диоксид азота, общее содержание взвешенных веществ, взвешенные вещества размером менее 10 мкм, свинец, озон, бензол, кадмий, мышьяк, никель, ртуть, полициклические ароматические углеводороды (бензапирен).

В работе рассмотрены возможности большой группы экспресс-методов и мобильных средств контроля локальных территорий и объектов ПРУТ. Показано, что для подсистем оперативного контроля локальных территорий важным элементом должны являться приборы-анализаторы прямого действия и устройства для отбора проб сложного компонентно-концентрационного состава для последующего их детального анализа в условиях стационарной лаборатории. Ниже представлена основная аппаратура, которая была использована автором при выполнении настоящей работы.

2.1 Аппаратура контроля атмосферных загрязнений и выбросов локальных

источников

Анализатор «Элан-СО» использовался для определения монооксида углерода в атмосферном воздухе и воздушной среде различных помещений. Диапазон измерений концентраций: 0-500 мг/м3.

Анализатор «Колион» использован нами для полуколичественной оценки

содержания таких загрязняющих веществ в воздухе, как суммарные

15

углеводороды, аммиак, ацетон и др. сероводород. Диапазон измерений большинства из указанных загрязнителей: 1-2000 мг/м3.

Анализатор паров ртути УКР-1. Прибор предназначен для измерений содержания паров ртути в пробах атмосферного воздуха, воздуха жилых и производственных помещений. Использование специального режима, предусмотренного в схеме анализатора, обеспечивает обнаружение локальных источников ртути, как на обследуемых городских территориях, так и в помещения. С помощью прибора можно проводить (в лабораторных условиях) исследования проб воды, почвы, и др. объектов природной среды на содержание ртути. Диапазон измеряемых массовых концентраций: 0,00001 -0,05 мг/м3.

Пробоотборное устройство ПУ-ЗЭ. Серийный прибор НПО «Химавтоматика», предназначенный для экспресс-отбора проб твердых взвешенных частиц (сажи, пыли) из атмосферы и воздушной среды помещений, использовался как в заводской комплектации (отбор на фильтры Петрянова), так и в модернизированном нами виде (с насадками в виде каскадных импакторов) для отбора различных фракций частиц атмосферных загрязнений и определения их массовой концентрации и химического состава.

Переносной прибор AIR METRICS miniVOL (США). Прибор представляет собой автономную систему, обеспечивающую непрерывный отбор мелкодисперсных фракций частиц (менее 10 и 2,5 мкм) на фильтры Ватман в течение 24 ч. Этот прибор один самых лучших для изучения среднесуточных концентраций аэрозольных загрязнений атмосферы.

В диссертации при разработке предложений по приборам экспресс -контроля выбросов локальных источников были изучены возможности доступных автору серии приборов-анализаторов. В табл. 3 приведены характеристики приборов отечественного и зарубежного производства, которые в настоящее время используются в системах контроля выбросов объектов

энергетики, металлургии, сжигания отходов и др. промышленных технологий с высокотемпературными процессами.

Таблица 3

Анализаторы экспресс-контроля выбросов

Назван ие прибор а Фирма изготовите ль 02, % СО, ррш NO, ррш N02, ррш S02, ррт Масса, кг

DELTA 65 MRU Германия 0...21 0...19 90 0,3

IMR 3001 IMR 0. 20,9 0...20 00 0...10 00 0...10 0 0...2000 14

TESTO 350 TESTOTER М Германия 0...21 0...40 000 0...50 0 0...5000 3,0

Газотес т НЛП "Дельта" Россия 0...21 0...10 00 0...40 0 0...15 0 0...1000 6,0

ДАГ-500 СП "Дитангаз" Россия 0..20, 9 0...60 00 0...20 00 0...10 0 0...4000 4,0

КГА-8 Фирма "Электро" Россия 0...21 0...40 00 0...20 00 * 0...5000 4,0

Комета 4 НПП "Дельта" Россия 0...30 0...50 0 0...50 0 0...10 0 0...1000 0,9

Одним из лучших зарубежных приборов является анализатор фирмы «Testo», который обеспечивает контроль Ог, СО, СО2, NOx, SO2, H2S, СН в выбросах. Регистратор прибора в зависимости от типа пробоотборного зонда может измерять и записывать в память температуру, относительную влажность, скорость потока дымовых газов и др. параметры. Управляющий модуль может контролировать всю систему и отображать получаемые в ходе измерений данные. Программное обеспечение позволяет просматривать результаты замеров в произвольной комбинации измерительных каналов, распечатывать их

и хранить в архиве. Из приборов отечественного производства следует выделить стационарный и переносной вариант приборов КГА-8.

2.2 Приборы и средства пробоотбора загрязнения почв, захоронений, свалок

Прибор Ecoprobe-5 (Чехия). Уникальный переносной прибор Ecoprobe-5 с инфракрасным и фотоионизационным детекторами использовался для экспресс-контроля газовыделений (загрязнений) подстилающей поверхности. Определяемые вещества: углеводороды, метан (СН4), диоксида углерода (СО2,). Прибор обеспечивает также определение кислорода и температуру контролируемого участка. Аппаратура впервые была использована специалистами Геоэкологического центра «Экогеотех» при проведении комплексных исследований локальных территорий (участков строительства, лесопарковых зон и др.). В 2004 г. на единичный экземпляр Ecoprobe-5 получен сертификат Госстандарта России об утверждении типа средства измерений (CZ.EJ1.004 .А №18223).

Анализаторы радиоактивности. Номенклатура приборов для радиоэкологического мониторинга в настоящее время весьма представительна. Аппаратура, используемые для контроля источников ионизирующих излучений, по функциональному назначению делятся на дозиметрические, радиометрические, спектрометрические и др. Дозиметры - приборы, измеряющие поглощенную или эквивалентную дозу излучения или мощность этих доз, интенсивность излучения, перенос энергии или передачу энергии этому объекту, находящемуся в зоне излучения. Нами были использованы различные средства контроля, в числе которых радиометр-дозиметр модели ИРД-02 научно-инженерного центра «СНИИП» для поиска источников ионизирующих излучений, а также для общей оценки радиоэкологической обстановки на обследуемой местности, жилых и производственных помещений.

2.3 Приборы и оборудование контроля водной среды Большинство исследований по контролю загрязнений водной среды проводится, как правило, с использованием средств пробоотбора. Исключение составляют такие общие параметры, как температура, рН, цветность, мутность и др., которые могут быть определены непосредственно на контролируемом объекте. Наши эксперименты по анализу состояния некоторых участков акватории р. Москвы и ее притоков осуществлялись набором стандартных средств отбора проб открытых водоемов.

В третьей главе "Комплексные экологические исследования локальных территорий и объектов" содержатся результаты экспериментальных исследований с использованием комплекса мобильных средств измерений и пробоотбора. В течение 2001-2004 гг. автор участвовал в экспериментах по изучению экологического состояния локальных территорий и источников загрязнения окружающей среды различных округов Москвы и ряда объектов в пригороде столицы. Исследовались загрязнения атмосферного воздуха и промышленных выбросов, почв, ливнестоков и др.

Экспериментальные исследования загрязнений проводились как с использованием приборов и средств экспресс-контроля, представленных во 2-й главе, так и с привлечением аналитической аппаратуры стационарной лаборатории экологического профиля.

Для оценки уровня и динамики атмосферных загрязнений в пределах отдельного микрорайона, обусловленных преимущественно выбросами автотранспорта, в течение 2003 г (весна- осень) было проведено обследование территории района "Академический" ЮЗАО с различной степенью воздействия указанного источника по следующим точкам:

1)- пересечение ул. Профсоюзной и Дм. Ульянова (интенсивный поток автотранспорта);

2)- ул. Профсоюзная, д.5/9 (внутри дворовая территория);

3) - пересечение ул. Кедрова и Бабушкина (средний уровень потока автотранспорта);

4) - Нахимовский проспект, д.48 (интенсивный поток автотранспорта).

Результаты исследований содержания монооксида углерода, диоксида азота,

взвешенных веществ частиц (пыли, сажевого аэрозоля), суммы углеводородов приведены ниже.

Монооксид углерода. Среднегодовая концентрация оксида углерода -наиболее массового загрязняющего вещества, доля которого в сумме всех выбросов вредных веществ в Москве достигает 60%, - невелика, всего 2,86 мг/м3. При этом пространственная изменчивость среднегодовых значений достаточно высока - в зависимости от различных территорий города. Минимальное значение среднегодовой концентрации наблюдается в жилых микрорайонах на периферии города либо жилых микрорайонов, не подверженных влиянию автотрасс, а максимальное - на территории вблизи крупных автотрасс. Это отражают и полученные данные, поскольку измерения проводились на территории, практически не подверженной влиянию крупных стационарных источников загрязнения.

Среднее значение концентрации оксида углерода, полученное по 4 точкам (3,91 мг/м3), несколько больше среднестатистического его значения для Москвы (2,86 мг/м3), и больше значения предельно допустимой среднесуточной концентрации (ПДКсс), равной 3,0 мг/м3. Наибольшая концентрация оксида углерода наблюдалась в точке «1» (6,67 мг/м3), которая выше средних показателей для остальных точек («2» - 2,49; «3» - 2,82; «4» - 3,66 мг/м3).

Оксиды азота. Среднегодовые концентрации диоксида и оксида азота в 2002 г. составили 0,054 и 0,087 мг/м3 соответственно. Пространственная изменчивость среднегодовых значений концентраций диоксида и оксида азота достаточно высокая. Причем минимальное значение среднегодовой концентрации наблюдалось в жилых микрорайонах, не подверженных влиянию автотрасс, а максимальные среднегодовые значения наблюдались на

территории вблизи крупных автомагистралей, либо попадающих под «факел» крупных промышленных источников выбросов.

Влияние автотрасс чаще сказывается на прилегающих территориях в утренние либо дневные часы, когда в условиях утренних инверсий либо при штилевых условиях днем интенсивность транспортного потока значительна. В таких ситуациях разовые концентрации в 2002 году достигали 6 предельно допустимой максимально разовой концентрации (ПДКмр) по диоксиду азота и 2,5 ПДК мр по оксиду азота.

Проведенные эксперименты показали, что для прогноза состояния локальных территорий существующие методики расчетов предельных концентраций не пригодны.

Анализ полученных результатов показал, что среднее значение концентрации диоксида азота 0,081 мг/м3, намного выше ПДКсс (0,040 мг/м3) его среднего значения для Юго-западного округа Москвы 0,057 мг/м3. Наибольшие концентрации наблюдались в точке «а» и среднее значение для данной точки за весь период измерений равнялось 0,116 мг/м3, что оказалось выше средних показателей для других точек (0,066; 0,066; и 0,077 мг/м3). Эти результаты свидетельствуют о том, что проблема высокого загрязнения атмосферного воздуха локальных территорий Москвы оксидами углерода и азота остается актуальной (рис. 2).

Рис.2 Концентрация диоксида азота в атмосферном воздухе

В этих экспериментах значения массовой концентрации частиц атмосферных аэрозолей и содержание летучих органических веществ не превысили среднегодовых величин для Москвы в целом - 0,26 и 1,61 мг/м соответственно.

В работе, признается важность изучения состояния городских почв, которые поглощают и депонируют потоки загрязняющих веществ. В тоже время поверхностный слой почв может стать источником вторичного загрязнения атмосферного воздуха и водоемов.

Для Москвы характерны следующие типы почв: нарушенные естественные почвы, перемешанные почво-грунты, насыпные почвы. По характеру включений: строительный и бытовой мусор, промышленные отходы, автотранспортные выбросы, торфо-перегнойные смеси.

Исследование почв проводилось в осенне-зимний период 2003 г. на территории детских садов, школ, больниц, а также вблизи городских пешеходных и автомобильных дорог.

Кислотность почв. Кислотно-щелочные свойства городских почв изменяются в широком диапазоне - от 4-4,5 рН до 8,0-8,5 не только в поверхностном слое, но и по профилю. В почвах газонов, скверов, бульваров, селитебных участков рН лежит чаще всего в пределах 6,2-7,5. Имеющиеся к настоящему времени данные показывают, что в Москве преобладают почвы с нейтральной и слабощелочной реакцией: рН 6,8-8,3. Наиболее высокие значения рН 8,0-8,9 обнаруживаются вдоль автомагистралей.

Проведенные исследования почв на территории ЮЗАО показали, что все значения рН - в пределах от 6,65 до 7,45 (почвы имеют нейтральную и слабощелочную реакцию). Эти значения соответствует общегородским показателям.

Хлориды. По данным анализа проб, отобранных в различных районах южного и юго-западного административных округов Москвы, содержание

хлоридов колеблется в пределах от 22,9 до 84,5 мг/кг. Повышенное их содержание наблюдается в пробах, отобранных вблизи оживленных автомагистралей, с газонов вблизи тротуаров и дорог. Это, на наш взгляд, связано с применением в зимний период антигололедных реагентов.

Тяжелые металлы. Концентрация тяжелых металлов (свинца, кадмия, цинка, меди и др.) в почвах г. Москвы варьируют в весьма широких пределах, иногда превышая ПДК в 5-100 раз.

Выявлены превышения ПДКмр свинца во всех точках отбора проб, которые находились вблизи дорог (рис 3). Такое же поведение отмечалось и с такими металлами, как медь и кадмий (рис. 4).

Рис. 3. Содержание свинца в почвах Москвы

Рис. 4 Содержание кадмия в почвах Москвы

Данный раздел диссертационной работы содержит также результаты экспериментальных исследований локальных территорий и объектов, расположенных в различных округах г. Москвы, а также некоторые территории и промышленные объекты ближайшего пригорода (МКАД, точечные источники выбросов, полигоны захоронения отходов).

В четвертой главе «Разработка новых технических средств и предложений по созданию мобильных систем контроля» изложены результаты исследований по созданию оптимального комплекса экспрессных методов и на их основе приборов-анализаторов, которые обеспечивали бы оперативный контроль локальных территорий и объектов.

В существующей в настоящее время классификации методов и систем экологических измерений группа экспрессных методов и мобильных средств занимает промежуточное положение между лабораторными и дистанционными методами.

Экспрессный (от лат. expressus - усиленный, чаще всего в смысле быстрый, ускоренный) — это термин характеризует метод измерения и его технические (информационно-аналитические) возможности (быстродействие, динамический диапазон измерений, точность и др.). Под экспрессными методами измерений мы понимаем такие методы, которые обеспечивают получение экологической информации в режиме реального времени, непосредственно на месте (объекте) контроля.

Мобильный (от лат. mobiles - подвижный, способный к быстрому передвижению, действию) — относится к тактико-техническим возможностям оперативного использования измерительной аппаратуры. Например, мобильный измерительный комплекс для контроля радиоактивного (ртутного) загрязнения, передвижная экологическая лаборатория контроля атмосферных загрязнений и выбросов и т.п.

Для целей комплексного обследования локальных территорий и объектов ПРУТ автором разработана структурная схема мобильной (передвижной) лаборатории экспресс-контроля (ЛАЭК) и обоснован перечень приборов и оборудования этой лаборатории.

Цели и задачи ЛАЭК вытекают из необходимости решения задач оперативного характера:

• поиск, обнаружение и локализация источников радиоактивного и ртутного загрязнения;

• экспресс-контроль атмосферных загрязнений - оксидов азота, углерода и серы, суммы углеводородов, массовой концентрации взвешенных частиц и др. веществ;

• отбор представительных проб воздуха, почв, открытых водоемов для последующего детального их анализа в условиях стационарной лаборатории (при необходимости);

• контроль параметров окружающей среды (температура, влажность, скорость и направление ветра и др.) непосредственно на объекте обследования;

• визуальный осмотр (документирование, съемка) территории с привязкой результатов измерений к местности.

В разделе представлены разработанные автором предложения по составу, структуре и аппаратурно-методическому обеспечению ЛАЭК. При создании ЛАЭК рассмотрены различные варианты комплектования контрольно-измерительного оборудования. Отмечается, что можно ориентироваться на приборы и средства контроля отечественного производства, как наиболее доступные в плане стоимостных характеристик. Однако в большинстве случаев они уступают по своим аналитическим возможностям зарубежным аналогам. Сформулированы общие принципы организации и проведения комплексного оперативного контроля загрязнений локальных территорий (объектов).

ЛАЭК может обладать статусом независимой лаборатории и функционировать на локальной территории (в масштабах округа, муниципалитета и др.) в качестве самостоятельной единицы, либо она может входить в состав Центра (лаборатории) городской системы (службы) экологического мониторинга ПРУТ.

В этом же разделе работы представлены исследования по модернизации аппаратуры для оперативного контроля массового содержания взвешенных в воздушной среде частиц. Необходимость этих исследований обусловлена тем, что одним из наиболее существенных параметров, определяющих уровень и характер загрязнений атмосферы, является содержание твердых взвешенных частиц, обусловленных промышленными и автотранспортными выбросами. Именно на этот вид загрязнения было обращено внимание при проведении экспериментальных исследований и разработок, причем основные усилия автора были направлены на изучение мелкой фракции частиц, представляющих

особую опасность для населения ПРУТ.

Было разработано новое устройство для непрерывного отбора проб атмосферных загрязнений локальных территорий, воздушной среды помещений. В качестве базовой модели (прототипа) был выбран серийно выпускаемый прибор AIR METRICS miniVOL производства США.

Отечественные приборы (в частности, пробоотборное устройство ПУ-ЗЭ) предназначены лишь для отбора максимально разовых проб (в течение 20-30 мин) и не могут быть использованы в системах мониторинга (например, для непрерывного отбора среднесуточных проб).

Прибор AIR METRICS miniVOL, как раз наоборот, представляет собой автономную систему, обеспечивающую непрерывный отбор проб в течение длительного времени (24 час). Однако основным недостатком этого устройства являются то, что оно относится к пассивным техническим средствам и не позволяет проводить контроль динамики загрязнений воздушной среды в процессе отбора проб с выдачей данных о содержании аэрозолей в режиме реального времени.

б- блок фильтрации; в- блок аспирации; г- блок автономного питания.

1 -пробозаборная трубка;3 -аэрозольный фильтр;4 -фильтродержатель;5 -малогабаритный насос; 6 - ротаметр; 7 - таймер; 8 - пластина пьезоэлемента; 9

-цифровой индикатор.

Новое устройство содержит импактор (а) с осадителем частиц (2), аэрозольный фильтр, малогабаритный насос и таймер, а также блок автономного питания. Импактор обеспечивает предварительную сепарацию частиц аэрозоля - на поверхности осадителя локализируются крупные частицы (размером более 5-10 мкм), а мелкие частицы улавливаются аэрозольным фильтром. Особенность устройства состоит в том, что осадитель частиц импактора выполнен в виде пластины пьезоэлектрика, соединенного со световым табло (дисплеем). Благодаря такой конструкции устройства обеспечивается автоматический контроль аэрозольных загрязнений с возможностью визуализации данных измерений. В табл. 4 приведены результаты испытаний макетного образца устройства при исследовании загрязнений воздушной среды производственных и офисных помещений табачного производства.

Таблица 4

Результаты испытаний устройства контроля аэрозолей

Место отбора проб ♦Концентрация, мг/м3

9-00 ч 11-30 ч 18-00ч

Подсобное помещение 0,31 0,38 0,42

Цех предварительной сортировки 1,61 3,44 5,61

Склад исходной продукции 2,60 3,21 3,45

Склад готовой продукции 0,22 0,18 1,43

Цех выпуска сигарет 3,27 4,31 4,65

*Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны (ПДКрз)-3,0мг/м3

На разработанное автором устройство оформлена и подана заявка в Федеральный институт промышленной собственности на выдачу патента РФ на полезную модель "Устройство для отбора проб аэрозолей".

Основные выводы и рекомендации

1. Рассмотрены экологические проблемы промышленно-урбанизированных территорий России на примере г. Москвы и Московского региона и оценены возможности действующих систем экологического мониторинга. Подчеркнуто, что общегородские системы мониторинга окружающей среды и соответствующие службы контроля не обеспечивают получение оперативной информации об экологическом состоянии локальных территорий, точечных источниках выбросов (сбросов) загрязняющих веществ, обусловленных нарушениями технологических процессов производства, использованием несовершенных систем очистки загрязнений, техногенными авариями и др.

2. Показано, что основными источниками загрязнения промышленно-урбанизированных территорий являются крупнотоннажные выбросы и сбросы автотранспортного комплекса и объектов энергетики, многочисленных производств, связанных с высокотемпературными технологическими процессами (металлургия, сжигание отходов, химия и нефтехимия). Обоснован приоритетный перечень веществ, подлежащих контролю, в числе которых: оксиды азота и углерода, приземной озон, ртуть, стойкие органические вещества (бензапирен, диоксины), микронные и субмикронные частицы взвешенных веществ, нефтепродукты, органические и неорганические соединения тяжелых металлов и др.

3. Исследованы возможности различных методов и приборов экспресс-анализа загрязняющих веществ атмосферных загрязнений, обусловленных промышленными и автотранспортными выбросами. Основное внимание уделено изучению характеристик систем пробоотбора и анализа частиц атмосферных аэрозолей. Показано, что наиболее эффективными средствами являются методы гравиметрии и пьезовзвешивания, которые обеспечивают контроль, как общей массовой концентрации аэрозолей, так и отдельных фракций частиц. По результатам исследований и экспериментов разработано новое устройство для отбора проб аэрозолей с возможностью экспресс-контроля их массовой концентрации в процессе пробоотбора и подана заявка на полезную модель "Устройство для отбора проб аэрозолей".

4. Оценены возможности аппаратурно-методической базы существующих систем контроля промышленно-урбанизированных территорий и обоснована необходимость дальнейшего совершенствования действующих систем мониторинга путем более широкого использования экспрессных методов и автоматизированных систем контроля выбросов крупных стационарных источников, а также и средств дистанционного зондирования подстилающей поверхности.

5. Сформулированы принципы организации и проведения комплексного оперативного контроля загрязнений локальных территорий (объектов). Обоснованы состав, структура и аппаратурно-методическое обеспечение мобильной экологической лаборатории экспресс-контроля.

Публикации по теме диссертации

1. Мониторинг загрязнений промышленно-урбанизированных территорий, Тезисы докладов III Всероссийского съезда по охране природы, секция № 10 "Экологический мониторинг", Москва, 2003, (соавторы Шаповалов Д.А. и Разяпов А.З.).

2. Система мониторинга и комплекс инструментальных методов контроля атмосферных загрязнений и промышленных выбросов на территории г. Москвы, Тезисы докладов 4 Всероссийской конференции «Физические проблемы экологии», М, МГУ, 2004, с. 229-230, (соавторы Шаповалов Д.А., Воронин С.С., Беляев В.Н.).

3. 10-уеаг experience of emission control from Moscow industrial sources using "Kema" mobile laboratory (10-летний опыт использования передвижной лаборатории "Кема" для контроля выбросов промышленных предприятий г. Москвы), Proceedings of the 6th International Conference on Emission Monitoring, Milan, Italy, 2004 (соавторы Шаповалов Д.А., Воронин C.C., Беляев В.Н., Пальгунов Н.В.).

4. Система мониторинга и комплекс инструментальных методов контроля атмосферных загрязнений и промышленных выбросов на территории г. Москвы, Материалы 4 Всероссийской конференции «Физические проблемы экологии» 2004, (соавторы: Шаповалов Д.А., Воронин С.С., Беляев В.Н.Хв печати).

5. Переносной прибор для непрерывного отбора проб частиц атмосферных аэрозолей, Экологические системы и приборы, № 10, 2004, с. 6-7. (соавторы: Шаповалов ДА., Короткова О.А., Пальгунов Н.В.).

6. Устройство для отбора проб аэрозолей, Заявка на полезную модель, 2004 (соавторы: Лукашевич О.В., Короткова О.А.)

7. Об уровнях загрязнения атмосферного воздуха и почв на локальных территориях г. Москвы, Материалы конференции РАН «Экология городов», М, 2004 (соавторы Шаповалов Д.А., Воронин С.С., Шульц Л.А.) (в печати).

Подписано в печать 13.01.2005г. Формат ЛБ. Тираж 60 экз. Заказ 01/13_05. Полиграфические работы -Центр полиграфических услуг «Радуга» Москва, Малый Могильцевский пер., 3 Тел.: 241-36-06

25,00

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Дорофеев, Сергей Вячеславович

Введение

ГЛАВА 1 Экологические проблемы и состояние систем мониторинга

1.1 Особенность территорий и основные экологические проблемы

1.2 Экологические проблемы Московского региона

1.3 Состояние и возможности систем мониторинга

ГЛАВА 2 Объекты исследования, перечень веществ и аппаратурно

2.1 Характеристика объектов контроля

2.2 Перечень загрязняющих веществ, подлежащих контролю

2.3 Методика прогноза загрязнений локальных территорий

2.3 Методическое обеспечение лабораторных исследований

2.4 Методы и аппаратура экспресс-контроля

ГЛАВА 3 Комплексные исследования локальных территорий и объектов

ГЛАВА 4. Разработка предложений по созданию мобильных средств и промышленно-урбанизированных территорий методическое обеспечение их контроля

3.1 Исследование состояния локальных территорий

3.2 Контроль стационарных источников систем контроля

4.1 Разработка устройства для экспресс-контроля аэрозолей

4.2 Принципы организации лаборатории экспресс-контроля

4.3 Общие требования к составу и структуре лаборатории

4.4 Организация контроля и методика исследований

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Экспрессные методы и мобильные средства контроля загрязнений промышленно-урбанизированных территорий"

Проблемы экологии и экологической безопасности продолжают оставаться наиболее острыми проблемами России и большинства ее регионов. Загрязнение атмосферного воздуха промышленными и автотранспортными выбросами, открытых водоемов поверхностным стоком и производственными сточными водами, почв и почвенного покрова отходами производства и потребления на промышленно-урбанизированых территориях - среды обитания более половины населения страны - достигли в настоящее время небывалых масштабов.

Особо тревожная экологическая ситуация складывается на этих территориях и в связи с тем, что не снижаются темпы роста числа автотранспортных средств, участились случаи техногенных аварий, возрос уровень шума, интенсивность электромагнитных излучений и др. физических факторов воздействия. И в этой связи не ослабевает поток жалоб жителей крупных городов и промышленных центров на неблагоприятную экологическую обстановку на локальных городских территориях, примыкающим к жилым массивам, школьным и дошкольным учреждениям, зонам отдыха и др. Остро стоят проблемы оценки влияния атмосферных загрязнений на сохранность объектов богатого культурного и исторического наследия России (памятников, зданий и сооружений). Действующая в настоящее время система мониторинга промышленно-урбанизированных территорий не обеспечивает получения оперативной информации о состоянии локальных городских территорий (микрорайона, квартала, жилого комплекса и т.п.). Контроль таких территорий проводится эпизодически, носит зачастую бессистемный характер и не дает однозначного ответа об источниках и характере воздействия (загрязнения) и их параметрах (мощности, интенсивности, массы выброса). Возникают и не решаются и целый ряд экологических проблем микролокального уровня (например, поиск и обнаружение точечных источников загрязнения, контроль состояния жилых и производственных помещений, прилегающих к ним территорий).

Поэтому создание эффективных систем контроля локальных территорий и объектов является чрезвычайно актуальной экологической проблемой промышленно-урбанизированных территорий и требует совершенствования, как общих методологических подходов, так и соответствующих аппаратурно-методических средств, базирующихся на экспрессных методах экологических измерений.

Основной цепью диссертационной работы является оценка возможностей экспрессных методов и мобильных средств контроля загрязнений и разработка предложений по их оперативному использованию в системах экологического мониторинга на промышленно-урбанизированых территорий. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

• проведен анализ современного состояния аппаратурно-методической базы систем экологического мониторинга;

• проведена оценка эффективности использования мобильных средств в рамках действующей системы мониторинга на территории г. Москвы и Московского региона;

• проведены комплексные экспериментальные исследования в Московском регионе. Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

• проведен анализ источников загрязнения и обоснован приоритетный перечень веществ, подлежащих контролю, в числе которых парниковые газы, озоноразрушающие и стойкие органические вещества, приземный озон, ртуть и др.;

• разработан оптимальный комплекс методов и аппаратуры для экспресс-контроля загрязнений локальных городских территорий;

• разработано новое устройство для отбора проб аэрозолей с возможностью экспресс-контроля их массовой концентрации в процессе пробоотбора;

• разработаны принципы организации и методика оперативного контроля загрязнений локальных территорий;

• обоснованы состав, структура и аппаратурно-методическое обеспечение типовой экологической лаборатории экспресс-контроля.

Практическая значимость состоит в том, что автором разработаны предложения по аппаратурно-методическому обеспечению мобильных групп (лабораторий) в структуре действующих систем мониторинга загрязнений промышленно-урбанизированных территорий. Даны практические рекомендации по дальнейшему совершенствованию мониторинга локальных территорий на примере г. Москвы и Московского региона.

Основные положения диссертации докладывались на III Всероссийском экологическом съезде (Москва, ноябрь, 2003), семинаре РАН "Город и экология" (Москва, февраль, 2004), Международной конференции по мониторингу промышленных выбросов - СЕМ 2004 (Милан, июнь, 2004) на Всероссийской конференции "Экологическая физика" (Москва, МГУ, июнь 2004), по материалам диссертационной работы опубликованы 3 статьи. Подана заявка на полезную модель "Устройство для отбора проб аэрозолей". V

Терминология, используемая ' работе. Под промышленно-урбанизированными территориями (ПРУТ) понимаются территории современных городов, промышленных и культурных центров федерального и регионального масштаба, характеризующиеся особыми социально-экономическими и геоэкологическими условиями, спецификой которых является высокая плотность населения, концентрация промышленного и научно-технического потенциала, насыщенность автотранспортными средствами, объектами энергетики, стройиндустрии, многофункциональными системами жизнеобеспечения.

Локальные территории (объекты) - это природные, природно-антропогенные и антропогенные объекты, расположенные в пределах промышленно-урбанизированной экосистемы, т.е. часть территории (микрорайон, квартал) и расположенные на них объекты недвижимости, ограниченные границами территориальных единиц ПРУТ (улица, шоссе, русло реки) с определенным видом функционального назначения.

Экспрессные методы измерений — это методы, которые обеспечивают получение экологической информации в режиме реального времени, непосредственно на месте (объекте) контроля. Экспрессный (от лат. expressus - усиленный, чаще всего в смысле быстрый, ускоренный,) — это термин характеризует метод измерения и его технические (информационно-аналитические) возможности (быстродействие, динамический диапазон измерений, точность и др.).

Мобильный (от лат. mobilis - подвижный, способный к быстрому передвижению, действию) - относится к тактико-техническим возможностям оперативного использования измерительной аппаратуры. Например, мобильный измерительный комплекс для контроля радиоактивного или ртутного загрязнения, передвижная экологическая лаборатория контроля атмосферных загрязнений, выбросов, водных сред и т.п.

В равной степени эти термины относятся и к характеристике соответствующих способов и средств пробоотбора, обеспечивающих быстрый отбор представительных проб загрязнений природных объектов и их доставку в стационарную лабораторию (центр) физико-химических исследований.

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Дорофеев, Сергей Вячеславович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ пьезовзвешивания, которые обеспечивают контроль как общей массовой концентрации аэрозолей, так и отдельных фракций частиц. По результатам исследований и экспериментов разработано новое устройство для отбора проб аэрозолей с возможностью экспресс-контроля их массовой концентрации в процессе пробоотбора и подана заявка на полезную модель "Устройство для отбора проб аэрозолей".

4. Оценены возможности аппаратурно-методической базы существующих систем контроля промышленно-урбанизированных территорий и обоснована необходимость дальнейшего совершенствования действующих систем мониторинга путем более широкого использования экспрессных методов и автоматизированных систем контроля выбросов крупных стационарных источников, а также и средств дистанционного зондирования подстилающей поверхности.

5. Сформулированы принципы организации и проведения комплексного оперативного контроля загрязнений локальных территорий (объектов). Обоснованы состав, структура и аппаратурно-методическое обеспечение мобильной экологической лаборатории экспресс-контроля.

Публикации по теме диссертации

1. Мониторинг загрязнений промышленно-урбанизированных территорий, Тезисы докладов III Всероссийского съезда по охране природы, секция № 10 "Экологический мониторинг", Москва, 2003, (соавторы Шаповалов Д.А. и Разяпов А.З.).

2. Система мониторинга и комплекс инструментальных методов контроля атмосферных загрязнений и промышленных выбросов на территории г. Москвы, Тезисы докладов 4 Всероссийской конференции «Физические проблемы экологии», М, МГУ, 2004, с. 229230, (соавторы Шаповалов Д.А., Воронин С.С., Беляев В.Н.).

3. 10-уеаг experience of emission control from Moscow industrial sources using "Kema" mobile laboratory (10-летний опыт использования передвижной лаборатории "Кема" для контроля выбросов промышленных предприятий г. Москвы), Proceedings of the 6th International Conference on Emission Monitoring, Milan, Italy, 2004 (соавторы Шаповалов Д.А., Воронин C.C., Беляев В.Н., Пальгунов Н.В.).

4. Система мониторинга и комплекс инструментальных методов контроля атмосферных загрязнений и промышленных выбросов на территории г. Москвы,' Материалы 4 Всероссийской конференции «Физические проблемы экологии» 2004, (соавторы: Шаповалов Д.А., Воронич С.С., Беляев В.Н.) (в печати).

5. Переносной прибор для непрерывного отбора проб частиц атмосферных аэрозолей, Экологические системы и приборы, № 10, 2004, с. 6-7. (соавторы: Шаповалов Д.А., Короткова О.А., Пальгунов Н.В.).

6. Устройство для отбора проб аэрозолей, Заявка № 1453675 на полезную модель, 2004 (соавторы: Лукашевич О.В., Короткова О.А.)

7. Об уровнях загрязнения атмосферного воздуха и почв на локальных территориях г. Москвы, Материалы конференции РАН «Экология городов», М, 2004 (соавторы Шаповалов Д.А., Воронич С.С., Шульц Л.А.) (в печати).

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Дорофеев, Сергей Вячеславович, Москва

1. Реймерс Н.Ф., Экология (теории, законы, правила, принципы и гипотезы), М, Россия молодая, 1994, 367 с.

2. Экология, охрана природы и экологическая безопасность, под общей редакцией проф. В.И. Данилова-Данильяна, М, Изд-во МНЭПУ, 1997.

3. Почва, город, экология, под ред. Г.В. Добровольского, М, Мосэкофонд и РФФИ, 1997.

4. Афанасьев Ю.А., Фомин С.А. Мониторинг и методы контроля окружающей среды, Часть 1, М, Изд-во МНЭПУ, 1998.

5. Контроль химических и биологических параметров окружающей среды, под ред. Исаева JI.K., Санкт-Петербург, Изд-во "Крисмас+", 1998.

6. Лозановская И.Н., Орлов Д.С., Садовникова JI.K., Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении, М, Высшая школа, 1998.

7. Лихачева Э.А., Смирнова Е.Б., Экологические проблемы Москвы за 150 лет, М, Институт географии РАН, 1994.

8. Карабасов Ю.С., Чижикова В.М., Плющевский М.Б., Экология и управление: термины и определения, М, МИСИС, 2001.

9. Никаноров A.M., Хоружая Т.А., Глобальная экология, М, Книга сервис, 2003.

10. Андруз Дж., Бримблекумб П., Джикелз Т., Лисс П., Введение в химию окружающей среды, пер. с англ., М, Мир, 1999.

11. КуклекЮ.И., Физическая экология, М, Высшая школа, 2001.

12. Орлов А.С., Безуглова О.С., Биогеохимия, Ростов н/Д, Феникс, 2000.

13. Фомин Г.С., Ческис А.Б., Вода. Контроль химической, бактериальной и радиационной безопасности по международным стандартам. Справочник./Под ред. Подлепы С. А., М, Геликон, 1992.

14. Ясамов Н.А. Основы геоэкологии, М, Изд-во Академия, 2003.

15. Торочешников Н.С., Родионов А.И. и др., Техника защиты окружающей среды, М, Химия, 1981.

16. Беккер А. А., Агаев Т.Б., Охрана и контроль загрязнения природной среды, Ленинград, Гидрометеоиздат, 1989.

17. Курбатова А.С., Башкин В.Н., Касимов Н.С. и др., Экология города,-НИиПИ ЭГ, М, Научный мир, 2004.

18. Курбатова А.С., Ландшафтно-экологический анализ формирования градостроительных структур, Москва-Смоленск, Маджента, 2004.

19. Курбатова А.С., Экология и промышленность России, №8, 1997, с. 8-11.

20. Курбатова А.С., Мягков С.М., Шныпарков А.Л., Природный риск для городов России, НииПИЭГ, М, 1997.

21. Курбатова А.С., Мягков С.М., Оценка устойчивости природно-антропогенных территориальных комплексов (на примере г. Москвы), НИиПИ ЭГ, 1995.

22. Курбатова А.С., Управление городскими ландшафтами, М: Правительство-город-люди, №6 (67), 2003.

23. Курбатова А.С., Башкин В.Н., Мягков С.М., Савин Д.С., Экологические решения в Московском мегаполисе, М, НИиПИ ЭГ, 2004.

24. Башкин В.Н., Курбатова А.С., Савин Д.С., Расчет величин критических нагрузок поллютантов на городские экосистемы, М, НИиПИ ЭГ, 2004.

25. Курбатова А.С. и др. Методические указания по оценке городских почв при разработке градостроительной и архитектурно-строительной документации, М, НИиПИ ЭГ, 2004.

26. Исидоров В.А., Экологическая химия, СПб, Химиздат, 2001.

27. Луканин В.Н., Трофименко Ю.В., Промышленно-транспортная экология, М, Высш. шк., 2001.

28. Экологические исследования в Москве и Московской области, Материалы научно-практической конференции, М, АН СССР, 1989.

29. Усманов С.М. Радиация, М, Изд-во Владос, 2001.

30. Фелленберг. Г., Загрязнение природной среды. Введение в экологическую химию, пер. с нем., М, Мир, 1997.

31. Камерилова Г.С., Экология города, М, Просвещение, 1997.

32. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды, М, Гидрометеоиздат, 1984.

33. Горелик ДО., Конопелько Л.А., Мониторинг загрязнения атмосферы и источников выбросов, М, Изд-во стандартов, 1992.

34. Фомин Г.С., Фомина О.Н. Воздух. Контроль загрязнений по международным стандартам, М, Изд-во Протектор, 1994.

35. Майстренко В.Н., Хамитов Р.З., Будников Г.К. Эколого-аналитический мониторинг супертоксикантов, М, Химия, 1996.

36. Системы эколого-аналитического контроля в действии, отв. ред. проф. Н.М.Кузьмин. -М.: Изд-во Фолиум, 1994.

37. Кальвода Р., Зыка Я., Штулик К. и др. Электроаналитические методы в контроле окружающей среды, пер. с англ. М.: Химия, 1992.

38. Золотов Ю.А., Аналитическая химия: проблемы и достижения, М, Наука, 1992.

39. Э.Ю. Безуглая, С.С. Чичерин, О.П. Шарикова, Труды ГТО, 1998, вып. 549, с. 3-10.

40. Одум Ю., Экология (в двух томах), М, Мир, 1986.

41. Израэль Ю.А., Экология и контроль состояния природной среды, М, Гидрометеоиздат, 1984.

42. Небел Б., Наука об окружающей среде (в двух томах), М, Мир, 1993.

43. Окружающая среда для Европы. Европейская экономическая комиссия ООН, 1995.

44. Розанов Б.Г., Почвенный покров земного шара, М, Изд-во МГУ, 1977^

45. Александров В.Ю. и др., Экологические проблемы автомобильного транспорта, Новосибирск, 1995.

46. Геология и охрана окружающей среды, пер. с англ., JI, Недра, 1982.

47. Геохимия окружающей среды, М, Недра, 1990.

48. Грушко Л.М., Вредные органические соединения в промышленных выбросах в атмосферу, JI, Химия, 1986.

49. Монен Ф.А., Кислотные дожди, М, Мир, 1988.

50. Фельдман Ю.Г., Гигиеническая оценка автотранспорта как источника загрязнения атмосферного воздуха, М, Медицина, 1985.

51. Химия окружающей среды, пер. с англ., М, Мир, 1982.

52. Актуальные проблемы изменения природной среды за рубежом, М, Изд-во МГУ, 1976.

53. Владимиров Б.Б., Алексашина В.В., Экологические проблемы антропогенного воздействия на городскую среду, М, ВИНИТИ, 1988.

54. Влияние промышленных предприятий на окружающую среду, М, Наука, 1987.

55. Израэль Ю.А. и др., Кислотные дожди, JI, Гидрометеоиздат, 1983.

56. Акимова Т.А., Хаскин В.В. Основы экоразвития, М, Изд-во Рос. эконом, акад., 1994.

57. Арский Ю.М., Данилов-Данильян В.И., Залиханов М.Ч. и др. Экологические проблемы: Что происходит, кто виноват и что делать? М, 1997.

58. Берлянд М.Е. Об опасных условиях загрязнений атмосферы промышленными выбросами. Труды ГТО, 1965, Вып. 185, с. 15-25.

59. Миркин Б.М., Наумова Л.Г. Экология России, М, АО МДС, 1996.

60. Реймерс Н.Ф. Природопользование, М, Мысль, 1990.

61. Берлянд М.Е. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы, JI, Гидрометеоиздат, 1985.

62. Букс И.И. Некоторые методические подходы к оценке устойчивости природных комплексов для целей прогноза состояния окружающей природной среды, JI, Гидрометеоиздат, 1987, Вып. 5, с. 200-212.

63. Экологические проблемы регионов России. Информационный выпуск №1-3, М, ВИНИТИ, 1996.

64. Baker D.M. The effects of oil pollution and maning on salt march ecology, Annu. Rep. Field. Stud. 1969.

65. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД-86, JI, Гидрометоеиздат, 1987.

66. Мониторинг трансграничного переноса загрязняющих воздух веществ, Л, Гидрометеоизда, 1987.

67. Clark R.H. Paper Presented at 5th International Water Pollution Research Conferens, 1970.

68. Государственный доклад "О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 1993 году", М, 1994.

69. Малахов С.Г., Хромова Т.И. К вопросу о влиянии выбросов промышленных предприятий на кислотность почв, Загрязнение атмосферы, почвы и природных вод, М, Московское отделение гидрометеоиздата, 1985.

70. Угватов В.П. Фоновые и антропогенные потоки вещества в ландшафтах Русской равнины, Лаборатория загрязнения природной среды и климата АН СССР, Вып. 5, Л, Гидрометеоиздат, 1989, с. 180-191.

71. Черняев А.М., Шаманаев Ш.Ш. Загрязнение природных вод СПАВ и проблема охраны от них водных источников, Водные ресурсы, 1976, № 4, с. 135-14

72. Асарин А.Е. и др. Возрождение Волги шаг к спасению России, М - Н. Новгород, Экология, 1996.

73. Гриценко А.И., Акопова Г.С., Максимов В.М., Экология. Нефть и газ, М, Наука, 1977. Акопова Г.С. и др. Канцерогенные полициклические ароматические углеводороды в окружающей среде, М, ИРЦ Газпром, 1993.

74. Садовников Л.К. Экологические последствия загрязнения почв тяжелыми металлами, М, Высшая школа, 1989.

75. Трофимов С.С., Титлянова А.А., Клевенская И.Л. Системный подход к изучению процесса почвообразования в техногенных ландшафтах, Почвообразование в техногенных ландшафтах, Новосибирск, Наука, 1979, с. 3-12.

76. Лифанов И.К., Гутников В.А., Скотченко А.С., Моделирование аэрации в городе, М, Диалог-МГУ, 1998.

77. Ландсберг Г.Е., Климат города, Л, Гидрометеоиздат, 1989.

78. Лифанов И.К., Гутников В.А., Скотченко А.С., Рекомендации по оценке аэрации территории в жилой застройке г. Москвы, М, Диалог-МГУ, 1997.

79. Чолоян Е.С., Влияние городского тепла на ветровой режим, Сб. научных трудов, М, ЦНИИП градостроительства, 1978.

80. Bazenov A.V., Lifanov I.K., On mathematical modelling in ecology and town building, J.Numer. Anal, and Math. Modeling, 1995, v. 10, № 4, 1995.

81. Берлянд M.E., Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы, Л, Гидрометеоиздат, 1985.

82. Атмосферная турбулентность и моделирование распространения примесей, пер. с англ.под ред. Ф.Т.М. Ньистадта и X. Ван Допа, Л, Гидрометеоиздат, 1985.

83. Борисенков Е. П., Комплексные исследования воздушного бассейна города, Сб. «Методы и средства контроля загрязнений атмосферы и промышленных выбросов и их применение», Труды II Всесоюзной конференции, Л, Гидрометеоиздат, 1988.

84. Осипов Ю.С., Оценка влияния автотранспорта на загрязнение атмосферного воздуха Москвы, Сб. трудов «Охрана окружающей среды Москвы и Московской области», М, 1990, с. 46-52.

85. Безуглая Э.Ю., Мониторинг состояния загрязнений атмосферы в городах, Л, Гидрометеоиздат, 1986.

86. Оке Т.Р., Климаты пограничного слоя, Л, Гидрометеоиздат, 1982.

87. Данилычев И.А., К вопросу об устойчивости атмосферы в крупном'промышленном городе, Сб. трудов «Охрана окружающей среды Москвы и Московской области», М, 1990, с.39-44.

88. Шаповалов ДА., Методология и аппаратурно-методическое обеспечение контроля загрязнений промышленно-урбанизированных территорий, Диссертация на соискание ученой степени доктора наук, М, ГУЗ, 1999.

89. Беспамятное Г.П., Кротов Ю.А. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде, Л, Химия, 1985.

90. Афанасьев Ю.А., Фомин С.А., Меньшиков В.В. Мониторинг и методы контроля окружающей среды. Часть 2. Специальная. М., 2001.

91. Юнг Г. Инструментальные методы химического анализа. Пер с англ., М., Мир, 1989.

92. Золотов Ю. А., Дорохова Е.Н., Фадеев В.И. Основы аналитической химии, в 2-х томах, М„ 1996.

93. Корякин А.В., Грибовская И.Ф. Методы оптической спектроскопии и люминесценции в анализе природных и сточных вод. М., 1987.

94. Хавезов И., Атомно-абсорбционный анализ. Л., 1983.

95. Обухов А.И., Плеханова О.И. Атомно-абсорбционный спектрохимический анализ в почвенно-биологических исследованиях. М., 1991.

96. Шипилов С.Н., Плешивец А.С. Современные методы анализа и оборудование в санитарно-гигиенических исследованиях. М.: ФГУП «Интерсэн», 1999.

97. Львов Б.В. Атомно-абсорбционный спектральный анализ. М., 1966.

98. Славин У. Атомно-абсорбционная спектроскопия. Пер. с англ. М., 1971.

99. Шпигун О,А., Золотова Ю.А. Ионная хроматография и ее применение в анализа вод. М., 1990.

100. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. М., 1984.

101. Катаневский Н.И., Морозов В.Д., Еременко В.Я. Руководство по химическому анализу вод суши. Л., 1977.

102. Кальвода Р., ЗыкаЯ., Штульчек К., и др. Электро-аналитические методы в контроле в окружающей среды. Пер. с англ. М., 1990.

103. Ионоселективные электроды. Под ред. Дарета Р., пер. с англ., М., Мир, 1972.

104. Плешенко В.И. Электрохимические, хроматографические и радиометрические методы анализа промышленных вод. 1989.

105. Полякова А.А., Хмельницкий Р.А. Введение в масс-спектрометрию органических соединений. М.-Л., 1966.

106. Хайвер К. Высокоэффективная газовая хроматография. Пер. с англ. М., 1993. 198. Сакодынский К.И., Бражников В.В., и др., Приборы для хроматографии. М., 1987.

107. Другов Ю.С., КонопелъкоЛ.А. Газохроматографический анализ газов. 1995.

108. Грузнов В.М., Филоненко В.Г., Балдин М.Н., Шишмарев А.Т. Портативные экспрессные газоаналитические приборы для определения следовых количеств веществ. М.: Российский Химический Журнал. 2002. Т.60, №4. С. 100-110.

109. Lobinski R., Sidelnkov V., Patrushev Y., Rodriguez I., Wasik A., Multicapillary column gas chromatography with element-selective detection. Trends in analytical chemistry, vol. 18, no. 7.

110. Шведт Г. Хроматографические методы в неорганическом анализе. М., Наука, 1984.

111. РД 52.44.2-94 Методические указания. Охрана природы. Комплексное обследованиезагрязнения природных сред промышленных районов с интенсивной антропогенной нагрузкой, М, Гидрометеоиздат, 1996.

112. Атмосферная турбулентность и моделирование распространения примесей пер. с англ., Л, Гидрометеоиздат, 1985.

113. Горский В.Г., Швецова-Шиловская Т.Н., Курочкин В.К. Математические модели переноса поллютантов, Сб. Перспективы развития экологического страхования в газовой промышленности, М, ВНИИ Газ. 1998, с. 173-201.