ЭКОЛОГИЯ
В 1998 г. налет часов составил 18 против 43 в 1997-м.
На землях лесного фонда загрязнена радионуклеидами площадь 1067 га с плотностью загрязнения цезием-137
от 1 до 5 кг/км2, в том числе по лесхозам Тамбовский 144 га; Степной 75 га; Перкинский – 232 га; Яковлевский – 618 га.
Стократ был прав А. П. Чехов, когда говорил: «... Все вы безрассудно губите леса и скоро на земле ничего не останется.
Точно так вы безрассудно губите человека и скоро на земле не останется ни верности, ни чистоты. Во всех вас сидит бес
разрушения. Вам не жаль ни лесов, ни птиц, ни женщин, ни друг друга!»
8 СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ
СРЕДЕ
8.1 ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ НОРМИРОВАНИЕ
Регулирование качества природной среды основано на определениии экологически допустимого воздействия на нее,
когда самоочищение природы еще способно работать. Определенными нормами такого щадящего воздействия являются
установленные предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ (ПДК), не вызывающие нежелательных
последствий в природной среде. ПДК достаточно малы. Они установлены для различных объектов – воды, воздуха, почв.
Перечень и количество выбрасываемых в окружающую среду загрязняющих веществ чрезвычайно велики, по
некоторым оценкам, до 400 тыс. наименований. Прежде всего наблюдению должны подлежать вещества, выброс которых
носит массовый характер, и, следовательно, загрязнение ими повсеместно. Вот некоторые из них:
а) СО – угарный газ. Смесь СО : О2 (2 : 1) взрывоопасна. Кровь, насыщенная СО, теряет способность
переносить О2 из легких тканей, что приводит к удушью. Сродство СО к гемотогену выше в 200 – 300 раз, чем у
О2.
б) COCl2 – фосген используется как сырье ПО «Пигмент». Это удушливый газ с запахом гнилых плодов, прелого сена,
температура кипения 27,9 °С. Горячей водой гидролизуется
COCl2 + HOH → CO2 + 2HCl.
Отравления возможны при внезапных авариях (залповые выбросы).
Отравления носят массовый характер. Вызывает отек легких. Максимально переносимая концентрация – 4 мг/м3.
в) HCN – синильная кислота, содержится в воздухе помещений гальваностегий. ПДК – 0,3 мг/м3.
г) NH3 – амииак. Используется как хладокомпонент в холодильных установках и как удобрение. ПДК – 20 мг/м3.
д) NOx – оксиды азота. Образуются в продуктах сгорания различных азотосодержащих соединений. ПДК – 0,05 мг/м3.
е) SO2 – один из основных ответчиков кислотных дождей. Порог запаха – 3 … 6 мг/м3
; ПДК – 5 мг/м3.
ж) H2S – сероводород, запах тухлых яиц. Чрезвычайно ядовит. ПДК – 10 мг/м3.
з) Тяжелые металлы и их соединения.
Наибольшему загрязнению подвержена атмосфера со стороны свинца. До 72,3 % от общего количества выбросов
свинца принадлежит продуктам сгорания бензина, содержащего в качестве антидетонатора топлива Pb(С2Н5)4.
В почву ежегодно попадает 250 тыс. т свинца. Городская пыль содержит до 1 %; дождь и снег до 300 мг/дм3. Содержание
свинца в крови современного человека в 100 раз больше, чем у первобытного. ПДК – 5 ⋅ 10-3 мг/м3.
Основной источник кислотных дождей – CO2, H2S, NO, NO2 и HCl. 50 % их поступает в атмосферу естественным
путем, а остальные за счет антропогенного воздействия. Антропогенный вклад сильно локализован по поверхности Земли и
по регионам. За время жизни (2 сут) SO2 перемещается на 500 – 1000 км от места выброса; NO2 (8 сут) – еще дальше.
В химии атмосферы кислотным считают раствор с рН < 5,6; с рН > 5,6 – щелочным, в отличие от воды, где
рН = 7,0.
Обязательно следует контролировать и самые токсичные вещества, отличающиеся наиболее низким ПДК. Это
позволяет сформировать список приоритетных загрязняющих веществ, которые следует определять в первую очередь.
Например, большинство нормируемых загрязняющих веществ для воздуха имеют ПДК в пределах 0,005 – 0,1 мг/м3. В
них попадают пентаоксид ванадия, неорганические соединения мышьяка (исключая мышьяковистый водород), хром (VI),
некоторые органические вещества: ацетофенон, стирол и др. Для небольшого перечня веществ ПДК еще меньше:
металлическая ртуть 0,0003, свинец и его соединения 0,0007, карбоникель 0,0005, бензапирен 0,000001 мг/м3. Основное
количество нормируемых веществ для воды водоемов имеют ПДК 0,1 – 1 мг/дм3. Для многих токсичных веществ установлен
ПДК 0,001 – 0,003 мг/дм3. Это неорганические соединения селена, ртути, органические соединения – изомерные
дихлорбензолы, тиофос. Небольшое число веществ – соединения бериллия, диэтилртуть имеют ПДК в пределах 0,0001 –
0,0002 мг/дм3. Для особенно опасных токсичных веществ, таких как растворимые соли сероводородной кислоты, активный
хлор, N-нитрозоамины, в качестве норматива установлено полное отсутствие их в воде. В водоемах рыбохозяйственного
значения в воде не допускается наличие еще ДДТ и других пестицидов.
8.2 МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
В ОБЪЕКТАХ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
8.2.1 Экологический мониторинг
Для оценки негативных изменений среды осуществляют экологический мониторинг – систему наблюдений и контроля
за изменениями в составе и функциях различных экологических систем.
Экологический мониторинг – это серьезная и сложная проблема. Уровни его организации различны. Он может
осуществляться в глобальном, национальном, региональном или локальных масштабах. Существует фоновый и импактный
мониторинг. В то же время изучение и контроль состояния окружающей среды включают исследование таких природных
ресурсов, как разнообразные воды, воздух, почвы, совокупность этих систем с точки зрения определения в них загрязняющих
химических веществ, нарушающих сложившееся экологическое равновесие в природе. Здесь четко просматривается сущность
обсуждаемой проблемы: с этой точки зрения можно поговорить и о химическом мониторинге. Без химического анализа здесь
не обойтись. Речь идет о химико-аналитическом исследовании с помощью различных методов аналитической химии – науки о
методах анализа.
Результаты аналитических определений и измерений рассматриваются уже в рамках экологического мониторинга. Это
дает информацию о загрязнении биосферы различными несвойственными природе загрязняющими веществами, которые
называют ксенобиотиками. Данные экологического мониторинга используют для всестороннего анализа состояния
окружающей среды и определения стратегии управления им, для регулирования качества природной среды. Степень
ответственности здесь очень велика, поскольку указанные факторы, и в первую очередь химические, способны вызывать
геохимические изменения: возможно изменение климата, закисление природных вод кислотными дождями, загрязнение
Мирового океана и нарушение баланса углекислоты в нем, нарушение озонового слоя.
8.2.2 Химические методы анализа
Глубоким содержанием наполнен перечень обобщенных показателей при мониторинге вод, характеризующих их общую
загрязненность. Ими являются химическое потребление кислорода (ХПК), биохимическое потребление кислорода (БПК), общий
органический углерод, растворенный органический углерод, общий азот, адсорбирующиеся органические галогениды.
Рассмотрим важнейшие из них – ХПК и БПК. ХПК – мера общей загрязненности воды содержащимися в ней
органическими и неорганическими восстановителями, реагирующими с сильным окислителем. Ее обычно выражают в молях
эквивалента кислорода, израсходованного на реакцию:
Cr O 14H 6e 2Cr 7H2O
2 3
2 7 + + → + − + + .
Остаток дихромата оттитровывается стандартным раствором соли Fe (II):
6Fe Cr O 14H 2Cr 6Fe 7H2O
2 3 3
2 7
2+ + − + + → + + + + .
Поскольку ХПК не характеризует все органические загрязнители, окисляемые до углекислоты и воды, проводят еще
определение общего органического углерода.
На землях лесного фонда загрязнена радионуклеидами площадь 1067 га с плотностью загрязнения цезием-137
от 1 до 5 кг/км2, в том числе по лесхозам Тамбовский 144 га; Степной 75 га; Перкинский – 232 га; Яковлевский – 618 га.
Стократ был прав А. П. Чехов, когда говорил: «... Все вы безрассудно губите леса и скоро на земле ничего не останется.
Точно так вы безрассудно губите человека и скоро на земле не останется ни верности, ни чистоты. Во всех вас сидит бес
разрушения. Вам не жаль ни лесов, ни птиц, ни женщин, ни друг друга!»
8 СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ
СРЕДЕ
8.1 ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ НОРМИРОВАНИЕ
Регулирование качества природной среды основано на определениии экологически допустимого воздействия на нее,
когда самоочищение природы еще способно работать. Определенными нормами такого щадящего воздействия являются
установленные предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ (ПДК), не вызывающие нежелательных
последствий в природной среде. ПДК достаточно малы. Они установлены для различных объектов – воды, воздуха, почв.
Перечень и количество выбрасываемых в окружающую среду загрязняющих веществ чрезвычайно велики, по
некоторым оценкам, до 400 тыс. наименований. Прежде всего наблюдению должны подлежать вещества, выброс которых
носит массовый характер, и, следовательно, загрязнение ими повсеместно. Вот некоторые из них:
а) СО – угарный газ. Смесь СО : О2 (2 : 1) взрывоопасна. Кровь, насыщенная СО, теряет способность
переносить О2 из легких тканей, что приводит к удушью. Сродство СО к гемотогену выше в 200 – 300 раз, чем у
О2.
б) COCl2 – фосген используется как сырье ПО «Пигмент». Это удушливый газ с запахом гнилых плодов, прелого сена,
температура кипения 27,9 °С. Горячей водой гидролизуется
COCl2 + HOH → CO2 + 2HCl.
Отравления возможны при внезапных авариях (залповые выбросы).
Отравления носят массовый характер. Вызывает отек легких. Максимально переносимая концентрация – 4 мг/м3.
в) HCN – синильная кислота, содержится в воздухе помещений гальваностегий. ПДК – 0,3 мг/м3.
г) NH3 – амииак. Используется как хладокомпонент в холодильных установках и как удобрение. ПДК – 20 мг/м3.
д) NOx – оксиды азота. Образуются в продуктах сгорания различных азотосодержащих соединений. ПДК – 0,05 мг/м3.
е) SO2 – один из основных ответчиков кислотных дождей. Порог запаха – 3 … 6 мг/м3
; ПДК – 5 мг/м3.
ж) H2S – сероводород, запах тухлых яиц. Чрезвычайно ядовит. ПДК – 10 мг/м3.
з) Тяжелые металлы и их соединения.
Наибольшему загрязнению подвержена атмосфера со стороны свинца. До 72,3 % от общего количества выбросов
свинца принадлежит продуктам сгорания бензина, содержащего в качестве антидетонатора топлива Pb(С2Н5)4.
В почву ежегодно попадает 250 тыс. т свинца. Городская пыль содержит до 1 %; дождь и снег до 300 мг/дм3. Содержание
свинца в крови современного человека в 100 раз больше, чем у первобытного. ПДК – 5 ⋅ 10-3 мг/м3.
Основной источник кислотных дождей – CO2, H2S, NO, NO2 и HCl. 50 % их поступает в атмосферу естественным
путем, а остальные за счет антропогенного воздействия. Антропогенный вклад сильно локализован по поверхности Земли и
по регионам. За время жизни (2 сут) SO2 перемещается на 500 – 1000 км от места выброса; NO2 (8 сут) – еще дальше.
В химии атмосферы кислотным считают раствор с рН < 5,6; с рН > 5,6 – щелочным, в отличие от воды, где
рН = 7,0.
Обязательно следует контролировать и самые токсичные вещества, отличающиеся наиболее низким ПДК. Это
позволяет сформировать список приоритетных загрязняющих веществ, которые следует определять в первую очередь.
Например, большинство нормируемых загрязняющих веществ для воздуха имеют ПДК в пределах 0,005 – 0,1 мг/м3. В
них попадают пентаоксид ванадия, неорганические соединения мышьяка (исключая мышьяковистый водород), хром (VI),
некоторые органические вещества: ацетофенон, стирол и др. Для небольшого перечня веществ ПДК еще меньше:
металлическая ртуть 0,0003, свинец и его соединения 0,0007, карбоникель 0,0005, бензапирен 0,000001 мг/м3. Основное
количество нормируемых веществ для воды водоемов имеют ПДК 0,1 – 1 мг/дм3. Для многих токсичных веществ установлен
ПДК 0,001 – 0,003 мг/дм3. Это неорганические соединения селена, ртути, органические соединения – изомерные
дихлорбензолы, тиофос. Небольшое число веществ – соединения бериллия, диэтилртуть имеют ПДК в пределах 0,0001 –
0,0002 мг/дм3. Для особенно опасных токсичных веществ, таких как растворимые соли сероводородной кислоты, активный
хлор, N-нитрозоамины, в качестве норматива установлено полное отсутствие их в воде. В водоемах рыбохозяйственного
значения в воде не допускается наличие еще ДДТ и других пестицидов.
8.2 МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
В ОБЪЕКТАХ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
8.2.1 Экологический мониторинг
Для оценки негативных изменений среды осуществляют экологический мониторинг – систему наблюдений и контроля
за изменениями в составе и функциях различных экологических систем.
Экологический мониторинг – это серьезная и сложная проблема. Уровни его организации различны. Он может
осуществляться в глобальном, национальном, региональном или локальных масштабах. Существует фоновый и импактный
мониторинг. В то же время изучение и контроль состояния окружающей среды включают исследование таких природных
ресурсов, как разнообразные воды, воздух, почвы, совокупность этих систем с точки зрения определения в них загрязняющих
химических веществ, нарушающих сложившееся экологическое равновесие в природе. Здесь четко просматривается сущность
обсуждаемой проблемы: с этой точки зрения можно поговорить и о химическом мониторинге. Без химического анализа здесь
не обойтись. Речь идет о химико-аналитическом исследовании с помощью различных методов аналитической химии – науки о
методах анализа.
Результаты аналитических определений и измерений рассматриваются уже в рамках экологического мониторинга. Это
дает информацию о загрязнении биосферы различными несвойственными природе загрязняющими веществами, которые
называют ксенобиотиками. Данные экологического мониторинга используют для всестороннего анализа состояния
окружающей среды и определения стратегии управления им, для регулирования качества природной среды. Степень
ответственности здесь очень велика, поскольку указанные факторы, и в первую очередь химические, способны вызывать
геохимические изменения: возможно изменение климата, закисление природных вод кислотными дождями, загрязнение
Мирового океана и нарушение баланса углекислоты в нем, нарушение озонового слоя.
8.2.2 Химические методы анализа
Глубоким содержанием наполнен перечень обобщенных показателей при мониторинге вод, характеризующих их общую
загрязненность. Ими являются химическое потребление кислорода (ХПК), биохимическое потребление кислорода (БПК), общий
органический углерод, растворенный органический углерод, общий азот, адсорбирующиеся органические галогениды.
Рассмотрим важнейшие из них – ХПК и БПК. ХПК – мера общей загрязненности воды содержащимися в ней
органическими и неорганическими восстановителями, реагирующими с сильным окислителем. Ее обычно выражают в молях
эквивалента кислорода, израсходованного на реакцию:
Cr O 14H 6e 2Cr 7H2O
2 3
2 7 + + → + − + + .
Остаток дихромата оттитровывается стандартным раствором соли Fe (II):
6Fe Cr O 14H 2Cr 6Fe 7H2O
2 3 3
2 7
2+ + − + + → + + + + .
Поскольку ХПК не характеризует все органические загрязнители, окисляемые до углекислоты и воды, проводят еще
определение общего органического углерода.