1.3. Требования нормативных документов по контролю качества вод.

В Российской Федерации принято оценивать состояние качества вод по степени превышения концентрации ЗВ над предельно допустимыми концентрациями (ПДК) для воды водоемов хозяйственно-питьевого водоснабжения (устанавливается Министерством здравоохранения) и воды водоемов рыбохозяйственного назначения (устанавливается Государственным комитетом по рыболовству).

Очевидно, что такой объем контроля не может быть осуществлен на регулярной основе. Необходимы разумные ограничения, определяемые

. спецификой региона, особенностями его промышленно-хозяйственного

потенциала, действующими государственными нормативными документами, международными соглашениями, законодательными актами местных органов власти.

При контроле экологического состояния акваторий необходимо обеспечивать определение специфических ЗВ, сбрасываемых в водную среду соответствующими загрязнителями, например, промышленными предприятиями и ремонтными мастерскими портов, базами горюче­смазочных материалов и пр. Перечень сбрасываемых ЗВ и их объем, как

*

правило, регламентируется местными органами охраны природной среды и санитарного надзора. Эти вещества должны быть указаны в экологических

паспортах предприятий или формулярах и в нормативах предельно допустимых сбросов (ПДС).

В экологическом паспорте предприятий, в соответствии с ГОСТ 17.0.0.04-90, характеристика источников сточных воды, кроме специфических, характерных для данного предприятия ЗВ, содержит ряд обязательных показателей состава и свойств сточных вод (ВПК, водородный показатель, взвешенные вещества, цветность), регистрация которых должна быть предусмотрена при проведении экологического контроля и мониторинга. Специфические ЗВ, как правило, включают азотную группу (нитраты, нитриты, ионы аммония), фосфаты, сульфаты, соли некоторых тяжелых металлов, анионные поверхностно-активные вещества (АПАВ), нефтепродукты.

Таким образом, перечень показателей, которые необходимо контролировать в том числе и оперативными средствами экологического контроля в акваториях, должен включать в себя: нефть и нефтепродукты (как в растворенном состоянии, так и в виде пленок), основные гидрофизикохимические показатели как интегральные характеристики состояния водной среды, определяющие характер и скорость физикохимических процессов в акватории, нитратный, нитритный и аммонийный азот, сульфаты, фосфаты, СПАВ. Сюда же следует отнести ряд тяжелых металлов, включая медь, цинк, железо.

Перечисленные выше физические и химические параметры, определенные на основании конкретных данных о составе и объеме сбросов в контролируемые водные объекты, в основном соответствуют требованиям ГОСТ 17.1.3.08-82 "Гидросфера. Правила контроля качества морских вод". Этот ГОСТ устанавливает правила контроля качества воды по физическим, химическим и гидробиологическим показателям. ГОСТ установлен для действующей в системе Гидрометслужбы сети общегосударственной службы наблюдения и контроля за загрязненностью объектов природной среды

(ОГСНК) (указанный ГОСТ не распространяется на экспедиционные обследования и на системы контроля качества вод в рекреационных зонах). Объем контроля, установленный этим ГОСТом, может изменяться в зависимости от того, реализуются ли в соответствии с установленной периодичностью сокращенные или полные программы. Рекомендованный выше перечень показателей полностью перекрывает требования сокращенной программы (за исключением гидробиологических показателей), которая рекомендована указанным ГОСТом для прибрежных морских районов с периодичностью два раза в месяц, и в основном удовлетворяет требованиям полной программы (исключение - некоторые тяжелые металлы и пестициды, а также гидробиологические показатели), для которой рекомендована периодичность 1 раз в месяц для тех же морских районов.

Полная программа контроля без гидробиологических показателей включает определение следующих показателей состава и свойств воды:

нефтяные углеводороды, мг/дм³; растворенный кислород, мг/дм³; водородный показатель (pH), ед.

хлорированные углеводороды, в том числе пестициды, мкг/дм³; тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, медь) мкг/дм³; фенолы, мкг/дм³;

синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ), мкг/дм³; дополнительные ингредиенты, специфичные для данного района; нитритный азот, мкг/дм³;

соленость воды, %о; температура воды, °С; прозрачность воды, м; цветность воды, ед. цветности.

ГОСТ 17.1.3.08-82 не полностью учитывает международные требования к перечням обязательно определяемых в природных водах загрязнителей. Так, Хельсинской Комиссией по защите окружающей среды Балтики (Хелком) в перечень обязательно контролируемых показателей входят нитраты, нитриты, ионы аммония, фосфаты. Эти соединения объединяются в группу биогенов, способствующих развитию фитопланктона.

Приоритетными для контроля ингредиентами признаны, кроме указанных выше, и фториды.

Выбор дополнительных ингредиентов, специфичных для данного района, определяется индивидуально для конкретного района эксплуатации мобильного комплекса оперативного экологического контроля.

Индивидуальные показатели, специфичные для данного региона, в случае акваторий, примыкающих к малонаселенным территориям со слаборазвитой промышленностью, могут быть выбраны на основании априорной информации о типах расположенных на прилегающей территории производств и характерном для них составе сбросов. В промышленно-развитых регионах подобная информация может быть получена только из результатов многолетних наблюдений в рамках регионального экологического мониторинга и из оценок валовых объемов сбросов ЗВ.

К числу "дополнительных ингредиентов" могут быть отнесены и радиоактивные вещества, контроль за содержанием которых особенно актуален для регионов Севера и Северо-Запада. Контроль параметров радиационной обстановки должен охватывать как гидросферу, так и приводную воздушную среду.

Нормативным документом при организации радиационного контроля являются "Нормы радиационной безопасности (НРБ-96).

контроля уровня удельной радиоактивности природных вод. Исходя из возможностей техники измерения радиоактивных излучений, мобильный комплекс может обеспечить непрерывное определение превышений удельной радиоактивности воды и воздуха до у-излучению над естественным фоном для поиска источников радиоактивных загрязнений по ходу движения судна. При отборе проб воды, донных отложений, образцов растительности и т.п. возможно определение удельной радиоактивности вещества проб и наиболее значимых радионуклидов - γ- и ß-излучателей.

1.4. Анализ существующих методов экологического контроля, базирующихся на дискретном пробоотборе. Цели и задачи работы. Обоснование приоритетного перечня контролируемых параметров для СПК.

До начала 90-х годов у природоохранных и контрольно- инспекционных органов и служб страны практически отсутствовали технические средства, позволяющие оперативно выявлять факты загрязнения поверхностных вод, т.е. изменения их состава и свойств в результате антропогенной деятельности, приводящие к ухудшению качества вод. Контроль за соблюдением экологического законодательства на водных объектах осуществлялся инспекторами государственных природоохранных служб и экологических служб ВС РФ путем эпизодических контрольных проверок. Основные методы, использовавшиеся для контроля экологического состояния водных объектов, до недавнего времени сводились к периодическому отбору проб в заданных точках акватории (так называемых, "реперных точках") с дальнейшими доставкой проб и их анализом в стационарных лабораториях традиционными методами аналитической химии ("мокрая" химия).

Длительность и трудоемкость выполнения таких анализов, как правило, достаточно велика. Например, действующий руководящий документ [83] при выполнении анализов на содержание нитратов

предусматривает последовательное выполнение семи ручных операций, начиная от взятия проб и заканчивая математическими расчетами.

Эти недостатки присущи и другим аналитическим средствам, рекомендованным к использованию для целей экологического контроля в стационарных лабораториях. К числу таких приборов относятся, например, анализаторы содержания нефтепродуктов в воде методом инфракрасной фотометрии типа АН-1 и АН-2. Указанные анализаторы не являются автоматизированными приборами, методика выполнения измерений включает ручную пробоподготовку с применением в качестве экстрагента токсичного реагента - четыреххлористого углерода (П-ой класс опасности — высокотоксичные вещества), требующего использования

специализированного вытяжного шкафа. Кроме того, в отличие от используемых в составе СҐІК автоматизированных проточно-инжекционных анализаторов типа ПИАКОН-Ю (о чем речь будет ниже), обеспечивающих производительность 10-12 определений/час, практическая

производительность анализаторов АН-1 (АН-2) не более двух определений/час.

В условиях мобильных носителей, в частности природоохранных судов, характеризующихся повышенными механо-климатическими нагрузками, использование таких средств становится практически

невозможным. Это подтвердили наши попытки использования прибора АН-1 в составе экспериментального образца СПК "Акватория-90" на о/с "Заря-2" в 1992-93 г.г. [84-87].

Современные анализаторы серии "Флюорат-02", работающие в УФ- диапазоне, характеризуются лучшими эксплуатационными характеристиками и достаточно широким диапазоном определяемых веществ, однако также требуют ручных операций, например, установки в прибор при каждом дискретном анализе кюветы с пробой.

Следует отметить, что методологическим аспектам анализа гидросферы и обеспечению качества анализа посвящено большое количество работ, например [88-96, 181-186]. Однако, как правило разработанные методики и средства измерения, базирующиеся на методах хроматографии, вольтамперометрии, рентгенофлуоресценции и т.д., рассчитаны на использование в стационарных аналитических лабораториях.

Частота проверок, выполнявшихся контролирующими органами с использованием таких методов, ограничивалась, как правило, одним - двумя отборами проб в год, в то время как, например, состав сточных вод по набору и концентрациям ЗВ в течение суток может значительно изменяться. Отсюда следует, что отбор и анализ проб даже один раз в сутки не может в большинстве случаев адекватно отражать реальную картину антропогенного (экологически негативного) воздействия на водные объекты и служить основой для выработки управляющих решений, направленных на прекращение дальнейшего ухудшения экологической ситуации.

Использование экологической информации до последнего времени (к началу данной работы) было также затруднено из-за разнородных методов и средств измерений, отсутствия информационной совместимости и, как следствие, отсутствия основы для создания информационных систем, обеспечивающих автоматизированные режимы накопления, анализа и

хранения экологической информации, отсутствия оперативного доступа к ней заинтересованных потребителей, и соответственно, трудностей и запаздывания в выработке управляющих решений.

Отсутствие мобильных средств оперативного экологического контроля зачастую приводило к чрезвычайным экологическим последствиям в результате процесса накапливания неблагоприятных факторов воздействия на окружающую природную среду и несвоевременного выявления такой тенденции. В итоге, если проводить аналогию с медициной, природоохранные органы и органы МЧС были вынуждены бороться с катастрофическими последствиями "болезни” вместо проведения регулярных профилактических мероприятий.

Анализ материалов, приведенных в разделах 1.1 и 1.2, показывает, что источники загрязнения водной среды по степени их воздействия распределяются в следующей последовательности:

- загрязнения из находящихся на суше источников в результате непосредственного воздействия (такие источники могут быть точечными - водовыпуски предприятий или рассредоточенными - снос ЗВ с городских территорий и сельскохозяйственных угодий) или в результате переноса речным стоком;

- загрязнения в результате деятельности на море (загрязнение моря с судов, загрязнения в результате нефтегазодобычного и разведочного бурения, загрязнения, вызванные деятельностью на морском дне, загрязнения в результате захоронений);

- загрязнения в результате переноса ЗВ атмосферными потоками и выделения этих веществ на поверхность водных объектов;

- аварийные и катастрофические ситуации в акваториях.

Из перечисленных источников загрязнений водных объектов, как правило, контролируются точечные источники загрязнений - водовыпуски коммунальных очистных сооружений, промышленных предприятий,

транспортных организаций, портовые терминалы, т.е. источники загрязнений, действующие на суше, на выходе которых периодически путем отбора проб проверяются концентрации ЗВ и их соответствие действующим нормативам.

Контроль экологического состояния водных объектов, куда поступают ЗВ, осуществляется нерегулярно, т.е. такой контроль более сложен технически и методически и требует применения специализированных технических средств, включая морские и речные специализированные суда. В то же время целью государственного контроля за охраной водных объектов от загрязнений являются установление фактов такого загрязнения, идентификация источника загрязнения, принятие мер по прекращению действий, вызывающих загрязнение, и наказание виновных. Отсюда следует, что для предотвращения чрезвычайных ситуаций, связанных с загрязнением окружающей среды, и своевременного выявления тенденций, способных повлечь такие ситуации, контроль должен осуществляться на регулярной основе, а технические средства, находящиеся в распоряжении контролирующих органов, должны обладать производительностью, качеством и оперативностью, способными обеспечить выполнение поставленных целей.

Особая оперативность от контролирующих органов требуется в случаях аварийных загрязнений водных объектов в связи с нарушением работы береговых очистных сооружений, аварий и катастроф транспортных средств, в первую очередь судов, а также объектов иефте - и газодобычи и магистральных трубопроводов. Это вызывается необходимостью принятия срочных мер по локализации очагов аварий и ликвидации их последствий в целях предотвращения или максимально возможного сокращения ущерба окружающей среде, здоровью и жизни населения. Кроме того, от оперативности контрольных органов зависит точность оценки ущерба окружающей среде, так как по истечении времени видимые и поддающиеся

контролю признаки загрязнения могут резко сокращаться, благодаря самоочищающей способности среды и другим природным факторам (течение, ветер, дождь и др.).

Наибольшие трудности в осуществлении государственного контроля за загрязнением поверхностных вод имеют место в деятельности морских контрольно-инспекционных органов, в том числе экологических служб флотов. В первую очередь это вызвано масштабностью зон контроля и их природными условиями, а также подвижным характером большинства источников загрязнения морской среды.

Таким образом, ясно, что подход, базирующийся на традиционных средствах контроля, принципиально не обеспечивает производительность, оперативность и статистическую представительность результатов наблюдений, т.к. интервал времени между моментом отбора проб и получением результатов анализа измеряется днями или неделями, редка сеть станций отбора проб и низка периодичность наблюдений. Существенное увеличение сети станций и интенсивности наблюдений с использованием традиционной методологии и технологии выборочного контроля, учитывая масштабы нашей страны, многочисленность водных объектов и огромное количество потенциальных источников загрязнения, является экономически нецелесообразным. Кроме того, при таком подходе практически невозможно обеспечить получение оперативной и достоверной информации об изменении химического состава воды и решение задачи прогнозирования экологической ситуации в районах с напряженным режимом водохозяйственной деятельности или иной деятельности, связанной с техногенным воздействием на окружающую природную среду, в т.ч. деятельности Вооруженных Сил. Комплексное решение экологических проблем гидросферы должно начинаться с организации оперативного контроля состояния водной среды. Только располагая оперативной информацией о реальном уровне загрязненности конкретных акваторий и

загрязнителях, представляющих для них наибольшую экологическую опасность, можно перейти к разработке общей стратегии и конкретных планов по защите окружающей среды и обеспечению экологической безопасности деятельности в акваториях.

Перечисленные факторы определили актуальность и со всей остротой поставили задачу обеспечения природоохранных органов и экологических служб мобильными средствами оперативного экологического контроля.

Обоснованность, своевременность и актуальность предложенного нами в конце 80-х годов научно-методического направления в решении проблемы оперативного контроля экологического состояния водных объектов, базирующегося на использовании мобильных носителей (первые результаты применения опубликованы в начале 90-х годов [17, 18, 44, 97], нашли свое подтверждение в пленарном докладе академка Ю.А. Золотова на V Всероссийской конференции по анализу объектов окружающей среды "Экоаналитика - 2003" [98], где, в частности, отмечено: "Усиливающееся загрязнение объектов окружающей среды и растущее понимание необходимости жесткого контроля за чистотой воды, воздуха и почв требуют - в качестве одной из мер - увеличения числа точек контроля, числа контролируемых параметров и периодичности анализов. Обеспечение массового контроля возможно несколькими путями. Среди них - упрощение процедур анализа и соответствующих технических средств, а также осуществление контроля непосредственно в тех местах, где находится контролируемый объект. Это дает возможность исключить операции с пробами, необходимые для их транспортировки и хранения, исключить саму транспортировку, разгрузить стационарные лаборатории. ... В связи со всем этим растет значение химического анализа "на месте", во внелабораторных условиях....

В принципе, внелабораторный анализ можно осуществлять разными средствами, используя различные подходы: мобильные лаборатории, автоматические станции и посты, портативные приборы,

Задачей данного диссертационного исследования является разработка концепции и обоснование методологии непрерывного автоматизированного получения многопараметрической информации в реальном масштабе времени, базирующейся на принципиально новых специально разработанных и созданных средствах оперативного экологического контроля - судовых природоохранных комплексах, в целях обеспечения экологической безопасности водных объектов. Решение этой задачи обеспечит качественно новый уровень экологического контроля и мониторинга экологического состояния водных объектов, в том числе, необходимые производительность выполнения контрольно-инспекционных операций, качество, полноту, объективность и оперативность контроля, что, в свою очередь, определяет возможность предотвращения экологических нарушений или снижения уровня их негативных последствий. Достигнутая в результате выполнения этой работы принципиально новая возможность оперативного получения информации вдоль траектории движения судна одновременно на разных глубинах, а не только в отдельных точках отбора проб, как это имеет место при использовании традиционных методов, определяет существенно большую статистическую обеспеченность результатов измерений, более высокую надежность картирования этих результатов. Обеспечена возможность статистически обоснованно выделять особенности относительно небольших участков акватории, выявлять области максимального загрязнения, застойные зоны, отслеживать факелы распространения загрязнений при сбросах и т. д. Получить такую информацию путем дискретного отбора проб в реперных точках акваторий практически нереально. Таким образом, одним из важных результатов этой работы является внедрение в практику обеспечения экологической

безопасности принципиально новых методов и средств автоматизированного оперативного экологического контроля и мониторинга. Следствием этого является достижение качественно нового уровня экологического контроля водных объектов.

Технология автоматизированного оперативного экологического контроля и мониторинга не требует процедур дискретного отбора, консервации и транспортировки проб, которые, как известно, приводят к значительным и плохо учитываемым погрешностям. Существенно также, что при использовании автоматизированных методов исключаются субъективные факторы, связанные с работой персонала в лаборатории.

Основные требования к автоматизированным средствам оперативного экологического контроля, касающиеся их состава и технических характеристик, определяются, исходя из перечней загрязняющих веществ, поступающих в водные объекты, ингредиентов, подлежащих первоочередному контролю в конкретных регионах и акваториях, диапазонов регистрации и предельно допустимых концентраций (ПДК) этих ингредиентов, определяемых государственными нормативными документами.

При определении перечня контролируемых с помощью СПК ингредиентов следует руководствоваться рядом соображений, имеющих в своей основе не только приоритетный перечень ЗВ по их распространенности в водных объектах, уровень их токсичности и опасности для экосистем, но и наличие приборно-методической базы для реализации экспрессного измерения концентраций соответствующих ЗВ или возможности разработки таких методик выполнения измерений (МВ И) и средств измерения (СИ), которые могли бы быть реализованы в составе мобильных комплексов. Соответственно при выборе методического и приборного оснащения таких комплексов необходимо исходить из принципа наибольшей универсальности, чтобы при необходимости можно было

расширять число контролируемых показателей. Безусловно обязательным является контроль основных физикохимических показателей состава и свойств проб воды: температуры, удельной электрической проводимости, рассчитанной на их основе солености морских вод или степени минерализации вод пресноводных объектов, массовой концентрации растворенного кислорода, водородного показателя pH и окислительно- восстановительного потенциала Eh.

Определять гидробиологические показатели качества воды в условиях судовых природоохранных комплексов оперативного экологического контроля, по крайней мере для комплексов на судах ограниченной автономности, неоправданно, т.к. эти показатели относительно медленно изменяются во времени и в пространстве обследуемых акваторий. Вполне достаточным представляется при использовании оперативных комплексов на таких судах производить отбор проб в соответствии с установленными ГОСТом 17.1.3.08-82 требованиями и доставку проб в специализированные региональные лаборатории.

Для измерений концентрации супертоксикантов типа диоксинов, хлорорганических пестицидов, ряда тяжелых металлов и других соединений, требующих длительной и трудоемкой пробоподготовки, сложной аналитической аппаратуры и обслуживающего персонала высокой квалификации, следует в условиях мобильного носителя ограничиться отбором пробы с точной привязкой к времени и географическим координатам с использованием системы спутниковой навигации, обеспечивающей работу мобильного комплекса. Анализ отобранных проб осуществляется в таких случаях в соответствующих береговых лабораториях. Аналогичная ситуация, например, и с пятидневным определением БПК₅, которое в условиях ограниченного по времени патрулирования судна, оснащенного комплексом оперативного экологического контроля, вообще не имеет смысла проводить на борту.

С учетом вышеизложенного, в таблице 11 приведен перечень наиболее важных показателей (ингредиентов) с установленными для них ПДК (если таковые существуют), подлежащих контролю оперативными методами в поверхностных водах (прибрежной морской зоне и внутренних водоемах). Здесь же приведены нормы погрешности измерений в соответствии с ГОСТ 27384-87.

Таблица 11.

Продолжение таблицы 11

Примечание: * - летняя температура воды в результате спуска сточных вод не должна повышаться более, чем на 3°С по сравнению со среднемесячной температурой самого жаркого месяца года за последние 10 лет;

** - температура воды не должна повышаться по сравнению с естественной температурой водоема более, чем на 5°.

Приведенный в таблице 11 перечень показателей качества водной среды, подлежащих контролю, взят за основу при выборе методов и приборов для оснащения экспрессной и детальной ступени мобильных комплексов оперативного экологического контроля. Учитывая, что объекты, определяющие повышенную техногенную нагрузку в акваториях, в том числе объекты и места базирования кораблей ВМФ, обычно расположены в районах рыбохозяйственного назначения, при выборе методов контроля в качестве ориентира были взяты нормы, установленные по наиболее жесткому рыбохозяйственному критерию. В целях обеспечения максимальной информативности комплекса в режиме движения все показатели были проанализированы с точки зрения возможности осуществления контроля с помощью системы погружных датчиков и анализаторов на экспрессной ступени. На детальную ступень анализа отнесены те показатели, определение которых на уровне регламентированных норм не может быть реализовано экспрессными методами на современном этапе развития техники измерений и методов аналитической химии.

В отличие от воды, для донных отложений нет узаконенных определений и специальных норм, регламентирующих допустимые уровни содержания в них ЗВ. Донные отложения являются сложной совокупностью биологических и минеральных аккумуляторов загрязняющих веществ, присутствующих в воде. В зависимости от доли органической и минеральной составляющей и их природы аккумулирующая способность по отношению к различным ЗВ может варьировать в очень широких пределах. Этим и объясняется тот факт, что по отношению к донным отложениям до сих пор не определены допустимые нормы содержания загрязняющих веществ. Уровень загрязненности донных отложений можно рассматривать в качестве одного из индикаторов поступления определенных ЗВ в обследуемые акватории. При равномерном содержании ЗВ в пробах донных отложений

результаты их определения дают информацию о наличии глобальных источников загрязнения. Обнаружение аномальных превышений содержания отдельных ЗВ в донных отложениях в определенных точках акваторий свидетельствует о локальных источниках их поступления в воду и является основанием для оперативного экологического контроля и мониторинга в зоне обнаруженных отклонений. Как отмечалось, донные отложения являются аккумуляторами многих ЗВ, поэтому часто присутствие ЗВ, не обнаруживаемых при контроле воды, может быть установлено по результатам анализов донных отложений.

Учитывая сложность химического и радиохимического анализов проб донных отложений, требующих длительных рутинных операций пробоподготовки, и отсутствие прямых нормативных требований к уровню загрязненности, целесообразно применительно к мобильным комплексам ограничиться только наличием в его составе устройств, обеспечивающих представительный пробоотбор донных отложений, и не включать задачу контроля содержания ЗВ в отложениях в перечень основных задач комплекса. В особых случаях в корабельной лаборатории может быть предусмотрено определение удельной радиоактивности донных отложений (Бк/кг или Ки/кг) и прямое у-спектрометрическое определение содержания в них радионуклидов. Полный химический анализ проб донных отложений должен выполняться, как правило, в условиях береговых лабораторий. На природоохранных судах-носителях с достаточной степенью автономности (5 суток и более), выполняющих задачи в удаленных акваториях, в составе СПК могут быть установлены устройства для соответствующей подготовки проб донных отложений и компактные аналитические приборы (например, рентгенофлюоресцентный спектрометр типа "Спектроскан"). При этом выбор показателей загрязненности, подлежащих контролю, должен регламентироваться природоохранным органом региона и экологическими службами ВМФ, исходя из характера оперативных задач, для решения

которых, кроме данных о качестве воды, необходима дополнительная информация о загрязненности донных отложений.