СПОСОБ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ОПАСНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ Российский патент 2011 года по МПК G01N33/18 G01N33/24 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и предназначено для использования на опасных производственных объектах (далее - объекты), включая объекты по уничтожению химического оружия (далее - объекты УХО) и для оценки влияния этих объектов на экологическую обстановку в районах их расположения (техногенного влияния).

Экологический мониторинг, проводимый на объектах УХО на территории Российской Федерации, направлен на обеспечение экологической безопасности процесса уничтожения химического оружия согласно Федеральной целевой программе «Уничтожение запасов химического оружия в РФ», раздел «Разработка и реализация государственной системы мер по охране окружающей среды и обеспечению экологической безопасности при проведении работ по хранению и уничтожению химического оружия, демилитаризации или уничтожению объектов по его производству». Проведение экологического мониторинга необходимо ввиду того, что уничтожение химического оружия сопряжено с определенным риском попадания химических отравляющих веществ или их производных в окружающую среду (далее - ОС).

Известен способ радиоэкологического мониторинга содержания трития в ОС промышленного предприятия (патент РФ №2223517 от 2002.01.24). В способе проводят отбор проб поверхностных и подземных вод, снежного покрова, почв в зоне строгого режима (в зоне предприятия), санитарно-защитной зоне и зоне наблюдения. Затем проводят отбор контрольных проб почвы и воды с участков, расположенных вне зоны влияния данного предприятия и не подверженных загрязнению тритием со стороны других предприятий, осуществляют пробоподготовку, анализ проб на содержание трития и обработку данных анализа, после чего сравнивают результаты данных, полученных на территории предприятия, с результатами анализа контрольных проб с участков, расположенных вне зоны его влияния и не подверженных загрязнению тритием со стороны других предприятий. При обнаружении на территории промышленного предприятия участков с повышенным содержанием трития в поверхностных, грунтовых и подземных водах и снежном покрове проводят сравнение показателей удельной активности трития с уровнем вмешательства и определяют принадлежность к жидким радиоактивным отходам, при обнаружении на территории промышленного предприятия участков с повышенным содержанием трития в почве определяют принадлежность к твердым радиоактивным отходам.

Недостатком данного способа является то, что анализ проводится не по всем компонентам природной среды (далее - ПС), поэтому не позволяет получить достоверную информацию о влиянии выбросов на состояние ПС в целом.

Известен способ экологического мониторинга объектов УХО (Патент РФ №2005133758 от 2007.05.10), включающий отбор проб компонентов ПС: поверхностных и подземных вод, почв, снежного покрова, донных отложений, атмосферного воздуха, анализ проб, обработку данных, запись результатов в аналитическую базу данных, проводимую по результатам обработки данных анализа оценку экологической обстановки в зоне хранения и уничтожения химического оружия, в санитарно-защитной зоне (далее - СЗЗ), зоне защитных мероприятий (далее - ЗЗМ), проводимый до начала строительства объекта УХО фоновый мониторинг территории, предназначенный для оценки состояния ПС до начала функционирования объекта, сравнение данных мониторинга, получаемых в ходе функционирования объекта, с результатами фонового мониторинга, а также с установленными нормативами качества ПС (предельно допустимыми концентрациями - ПДК), причем при превышении ПДК в воздухе проводят анализ воды, при превышении ПДК в воде проводят анализ почвы, при превышении ПДК в почве проводят анализ растительного и животного мира, при наличии чрезвычайной ситуации принимают соответствующие решения.

Данный способ дает возможность получать информацию о ситуации, сложившейся в районах уничтожения химического оружия за счет отбора проб всех компонентов ПС и сравнения полученных данных с данными фонового мониторинга. Однако этот способ не учитывает условий (закономерностей) распространения загрязняющих веществ в ПС, что с большой долей вероятности может привести к случаю отбора проб в местах, где ее загрязнение отсутствует, что существенно снижает достоверность получаемой информации и влияет на правильность оценки экологической ситуации в зоне проведения мониторинга.

Задачей настоящего изобретения является повышение достоверности информации, получаемой при мониторинге опасного производственного объекта или ОС в зоне его техногенного влияния за счет определения по результатам моделирования воздействия объекта на компоненты ПС областей (территорий), в которых загрязняющие вещества в компонентах ПС могут присутствовать с наибольшей вероятностью, что позволит проводить более достоверную оценку оперативной ситуации в районе расположения опасного производственного объекта (в т.ч. объекта УХО).

Поставленная задача решается следующим образом. В способе экологического мониторинга опасных производственных объектов (в т.ч. объектов УХО), включающем отбор проб компонентов ПС (поверхностных и подземных вод, почв, снежного покрова, донных отложений, атмосферного воздуха), анализ проб, обработку данных, запись результатов в аналитическую базу данных, обработку данных и оценку экологической обстановки в зоне техногенного влияния объекта (для объекта УХО - в промзоне, СЗЗ и ЗЗМ), проводимый до начала строительства объекта фоновый мониторинг, предназначенный для оценки состояния ПС до начала функционирования объекта, сравнение данных мониторинга, получаемых в ходе функционирования объекта, с результатами фонового мониторинга, а также с установленными нормативами качества ПС мониторинг загрязнения территории опасного производственного объекта и зоны его влияния (отбор проб и др.) проводят в областях (зонах) максимально вероятного присутствия ЗВ в компонентах ПС (почве, снежном покрове, поверхностных и подземных водах, донных отложениях и др.), определяемых по результатам оценки воздействия объекта на ОС, например, расчета рассеивания ЗВ в атмосферном воздухе на основе данных замеров их концентраций на источниках выбросов или на промплощадке объекта в пределах его СЗЗ (например, на границе) с учетом усредненных за определенный период (период проведения мониторинга) статистических метеорологических данных (направления и скорости ветра). Области отбора проб по результатам моделирования рассеивания ЗВ определяются по установленной минимальной концентрации ЗВ (например, на уровне 0,1 от ПДК).

Плотность точек системы пробоотбора определяется заданной вероятностью P_N обнаружения ЗВ в зоне потенциального влияния объекта является максимальной вблизи объекта и убывает по направлению к границам зоны его потенциального влияния.

Периодичность отбора проб в каждой точке пробоотбора рассчитывается по мере накопления фактической статистической информации о результатах пробоанализа для каждой i-й точки. Вначале по формуле

где L_i, N_n,i и M_n,i - соответственно, число ЗВ, контролируемых в точке, общее число обнаружений ЗВ в пробах и общее число отобранных проб определяется относительная частота A_i присутствия веществ в ней, а затем по формулам:

где C₂, С₁, С₀, С и k - коэффициенты, зависящие от P_N, рассчитываются вероятность p_i(P_N) присутствия ЗВ в точке и периодичность T_n,i(P_N) очередного пробоотбора в ней. При этом если предыдущие и текущие значения концентраций ЗВ в точке отличаются, то числитель в выражении (1) увеличивается на единицу. Частота присутствия ЗВ в точке при этом остается равной единице, а периодичность пробоотбора - равной 1 месяцу. Это означает, что информационная эффективность точки в общей эффективности системы пробоотбора соответствует заданной. Если же предыдущее и текущее значения концентраций какого-либо ЗВ равны между собой или какое-либо ЗВ в точке не обнаруживается, то числитель в выражении (1) не изменяется. Общая вероятность присутствия ЗВ в точке при этом уменьшится, периодичность же пробоотбора в ней - увеличится, что соответствует снижению информационной эффективности точки. В связи с этим, даже если по результатам обработки очередной статистики метеопараметров точка вновь попадет в область проведения мониторинга, пробоотбор в ней проводиться не будет, а вычисленное значение периодичности уменьшится на 1, и будет уменьшаться таким же образом до тех пор, пока не станет равным 1.

Точки, не включенные в очередной сеанс пробоотбора, могут заменяться точками, в которых ЗВ были обнаружены в предыдущие сеансы мониторинга и имели в них по результатам количественного химического анализа наибольшие концентрации. Окончательный выбор делается с учетом тех решений, которые приняты или будут приниматься по результатам обработки текущих данных мониторинга. Если же окажется, что периодичности пробоотбора во всех вновь определенных точках будут больше 1, а в предыдущем сеансе вещества не были обнаружены ни в одной точке, то это может послужить основанием для принятия решения о том, что пробоотбор в следующем сеансе мониторинга проводить не требуется.

Концентрации ЗВ в отобранных пробах определяют методами количественного химического анализа и оценивают токсичность проб с использованием методов биотестирования и биоиндикации.

Сочетание методов химико-аналитических исследований и биомониторинга (битестирования, биоиндикации) позволяет повысить достоверность и информативность данных мониторинга. Биологические исследования проводятся по совокупности универсальных биотестов и биоиндикаторов (выбранных представительных биологических объектов, как правило, простейших микроорганизмов, микроводорослей и бактерий) и при обнаружении экотоксичности (токсичности отобранных проб) выполняется детальный количественный химический анализ с целью идентификации ЗВ. Анализ отобранных проб по аттестованным методикам на биообъектах дает возможность оценить качество окружающей среды, поскольку только химико-аналитические исследования, основанные на санитарно-гигиенических критериях, не позволяют в полной мере оценить влияние ЗВ и особенно их малых концентраций на биотическую составляющую ПС. Последнее особенно актуально для мониторинга высокотоксичных отравляющих веществ и продуктов их трансформации в ПС, научные данные о влиянии которых на биотическую составляющую компонентов ПС (например, на почвенные микроорганизмы) крайне ограничены.

Отбор проб атмосферного воздуха проводят методом подфакельных измерений с учетом режима поступления выбросов объекта в атмосферу в точках, расположенных по директивному направлению ветра в период проведения пробоотбора. Например, точки пробоотбора могут располагаться на окружностях с центром в точке нахождения источника выбросов ЗВ (опасного производственного объекта, объекта УХО) с радиусами, равными 1, 2, 3, 5 и 10 км, окружности разбиты на двадцать четыре сектора, отбор проб проводят по направлению от объекта УХО. Пробы отбираются также в секторе, расположенном с наветренной стороны от объекта, по крайней мере, в одной точке в пределах СЗЗ. Отбор проб почвы и снежного покрова проводят в местах, где по данным мониторинга загрязнения атмосферного воздуха обнаружены концентрации ЗВ (например, на уровне 0,5 ПДК и более), концентрации ЗВ в пробах определяют методами количественного химического анализа и оценивают токсичность проб с использованием методов биотестирования и биоиндикации.

Совмещение измерений с модельным определением зоны проведения наблюдений и сеансами пробоотбора позволяет существенно снизить объем проводимых аналитических работ при повышении достоверности результатов исследования состояния ОС. Регламент (порядок, программа) проведения мониторинга основан на сочетании модельного аналитического подхода с замерами химических и физических характеристик источников ЗВ на территории (промплощадке) объекта и последующим проведением химико-аналитических и биологических исследований уровней загрязнения компонентов ПС на территории объекта и в зоне его техногенного влияния. При проведении мониторинга компонентов ПС в зоне влияния объекта регламент мониторинга предусматривает предварительное определение зоны проведения наблюдений по результатам замеров на источниках ЗВ (или, в случае анализа выбросов) на территории объекта в пределах СЗЗ или на ее границе с последующим расчетом рассеивания ЗВ и определением максимально вероятной зоны обнаружения ЗВ, рассеянных в ОС.

Объектами мониторинга являются:

на территории опасного производственного объекта - источники загрязняющих веществ (их соответствие установленным экологическим нормативам) и ЗВ в компонентах природной среды:

- сбросы ЗВ в ОС, ливневые стоки;

- загрязнение подземных вод на наблюдательных скважинах;

- общепромышленные отходы в ОС (включая объекты размещения отходов);

- выбросы ЗВ в ОС;

- природоохранное оборудование и очистные системы;

- компоненты природной среды (атмосферный воздух, почвенный покров, снежный покров).

в зоне техногенного влияния объекта - загрязняющие вещества в компонентах ПС:

- атмосферном воздухе;

- почвенном покрове;

- снежном покрове;

- природных водах (поверхностных и грунтовых);

- донных отложениях (иловых осадках).

В структуру системы мониторинга входят:

- лаборатория (лаборатории) по проведению аналитических исследований соответствия источников ЗВ установленным экологическим нормативам (мониторингу источников ЗВ) и мониторингу компонентов ПС в зоне влияния объекта;

- лаборатория (лаборатории) биомониторинга и биотестирования для количественной оценки токсичности компонентов ПС, а также отходов, образующихся при функционировании объекта;

- передвижные тест-лаборатории, предназначенные для проведения пробоотбора и, при необходимости, оперативного мониторинга компонентов ПС в зоне влияния объекта. При обнаружении в пробах признаков наличия контролируемых загрязнителей эти пробы должны передаваться для дальнейшего анализа в аналитическую лабораторию;

- информационно-аналитическая система, предназначенная для отображения и анализа информации, исследования и прогнозирования процессов накопления и распространения ЗВ в компонентах ПС, оценки достоверности результатов мониторинга;

- вспомогательные системы и средства ведения мониторинга (переносные и стационарные метеостанции, информационные каналы и средства коммуникации).

Тест-лаборатория предназначена для проведения регулярного пробоотбора и оперативного мониторинга компонентов ПС. Наличие тест-лаборатории позволяет реализовать современную двухуровневую систему мониторинга, при которой первичный экоаналитический контроль проводится по минимальному числу характерных групповых признаков (маркеров) с последующим детальным анализом пробы в условиях укомплектованной высокоточным оборудованием стационарной аналитической лаборатории. Данная схема мониторинга позволяет существенно повысить производительность и оперативность мониторинга. При обнаружении в пробах признаков наличия загрязнителей (например, идентификации маркеров ЗВ) эти пробы должны передаваться для дальнейшего анализа в аналитическую лабораторию.

Периодичность пробоотбора на источниках выбросов устанавливается в начальной стадии мониторинга (на основе статистических и фоновых исследований). Минимально необходимая периодичность отбора проб и замеров связана с существующим в статобработке понятием корреляции (взаимосвязи) полученных результатов. При отсутствии превышений установленных нормативов (стабильном функционировании объекта) периодичность проведения замеров увеличивается или устанавливается, исходя из требований нормативных документов (ГОСТ, СанПиН, нормативы ПДВ, ПНООЛР, НДС). Периодичность проведения пробоотбора и анализов в зоне влияния объекта связана с достоверностью обнаружения ЗВ; при выявлении тенденции отсутствия ЗВ в определенных зонах проведения мониторинга (или в отдельных точках системы пробоотбора) периодичность проведения отбора и анализа проб в этих точках может быть увеличена, что сокращает объем проводимых исследований при сохранении достоверности результатов мониторинга.

Результаты фонового мониторинга используют в качестве основы для оценки влияния объекта на ОС.

При проведении мониторинга компонентов ПС в зоне влияния объекта (для объекта УХО - в СЗЗ и ЗЗМ) предварительно определяют области проведения наблюдений по результатам замеров на источниках ЗВ или на территории объекта (в пределах СЗЗ). Затем производят расчеты полей рассеивания и распространения ЗВ в компонентах ПС в зонах влияния объекта и по результатам расчетов производят построение карт рассеивания ЗВ в компонентах ПС, по которым определяют максимально вероятную зону обнаружения ЗВ, рассеянных в ОС.

При организации мониторинга опасного производственного объекта рекомендуется использовать систему по возможности равноудаленных (с постоянным шагом) точек, расположенных на равноудаленных (от объекта) окружностях. Плотность точек пробоотбора максимальна в ближней к объекту зоне проведения мониторинга и уменьшается пропорционально удалению от него. Это обеспечивает более высокую плотность точек в области наиболее вероятного загрязнения (образующегося, например, за счет выпадений из атмосферного воздуха) и корреляцию модельных (расчетных) закономерностей рассеивания ЗВ с измеренными значениями концентраций ЗВ на местности. На чертеже в качестве примера показана рекомендуемая схема пробоотбора, которая представляет собой окружности с радиусами, равными 1, 2, 3, 5 и 10 км, и центром в точке расположения объекта УХО. Окружности разбиты на 24 сектора.

Предложенный способ включает следующую схему проведения мониторинга:

- подготовку исходных данных для расчета рассеивания по результатам замеров на источниках ЗВ и статистической обработки месячных метеорологических данных;

- расчет рассеивания ЗВ в атмосфере;

- определение области проведения мониторинга в СЗЗ и ЗЗМ, выбор совокупности точек пробоотбора в соответствии с рекомендуемой схемой (см. фиг.1) и результатами статистической обработки данных предыдущих сеансов мониторинга путем вычисления вероятностей присутствия ЗВ в них по формулам (1) и (2);

- выдачу задания на проведение пробоотбора в СЗЗ и ЗЗМ;

- проведение сеанса пробоотбора в компонентах природной среды и анализов отобранных проб;

- обработку данных анализов, построение полей рассеивания и их сравнение с расчетными данными;

- корректировку параметров расчетной модели и системы пробоотбора, которые учитываются при формировании последующих заданий на проведение мониторинга в зоне техногенного влияния объекта (например, в СЗЗ и ЗЗМ объекта УХО);

- выдачу данных мониторинга в виде карт рассеивания и распространения ЗВ в компонентах ПС с указанием уровней (изолиний) загрязнений и прогнозов.

Предложенный способ проведения экологического мониторинга в районе техногенного влияния опасного производственного объекта дает возможность получения достоверной оценки воздействия объекта на ОС и прогнозирования изменений ее состояния в дальнейшем, что приводит к снижению риска нарастания загрязнения ОС и возникновения чрезвычайных ситуаций экологического характера. Кроме того, предложенный способ позволяет сократить объем выполняемых при мониторинге исследований, что существенно снижает затраты на его проведение.

Литература

1. Патент РФ №2223517 /Россия/. Способ радиоэкологического мониторинга содержания трития в окружающей среде промышленного предприятия / 24.01.2002.

2. Патент РФ №2005133758 /Россия/. Способ экологического мониторинга объектов уничтожения химического оружия / Алексеев В.А., Воронин Б.Н., Габричидзе Т.Г., Назаров В.Д., Толстых А.В., Капашин В.П., Фомин П.М. / 10.05.2007.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды применительно к оценке влияния опасных производственных объектов на экологическую обстановку. Способ включает отбор проб компонентов природной среды, анализ проб, обработку данных анализа, проводимую по результатам обработки данных анализа оценку экологической обстановки в зоне техногенного влияния объекта, проводимый до начала строительства объекта фоновый мониторинг территории, предназначенный для оценки состояния природной среды до начала функционирования объекта, сравнение данных мониторинга, получаемых в ходе функционирования объекта, с результатами фонового мониторинга, а также с установленными нормативами качества природной среды в виде предельно допустимых концентраций (ПДК), причем мониторинг в процессе функционирования объекта проводят в точках (областях) пробоотбора с максимально вероятным присутствием загрязняющих веществ (ЗВ) в объектах мониторинга - почве, снежном покрове, водах и донных отложениях, при этом плотность точек системы пробоотбора определяется заданной вероятностью обнаружения ЗВ в зоне потенциального влияния объекта, максимальна вблизи объекта и убывает по направлению к границам зоны его потенциального влияния, а периодичность отбора и анализа проб в каждой точке пробоотбора пропорциональна количеству обнаружений изменения концентраций ЗВ. Достигается повышение достоверности и упрощение мониторинга. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ экологического мониторинга опасных производственных объектов (далее - объектов), в том числе объектов по уничтожению химического оружия (далее - объекты УХО), включающий отбор проб компонентов природной среды, анализ проб, обработку данных анализа, проводимую по результатам обработки данных анализа оценку экологической обстановки в зоне техногенного влияния объекта, для объектов УХО - в зоне хранения и уничтожения химического оружия, в санитарно-защитной зоне, в зоне защитных мероприятий, проводимый до начала строительства объекта фоновый мониторинг территории, предназначенный для оценки состояния природной среды до начала функционирования объекта, сравнение данных мониторинга, получаемых в ходе функционирования объекта, с результатами фонового мониторинга, а также с установленными нормативами качества природной среды в виде предельно допустимых концентраций (ПДК), отличающийся тем, что мониторинг в процессе функционирования объекта проводят в точках (областях) пробоотбора с максимально вероятным присутствием загрязняющих веществ (ЗВ) в объектах мониторинга - почве, снежном покрове, водах и донных отложениях, при этом плотность точек системы пробоотбора определяется заданной вероятностью обнаружения ЗВ в зоне потенциального влияния объекта, максимальна вблизи объекта и убывает по направлению к границам зоны его потенциального влияния, а периодичность отбора и анализа проб в каждой точке пробоотбора пропорциональна количеству обнаружений изменения концентраций ЗВ.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пробы отбирают в точках, расположенных, например, на окружностях с радиусами 1, 2, 3, 5 и 10 км по двадцать четыре точки на каждой окружности с центром в точке нахождения источника выбросов ЗВ объекта, число которых определяется по результатам статистической обработки месячных данных о направлениях и скоростях ветра и расчета рассеивания загрязняющих веществ от объекта, а при проведении анализа отобранных в точках проб предварительно определяется их токсичность с использованием методов биотестирования на нескольких характерных избирательных по группам ЗВ биотестах и биоиндикаторах и при наличии токсичности определяются концентрации ЗВ в пробах методами количественного химического анализа.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что пробы для анализа отбирают одновременно в различных компонентах природной среды, таких как почва, вода и донные отложения.