Экологический мониторинг нефтегазовой отрасли. Физико-химические и биологические методы

Федеральное агентство по образованию ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ________________________________________________________ Саксонов М. Н., Абалаков А. Д., Данько Л. В., Бархатова О. А., Балаян А. Э., Стом Д. И.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ Учебное пособие

ИРКУТСК 2007

1

УДК 504.06:911.3(571.53) ББК У049(2Р54)8:Б1 Печатается по решению редакционно-издательского совета Иркутского государственного университета

Рецензенты: канд. геол.-минерал. наук, доц. С. П. Примина, канд. биол. наук, доц. Е. В. Напрасникова Саксонов М. Н., Абалаков А. Д., Данько Л. В., Бархатова О. А., Балаян А. Э., Стом Д. И. Экологический мониторинг нефтегазовой отрасли. Физико-химические и биологические методы: учеб. пособие. – Иркутск: Иркут. ун-т, 2005. – 114 с. Изложены научно-методические основы экологического мониторинга нефтегазовой области. Рассмотрены основные методы физикохимических и биологических исследований. Учебное пособие является основой для проведения практикума по различным дисциплинам курса «Экологическая геология», в частности дисциплины «Методы экологогеологических исследований». Предназначено для студентов, аспирантов, преподавателей, занимающихся вопросами эколого-геологического мониторинга, а также для широкого круга геологов, биологов, экологов, природопользователей.

Библиогр. 108 назв. Ил. 10. Табл. 10.

© Коллектив авторов, 2007 © Иркутский государственный университет, 2007

2

ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ 1 ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ МОНИТОРИНГА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ В РОССИИ 1.1 Нормативно-правовые основы экологического мониторинга 1.2 Теоретические и методические основы экологического мониторинга 1.3 Экологический мониторинг газовой промышленности 2 КОНЦЕПЦИЯ ОРГАНИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА КОВЫКТИНСКОГО ГАЗОКОНДЕНСАТНОГО КОМПЛЕКСА 2.1 Нормативно-правовое обоснование, цель и задачи мониторинга 2.2 Основные принципы организации 2.3 Объекты мониторинга 2.4 Формирование сети пунктов наблюдения 2. 5 Ведение мониторинга 2.6 Оценка и прогноз. Планирование и управление 3 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ В КОНТРОЛЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НЕФТЬЮ И НЕФТЕПРОДУКТАМИ 3.1 Нормирование загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами 3.2 Методы контроля 3.2.1 ИК-спектрофотометрия 3.2.2 Люминесцентные методы 3.3 Дистанционный мониторинг 4 НЕОБХОДИМОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПРИ АНАЛИЗЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ 5 МЕТОДЫ БИОТЕСТИРОВАНИЯ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА 5.1 Биоиндикационные методы и методы биотестирования атмосферного воздуха 5.2 Методы биотестирования и биоиндикации в контроле загрязнения водной среды 3

5 9 9 15 28 38 38 43 52 55 59 61 63 63 67 69 72 74 77 86 86 87

5.2.1 Классность природных вод по системе биоиндикации 5.2.2 Биотестирование вод 5.3 Методы биоиндикации и биотестирования почв 5.4 Комплекс биотестов для токсикометрии буровых растворов и шлама 5.5 Отнесение опасных отходов к классу опасности для окружающей среды методами биотестирования ЗАКЛЮЧЕНИЕ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

4

87 88 96 98 99 103 104

ВВЕДЕНИЕ В условиях стремительного научно-технического прогресса и бурного роста промышленного производства, усложнения техногенных систем, их значительного влияния, в том числе опасного, на природную и социальную среды резко возросло внимание к проблеме устойчивого развития. Главным принципом решения этой проблемы является обеспечение экологической безопасности хозяйственной деятельности. Он означает, что при усовершенствовании существующих и создании новых техногенных объектов на всех этапах его жизненного цикла, включая проектирование, сооружение и эксплуатацию, должны учитываться требования и критерии, позволяющие обеспечить максимальную совместимость данного объекта и окружающей природной среды, сохранить экологическое равновесие. Реализация принципа экологической безопасности базируется на системном подходе к анализу и прогнозу последующих изменений и последствий, которые могут возникнуть в природных экосистемах и биосфере в целом. Важным инструментом в обеспечении экологической безопасности производственной деятельности является экологический мониторинг (ЭМ). Экологический мониторинг является обязательным элементом в программах комплексного социальноэкономического развития различных регионов, территориальнопроизводственных комплексов и отдельных предприятий. Экологический мониторинг рассматривается как совокупность систем комплексного наблюдения за антропогенными и природными источниками воздействия, состоянием окружающей среды, динамикой происходящих в ней изменений, прогнозом развития ситуаций и управлением ими. В основе мониторинга лежат систематические наблюдения за экологическим эффектами взаимодействия природы, населения и хозяйства на определенной территории. Комплексность, взаимосвязанность процессов, происходящих в окружающей среде, чрезвычайность проблем, стоящих перед человечеством на пути обеспечения долгосрочной экологической безопасности и устойчивого развития, определяют актуальность темы и делают необходимой разработку методологических 5

и методических основ организации и функционирования систем экологического мониторинга. Это общепризнанно на международном и государственном уровне. В Российской Федерации формируется Единая государственная система экологического мониторинга (ЕГСЭМ), которая строится по природно-ресурсному принципу (атмосфера, земля, водные объекты, недра, растительный и животный мир) и имеет своей целью создание информационной базы для обеспечения устойчивого развития страны в целом и отдельных ее регионов. Разработка и проектирование системы мониторинга – сложное междисциплинарное исследование. Оно направлено на решение комплексных проблем создания кибернетической модели мониторинга как инструмента изучения, контроля и управления состоянием сложных природно-техногенных систем. В настоящем пособии представлена концепция производственного экологического мониторинга нефтегазового комплекса (ПЭМ НГК), которая должна послужить основой для разработки программы мониторинга, создания технического проекта организации и проведения мониторинга, формирования службы мониторинга на предприятиях нефтегазовой отрасли. При разработке концепции ПЭМ НГК используется опыт существующих экологических экспертных и мониторинговых систем, направленных на решение задач охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов в районах промышленного освоения. Традиционно качественное состояние природных объектов – атмосферного воздуха, воды, почвы – устанавливается по содержанию в них загрязняющих веществ и определяется путем сравнения концентрации загрязнителей со значениями предельно-допустимой концентрации (ПДК) веществ для данной категории объекта. Однако, загрязняющие вещества многокомпонентны, что делает нереальным определение всех опасных соединений. Более того, сочетанное действие всех компонентов на природную среду и ее составляющие не представляет собой простой суммы, а также возможен кумулятивный эффект отдельных веществ. Поэтому в настоящее время исследователи разрабатывают и внедряют в практику интегральные методы биотестирования, позволяющие определять суммарное действие на живые организ6

мы всех компонентов загрязнения, оценить степень загрязнения изучаемого объекта быстро и с минимальными затратами. Переход к более надежному экологическому контролю качества окружающей среды в России возможен только при условии расширения перечня измеряемых одиночных и групповых показателей загрязнения, обязательного использования методов биотестирования и обеспечения лабораторий современными надежными средствами быстрой идентификации веществ, вызывающих токсичность. Государственной стратегией Российской Федерации по охране окружающей среды и обеспечения устойчивого развития, утвержденной Указом Президента РФ № 236 от 4 февраля 1994 г., определена необходимость перехода при оценке качества окружающей среды от количественного нормирования к нормированию по экосистемным признакам с учетом влияния загрязнения на самое чувствительное звено экологической системы. Использование методов биотестирования для оперативной интегральной оценки трудно переоценить. Оперативная интегральная оценка качества воды, почвы, атмосферы методами биотестирования не заменяет количественный химический анализ, но она его дополняет и, в какой то степени может предварить, благодаря экспрессности, простоте и невысокой стоимости методов биотестирования. Нефтегазовая отрасль является базовой в экономике страны. Она оказывает сильное и комплексное воздействие на окружающую среду. Одни из наиболее существенных нарушений происходят за счет буровых скважин, при помощи которых осуществляются поиск, разведка и эксплуатация нефтегазовых месторождений. Поэтому необходимо проведение исследований с целью нахождения экологически целесообразного равновесия, поддерживаемого на уровне, дающем максимальный экологосоциально-экономический эффект при освоении участков недр, содержащих углеводороды. Добыча и использование нефти и газа оказывают отрицательное воздействие на окружающую среду в течение всего производственного цикла – от разведки месторождений, извлечения и транспортировки нефти до получения и потребления нефтепро7

дуктов. Строительство, обустройство и эксплуатация скважин в необжитых местах подрывают естественные экосистемы. При бурении и эксплуатации скважин происходит нарушение и загрязнение ландшафтов, прилегающих к буровым площадкам. Основными источниками воздействия выступают строительно-монтажные работы, а также отходы бурения – буровые сточные воды (БСВ), отработанные буровые растворы (ОБР) и буровой шлам (БШ). Вредные вещества, попадая из источников загрязнения в одну из природных сред (воздушную, водную, почву), вовлекаются в общую миграцию веществ и, как правило, в течение того или иного отрезка времени распространяются во всех средах.

8

1 ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ МОНИТОРИНГА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ В РОССИИ 1.1 Нормативно-правовые основы экологического мониторинга Национальный мониторинг России в настоящие время включает три вида мониторинга: санитарно-гигиенический, экологический, климатический (Экологическое право ..., 1999). Экологический мониторинг рассматривается как совокупность систем комплексного наблюдений за антропогенными и природными источниками воздействия, состоянием окружающей среды, динамикой происходящих в ней изменений, прогнозом развития ситуаций и управления ими. В качестве основных элементов мониторинг включает наблюдения за факторами воздействия и состоянием окружающей среды, прогноз ее будущего состояния и оценка фактического и прогнозируемого состояния природной среды. Ключевой задачей экологического мониторинга является обеспечение систематических наблюдений за экологическими эффектами взаимодействия природы, населения и хозяйства на определенной территории. Мониторинг окружающей среды (экологического мониторинг), согласно Закону РФ «Об охране окружающей среды» (1992), состоит из государственной службы наблюдения за состоянием окружающей природной среды, государственного, производственного, общественного контроля. В России действует Единая государственная система экологического мониторинга (ЕСЭМ) (Постановление…, 1993). ЕГСЭМ функционирует и развивается с целью информационного обеспечения управления в области охраны окружающей среды, рационального использования природных ресурсов, обеспечения экологически безопасного устойчивого развития страны и ее регионов, ведения государственного фонда данных о состоянии окружающей среды и экосистем, природных ресурсах, источниках антропогенного воздействия. Общее руководство ЕГСМ возложено на Государственный комитет РФ по охране окружающей среды (СЗ РФ, 1997). Основными задачами ЕГСЭМ являются (Положение…, 1995): 9

- проведение наблюдений за изменением состояния окружающей среды и экосистемами, источниками антропогенных воздействий с определенным пространственным и временным разрешением; - проведение оценок состояния окружающей среды, экосистем территории страны, источников антропогенного воздействия; - прогноз состояния окружающей среды, экологической обстановки на территории России и ее регионов, уровней антропогенного воздействия при различных условиях размещения производительных сил, социальных и экономических сценариях развития страны и ее регионов. В соответствии с основными задачами в ЕГСЭМ осуществляется мониторинг состояния природных сред, экосистем, природных ресурсов и источников антропогенного воздействия, а также информационное обеспечение решения экологических проблем. Эти работы выполняются в рамках ЕГСЭМ на единых научнометодических и метрологических подходах. В России Единая государственная система экологического мониторинга создается на основе территориально-ведомственного принципа построения, предусматривающего максимальное использование возможностей существующих государственных и ведомственных систем мониторинга состояния окружающей природной среды, источников антропогенного воздействия, природных ресурсов, экосистем. В соответствии с нормативными правовыми документами общее руководство созданием и функционированием ЕГСЭМ и координация деятельности государственных органов исполнительной власти в области мониторинга окружающей природной среды возложены на Министерство природных ресурсов России (Положение…, 1995). В ЕГСЭМ выделяются базовые и специализированные подсистемы мониторинга и подсистемы обеспечения функционирования системы в целом. Базовые подсистемы создаются на основе служб наблюдения состояния природных сред и природных ресурсов федеральных органов исполнительной власти, осуществляющих мониторинг: состояния атмосферы; водных объектов: поверхностных вод, суши, морской среды, водной среды, водохозяйственных систем и сооружений в местах водозабора и сброса сточных вод, подземных вод; 10

недр (геологической среды), опасных экзогенных и эндогенных геологических процессов; земель, почвенного покрова; наземной флоры и фауны (кроме лесов); лесов; фонового состояния окружающей природной среды; источников антропогенного воздействия. Специализированные подсистемы функционируют на базе служб наблюдений федеральных органов исполнительной власти и осуществляют мониторинг: промышленной безопасности; рыб, других водных животных и растений; воздействия факторов среды обитания на состояние здоровья населения (в рамках системы социально-гигиенического мониторинга); околоземного космического пространства; военных объектов. Руководство подсистемами осуществляют специально уполномоченные федеральные органы исполнительной власти в соответствии с распределением функций, утвержденным постановлением Правительства Российской Федерации от 24.11.93 № 1229 «О создании единой государственной системы экологического мониторинга». Функционирование подсистем осуществляется на основании настоящего Положения и Положений о подсистемах ЕГСЭМ, утверждаемых федеральными органами исполнительной власти, обеспечивающими деятельность этих подсистем, по согласованию с Минприроды России. В ЕГСЭМ образуются специализированные ведомственные подсистемы, связанные с мониторингом источников антропогенного воздействия предприятий различных отраслей промышленности и сельского хозяйства страны. В ЕГСЭМ функционируют подсистемы обеспечения, к которым относятся: топографо-геодезическое и картографическое обеспечение, включая создание цифровых, электронных карт и геоинформационных систем; электронные системы передачи данных. В ЕГСЭМ могут быть образованы и другие подсистемы, решающие тематические целевые задачи. ЕГСЭМ функционирует и развивается во взаимодействии с Российской системой по чрезвычайным ситуациям (РСЧС) и обеспечивает РСЧС всей необходимой информацией в согласованной форме и в согласованные сроки. В случае возникновения чрезвычайных ситуаций федерального и регионального масштабов ЕГСЭМ функционирует как подсистема РСЧС. 11

ЕГСЭМ функционирует на четырех основных уровнях: федеральном, региональном (бассейновом), субъектов Российской Федерации (территориальный уровень), локальном. Целесообразность создания регионального уровня ЕГСЭМ определяется: необходимостью оценки состояния природных объектов, анализа природных процессов и экологически неблагоприятных явлений, когда их границы не совпадают с границами субъектов Российской Федерации; сложившейся структурой территориальных (региональных) органов ряда ведомств; целесообразностью создания мощных территориальных функциональных центров, способных обслуживать ряд субъектов Российской Федерации. Данные для обеспечения информационных систем федерального (регионального) уровня передаются в соответствующие федеральные (региональные) центры указанных подсистем. Обобщение информации, получаемой территориальными центрами базовых и специальных подсистем, осуществляется по данной территории в региональных информационно-аналитических центрах (РИАЦ) территориальных органов Минприроды России по согласованию с территориальными (региональными) подразделениями федеральных органов исполнительной власти, обеспечивающих функционирование ЕГСЭМ. Территориальные системы экологического мониторинга организуются в субъектах РФ и являются основными системообразующими элементами ЕГСЭМ (территориальными подсистемами ЕГСЭМ). Как и ЕГСЭМ, территориальные подсистемы формируются на основе базовых и специализированных подсистем при участии систем обеспечения соответствующего уровня. Территориальные подсистемы ЕГСЭМ формируются по унифицированным методологическим принципам с целью обеспечения сопоставимости информации между отдельными территориальными подсистемами и включают в себя как базовую сеть мониторинга федерального уровня, так и соответствующую сеть мониторинга объектов в интересах данного субъекта РФ. Данные, получаемые всеми звеньями территориального уровня ЕГСЭМ, собираются в специализированных центрах базовых и специализированных подсистем данной территории, функционирующих на единой организационной, методической и информационной основе. 12

Сбор, хранение и анализ информации, поступающей от информационных звеньев базовых и специализированных подсистем мониторинга территориального уровня, а также федеральных центров специализированных подсистем, не имеющих территориального уровня, осуществляется в информационно-управляющих федеральных центрах соответствующих подсистем ЕГСЭМ, связанных между собой на единой организационной, методической и информационной основе. Федеральный информационно-аналитический центр (ФИАЦ) Минприроды России осуществляет сводный анализ информации, передаваемой из информационно-управляющих центров соответствующих подсистем ЕГСЭМ федерального и территориального уровней в порядке, согласованном с федеральными органами исполнительной власти, обеспечивающих функционирование ЕГСЭМ, и органами исполнительной власти субъектов Российской Федерации. Обмен данными между информационными центрами подсистем ЕГСЭМ осуществляется на принципе бесплатного доступа к данным мониторинга, полученным за счет бюджетных средств В Иркутской области с 1995 г. работы по программе разработки системы экологического мониторинга Иркутской области. Организация и проведение работ по экологическому мониторингу в пределах Иркутской области осуществляется и координируется территориальной системой экологического мониторинга Иркутской области (ИРСЭМ) на принципах, правилах, нормах и положениях ЕГСЭМ (Постановление…, 1996). Основными задачами ИРСЭМ являются (Постановление…, 1996): - своевременное и достоверное выявление зон возможного экологического неблагополучия и доведение этой информации до заинтересованных потребителей для выработки долгосрочных и экстренных мер по обеспечению экологической безопасности Иркутской области; - организация и обеспечение информационных потоков в базу данных ИРСЭМ; - обеспечение информационной поддержки приоритетных для Иркутской области конкретных задач управления экологической обстановкой, определяемых территориальными и федеральны13

ми программами, международными обязательствами Российской Федерации; - обеспечение граждан и организаций информацией об экологической обстановке; - развитие ИРСЭМ, включая совершенствование всех видов обеспечения ее функционирования; - обеспечение эффективного информационного сопряжения ИРСЭМ с другими государственными информационными системами; - реализация научно-технической политики ЕГСЭМ в области обеспечения информационной поддержки управления экологической обстановкой. ИРСЭМ формируется на трех основных организационных уровнях: федеральном, территориальном, локальном. На локальном уровне функции ИРСЭМ включают получение и сопоставление данных о состоянии окружающей природной среды и источниках антропогенного воздействия, их выбросах, сбросах и отходах, создание банков экологических данных для информационного обеспечения природоохранной деятельности. В рамках ИРСЭМ на основе базовых функциональных и специализированных систем государственных и ведомственных служб мониторинга осуществляется: - мониторинг источников воздействия или мониторинг эмиссий субстанций; - мониторинг воздействия на природную среду, связанный с контролем влияния источника (импактный мониторинг); - мониторинг состояния природной среды, не связанный с определенным источником воздействия (мониторинг антропогенного фона). Для оценки антропогенного воздействия объектов хозяйственной деятельности организуются отраслевые и производственные системы мониторинга источников воздействия на окружающую природную среду и зон их непосредственного влияния (импактный мониторинг), осуществляющие свое функционирование в рамках соответствующих базовых и специализированных подсистем ЕГСЭМ. Организация этих систем мониторинга осуществляется предприятиями и организациями, осуществляющими хозяйственную деятельность на территории субъектов Российской Федерации. Ре14

шение о необходимости наличия у предприятия указанных систем мониторинга принимается органами, выдающими лицензии на природопользование и проведение мониторинга состояния окружающей среды. Для оценки состояния окружающей природной среды непосредственно в районах расположения (размещения) объектов, представляющих потенциальную опасность для населения, растительного и животного мира и состояния экосистем, формируются локальные сети наблюдения. Требования по их методическому и информационному сопряжению с ЕГСЭМ определяются совместным решением органов исполнительной власти субъектов РФ, специально уполномоченных федеральных органов исполнительной власти в области охраны окружающей природной среды, органов РСЧС, санитарно-эпидемиологического надзора. Ведение локального экологического мониторинга осуществляется природопользователем по разработанным им регламентам, согласованным со специальными уполномоченными государственными органами. Системы мониторинга источника воздействий создаются за счет средств субъекта хозяйственной деятельности, который обеспечивает их регламентное функционирование. Системы мониторинга России тесно взаимосвязаны с международным мониторингом, который осуществляется в рамках Глобальной системы мониторинга окружающей среды (ГСМОС) и охватывает национальные и региональные (межнациональные) системы мониторинга. 1.2. Теоретические и методические основы экологического мониторинга В последние годы произошел значительный сдвиг в научнометодическом обосновании и реализации программ экологического мониторинга. Под мониторингом окружающей среды подразумевают регулярные, выполняемые по заданной программе наблюдения природных сред, природных ресурсов, растительного и животного, позволяющие оценить состояние и происходящие изменения под влиянием антропогенной деятельности. Мониторинг по своей сути является системой, включающей наблюдения, оценку наблюдения, 15

прогноз, оценку прогноза, позволяющей правильно управлять качеством природной среды. Под экологическим мониторингом следует понимать организованный мониторинг объектов окружающей среды для обеспечения оценки среды обитания человека, биологических сообществ и экологических систем с целью принятия управленческих решений, когда показатели состояния одного или нескольких объектов не достигаются. Мониторинговая система должна быть проблемноориентированной. С. Янг (1972) выделяет следующие этапы проблем: 1) определение цели; 2) выявление проблемы; 3) диагноз; 4) поиск решения; 5) оценка и выбор альтернативы; 6) согласование решения; 7) утверждение решения; 8) подготовка к вводу в действие; 9) управление принимаемыми решениями; 10) проверка эффективности. При выборе приоритетных направлений ЭМ следует исходить из анализа проблем и конфликтных ситуаций, их масштабов, экологической и социально-хозяйственной значимости. При разработке системы ЭМ существует опасность подмены целей средствами. Цель ЭМ – сбор информации о состоянии источников воздействия и окружающей их среде. Цель экспертной системы – оценка проектных решений в отношении экологической безопасности. Система ЭМ поставляет сведения, необходимые для разработки технических и экологических проектов, поддержки и контроля их осуществления. На выбор цели субъекта решающее влияние оказывает система ценностей (экологических, технических, экономических, гуманитарных), которых он придерживается. В соответствии с целями и задачами мониторинга с его помощью осуществляется информационное обеспечение устойчивого развития, базирующегося на рациональном использовании природно-ресурсного потенциала с учетом охраны природы региона в целом. Выбор критериев для обоснования системы мониторинга, его схемы, объектов, контролируемых параметров, формирования наблюдательной сети, режимов и методов наблюдения зависит от того, насколько они в действительности приведут к достижению поставленной цели, или, по крайней мере, будут способствовать продвижению к ней. При формировании критериев необходим компромисс между полнотой (точностью) описания целей и количеством критериев. 16

Существует опасность смешения целей, что стало причиной экологических проблем Байкала, Кара-Багаз-гола, Онежского озера, проекта по переброске вод северных рек к Аралу и др. Вместе с тем необходимо учитывать, что со временем может происходить изменение целей. Их динамичность важна при обосновании системы мониторинга и ее корректировки. Цели экономического развития и охраны природы не должны противопоставляться друг другу. Развитие экономики должно проходить при соблюдении экологических норм и критериев. Системные свойства экологического мониторинга раскрываются в трех аспектах. Первый связан с системными принципами построения модели мониторинга. Второй отражает системность «познавательной» деятельности или ведения наблюдений. Третий раскрывает системность представления преобразованной информации в аналоговом виде в моделях предметной области. В общем смысле, системы ЭМ (международные, национальные, региональные, локальные) являются информационными системами (Берталанфи, 1963; Месарович, Такахара, 1974; Садовский, 1974; Уемов, 1981; Урманцев, 1988 и др.) и решают три типа задач: 1) сбор первичной информации, ее накопление и формирование банка данных; 2) обработка и представление данных в виде различных таблиц, графиков, карт и др.; 3) оперативное обеспечение информацией, необходимой и достаточной для принятия решения и управления ситуацией. Система ЭМ обладает свойствами статической и динамической модели. Первая отражает конкретное состояние или структуру модели. Различные изменения состояния и связи между элементами мониторинга раскрываются в динамической модели мониторинга. Она отражает поведение системы, описывает происходящие с течением времени изменения, последовательность этапов, операций, действий, причинно-следственные связи. Идеальная система ЭМ относится к классу комбинированных моделей, т.к. предназначена для фиксации и оценки экологического состояния и его изменений в пространстве и во времени. Динамические свойства системы ЭМ проявляются в ее функционировании и развитии. Под функционированием понимаются происходящие в системе мониторинга и контролируемой ею среде 17

процессы, представляющие собой простые изменения без повышения степени их сложности. Такие системы стабильно реализуют фиксированную цель. Развитием называется то, что происходит с системой при изменении ее целей, связанных с качественным ростом. Развитие связывается с повышением уровня организованности. Наиболее эффективный способ развития – саморазвитие. Если существующая структура мониторинга перестает соответствовать изменившимся условиям и целям, то для обеспечения новой функции и решения возникающих проблем будет происходить изменение структуры и усложнение системы. Среди множества альтернатив развития принимается оптимальный вариант, рассматриваемый как наилучший в заданных условиях. Его качество оценивается с помощью критерия оптимальности, а условия задаются в виде ограничений на дополнительные критерии. Критерием оптимальности ОЭМ является его экологоэкономическая эффективность, т.е. при минимуме затрат на его организацию и проведение мониторинг должен обеспечивать получение максимума полезной информации о факторах воздействия, состоянии окружающей среды и происходящих в природнотехногенных системах изменениях. Таким образом, ставится задача разработки развивающейся модели мониторинга, относящейся к классу не стационарных систем, т.е. таких, свойства которых со временем меняются. Идеальная система ЭМ должна подчиняться принципу причинности, т.е. отклик системы на некоторое воздействие не может начаться раньше самого воздействия. Отсюда вытекает другой принцип – превентивности, т.е. наблюдения за состоянием окружающей среды должны быть организованы до начала осуществления проектных решений. Система мониторинга разрабатывается применительно к существующей среде. Вместе с тем, как открытая система, она должна взаимодействовать как с вышестоящими, так и нижестоящими системами мониторинга. Системы ЭМ относятся к разряду искусственных систем. Их объектом является как естественная среда, так и антропогенная. Формой их представления служит модель природно-техногенной системы (ПТС). Поэтому система экологического мониторинга ПТС – это смешанная система. 18

Система управления ЭМ комбинированная, т.е. управляется как извне, так и посредством самоуправления. Управление извне осуществляется внешним по отношению к системе мониторинга блоком. Кроме того функции управления выполняет непосредственно и система ЭМ. Структура ЭМ отражает последовательность действий и продолжительность каждого этапа. С учетом состава и структуры мониторинга разрабатывается сетевой график всего процесса, представленный в виде структурной схемы. В качестве объектов ЭМ выступает комплекс элементов окружающей среды (экологические системы, компоненты, природные среды и т.п.). Они могут нести информацию о различных своих свойствах. С многокритериальностью систем связана проблема определения контролируемых параметров. Поэтому в качестве сигналов используются не сами объекты, а их состояния. В связи с чем, важной начальной задачей экологического мониторинга является «подготовка» объекта к наблюдению, построение его модели. От соответствия экспериментальной модели мониторинга модели изучаемого объекта зависит эффективность эксперимента, полнота и достоверность получаемой информации. Обоснование выбора объекта мониторинга обычно осуществляется в условиях неопределенности. Выбор одной из альтернатив проводится на основе сравнения различных следствий. Для упорядочения причинно-следственных связей объект и методы его изучения должны обладать свойствами репрезентативности, т.е. представительности данного объекта и метода исследования ко всей их совокупности, из которых сделана выборка. Интерактивный выбор варианта в системе ЭМ – это селекция, отбор, направленные на повышение качеств информации. Однако в действительности мониторинговые операции могут приводить как в сторону улучшения данных наблюдений, так и их ухудшения. Это связано со сложной природой контролируемого объекта и не детерминированным характером возникающих при его изучении связей. Поступающие в систему мониторинга информационные потоки питают ее, организуют ее функции, управляют ею. В качестве сигналов об окружающей среде используются сигналы от объектов в виде различных физических, химических, биологических, экономических и других показателей. Любая поступающая в систему мо19

ниторинга информация – вероятностная. Это определяет вероятностную меру прогнозируемости или реализации экологической ситуации. Наблюдения в системе экологического мониторинга носят итерационный характер, т.е. в нем применяются измерительные и вычислительные циклы, в которых заранее неизвестно число повторений и проверка окончательного результата проводится не по счетчику, а по достижению нужной точности. Циклы такого приближения называют итерационными. Измерения в системе ЭМ могут носить качественный и количественный характер. Для измерения состояния объектов в системе мониторинга используются различные измерительные шкалы. Результаты измерения содержат информацию о наблюдавшемся объекте, количество же информации зависит от степени полноты этого соответствия и разнообразия вариантов. Необходимая информация получается в результате мониторинговых измерений с помощью их преобразований или обработки экспериментальных данных. Чем теснее соответствие между состояниями и их обозначениями, тем больше информации можно извлечь в результате обработки данных. Степень этого соответствия зависит не только от организации системы измерения, принятой в мониторинге, но и от природы исследуемого явления. В свою очередь сама степень соответствия определяет допустимые (и недопустимые) способы обработки данных. При проведении ЭМ необходимо помнить, что расплывчатость некоторых наблюдений неизбежна, т.к. обусловлена объективными факторами, связанными со свойствами данных и измерительных систем. Поэтому на практике получаемые при помощи мониторинга модели должны быть не только гипотезами об исследуемом объекте, но и гипотезами об ошибках измерения. В системе ЭМ, в зависимости от целей и задач, точности измерения, свойств объектов и применяемых приборов и оборудования, используются различные шкалы: 1) порядковые или ранговые; 2) балльные; 3) интервальные; 4) шкалы отношений; 5) шкалы разностей; 6) абсолютные. Важное значение придается оцифровке порядковых шкал и преобразованию их в цифровые. Для балльных шкал рассчитываются удельные и весовые значения признака. 20

Суммируя сказанное, сформулируем основные методологические положения ЭМ: - стратегическое назначение мониторинга – информационное обеспечение устойчивого развития территории (страны, региона и т.п.); - мониторинг строится как геоинформационная (пространственная) система; - эмерджентное свойства мониторинга заключаются в том, что он представляет собой автоматизированную систему, которая осуществляет на основе хранящегося в ней массива фактических данных алгоритмическое решение различного рода экологических задач по синтезу новых сведений, не содержащихся в этом массиве в явной форме; - экологический мониторинг должен рассматриваться как систематический процесс, следующий определенным правилам; - организация мониторинга и экологическая оценка должны проводится до принятия основных решений по реализации намечаемой деятельности, а их результаты используются при выработке и принятии решений; - система мониторинга должна быть унифицированной, но в то же время отражать местные условия и конкретные ситуаций; - мониторинг строится как иерархическая система; при переходе на более высокий уровень происходит генерализация объектов наблюдения и контролируемых параметров, их пространственных и смысловых характеристик; - мониторинговая генерализация заключается в отборе и обобщении информации соответственно назначению и масштабу наблюдения; в процессе генерализации проявляются свойства эмерджентности систем и синергетические информационные эффекты; - мониторинг, объект его изучения и их информационные модели должны соответствовать друг другу; - система экологического мониторинга должна быть направлена на совместное рассмотрение и учет воздействий намечаемой деятельности и связанных с ними изменений во всех природных и социально-хозяйственных элементах окружающей среды; - система наблюдений должна быть построена с учетом причинно-следственных связей, что заключается в первоочередном

21

контроле причин – источников воздействия, а затем следствий – состояния окружающей среды; - выбор объектов и режимов наблюдения должен быть приоритетным, направленным, в первую очередь, на сбор информации о наиболее значимых воздействиях и их последствиях; - наблюдения и оценка в системе экологического мониторинга не сводятся к научно-техническому исследованию, а являются инструментом принятия взаимоприемлемых решений; - результаты наблюдений должны оцениваться не только по величине воздействия на окружающую среду и степени ее нарушенности, но и по экологической значимости последствий для природы и социально-хозяйственного комплекса; - экологический мониторинг не ограничивается этапом планирования, он охватывает все этапы осуществляемой хозяйственной деятельности; - наблюдения и оценки также должны опираться не только на стандартные нормативы, но и учитывать региональные уровни допустимого экологического риска. Основные принципы организации мониторинга: комплексность, систематичность, унифицированность. В целом процесс ЭМ включает следующие основные составляющие: - обоснование объектов мониторинга и контролируемых параметров, формирование сети пунктов наблюдений; - сбор, обработка и накопление информации; - обработка информации в направлении анализа и оценки экологической ситуации, прогноза потенциальных воздействий намечаемой деятельности; - использование полученной информации и результатов ее обработки в процессе принятия решений, относящихся к обоснованию намечаемой деятельности и ее выполнению; - взаимодействие с другими системами мониторинга и источниками информации. Обязательные процедуры ЭМ: выделение объекта наблюдений; обследование объекта; составление информационной модели для объекта наблюдений; планирование измерений; оценка состояния объекта и идентификации его информационной модели; прогнозирование состояния изменения объекта наблюдений; представление информации в удобной для использования форме. 22

Функциональную структуру системы ЭМ можно представить в виде комплекса четырех основных блоков: базы данных, аналитический блок, информационный блок и блок управления экологической ситуацией (рисунок 1.2.1). Наиболее универсальным подходом к определению структуры системы ЭМ является его разделение на подсистемы: наблюдения, оценка фактического состояния, прогноз состояния, оценка прогнозируемого состояния. Информационная система ЭМ является составной частью системы управления состоянием окружающей среды, поскольку информация о существующем состоянии ОС и тенденциях его изменения являются основой разработки природоохранной политики и планировании социально-экономического развития территорий. Результаты оценки существующего и прогнозируемого состояния ОС в свою очередь дают возможность уточнить требования к подсистеме наблюдений (это и составляет научное обоснование мониторинга, обоснование состава и структуры сети, режимов и методов наблюдений). Наблюдения за состоянием ОС должны включать как наблюдения за источниками и факторами воздействия, так и за состоянием элементов ОС, в том числе за откликами живых организмов на воздействие, за изменением показателей их состояния. При этом необходимо и получение данных о первоначальном или фоновом состоянии ОС. Оценка состояния ОС подразумевает всесторонний анализ состояния,, вызванный воздействием различных факторов в различных природных средах (часто одновременных и усиливающих эффект воздействия). Для комплексной оценки состояния ОС и выявления динамики этого состояния одновременно должны вестись метеорологические, гидрологические, почвенно-геохимические, биологические и другие наблюдения, позволяющие правильно выделять и интерпретировать антропогенно спровоцированные изменения состояния ОС и ее элементов на фоне природных процессов (Израэль, 1974, Комплексный ..., 1980;1982). Для анализа и прогноза экологических ситуаций как в глобальном и региональном масштабах, так и в локальном необходимо знание множества геофизических и геохимических процессов, различных антропогенных эффектов и ситуаций их вызывающих. Необходимо, прежде всего, отыскивать факторы, ведущие к наиболее серьезным, долговременным изменениям в окружающей природной среде, а также выявить элементы ОС 23

Рисунок 2.1 – Функциональная структура системы комплексного мониторинга

.

24

наиболее подверженные воздействию (или наиболее чувствительные), или критические, ключевые элементы, повреждение которых может вести к нарушению экосистем (Израэль, 1984). Приоритетным направлением в системе глобального экологического мониторинга на Первом межправительственном совещании по мониторингу признан мониторинг загрязнений окружающей среды и связанных с ними факторов воздействия, включая следующие виды загрязнения: химическое; радиоактивное; тепловое; электромагнитное; шумовое. В настоящие время наблюдения осуществляются на импактном (уровень сильного воздействия в локальном масштабе), региональном и фоновом уровнях. Программы экологического мониторинга антропогенного загрязнения, изложены и обоснованны в ряде работ российских и зарубежных ученых (Израэль, 1974; Герасимов, 1975; Израэль и др., 1978; Ковда и др., 1982). Общая схема мониторинговых исследований, направленных на контроль загрязнений в зонах интенсивного воздействия включает контроль содержания химических веществ в атмосфере, поверхностных и подземных водах, почвах, биоте. При этом для атмосферы частота проводимых наблюдений может составлять от 1 до 5 дней, атмосферные осадки собираются один раз в декаду или месяц. Интегральная проба снежного покрова берется один раз в год перед весенним снеготаянием. Пробы поверхностных вод и взвеси берутся шесть раз в год в характерные гидрологические периоды, донные отложения – один раз в год в летнюю межень. Почва исследуется один-два раза в год, биота – два раза в год (на содержание химических веществ). Контроль загрязнения на территориальном, региональном и фоновом уровне обязательно должен включать геофизический, геохимический и биологический мониторинг (Израэль, 1984). При этом геофизический и геохимический мониторинг, по сути, являются мониторингом источников загрязнения и факторов воздействия. Биологический мониторинг направлен на выявление и анализ реакции (отклика) биологических систем, биоты на антропогенное воздействие, на оценку их состояния. Итак, главное внимание в биологическом мониторинге должно уделяться наблюдениям за биологическими последствиями, откликами, реакциями биологических систем на внешние воздейст25

вия, на изменения состояния природной среды. Биологический мониторинг можно подразделить на мониторинг растительности, мониторинг животного мира и социально-экологический мониторинг. Он осуществляется на индивидуальном и популяционнобиоценотическом уровнях. Состояние биологических систем при осуществлении экологического мониторинга может быть определено путем оценки соответствия данного биогеоценоза критерию «хорошего» биогеоценоза (Шварц, 1976). При этом должна быть произведена оценка: - продукции всех основных звеньев трофической цепи; - соответствия высокой продуктивности высокой продукции (определяющего компенсаторную активность биологических систем); - стабильности структуры и разнородности отдельных трофических уровней; - скорости протекания обмена веществ и энергии в экосистеме, характеризующей возможность биологического самоочищения системы. В системе экологического мониторинга в качестве индикаторов условий среды и их влияния на биологические системы могут использоваться определения численности отдельных видов и их состояния. С.С.Шварц (1976) считает подходящими в качестве конкретных показателей условий среды содержание химических веществ в различных тканях организмов на разных уровнях трофических цепей, скорость роста деревьев, энергию фотосинтеза, микробиологическую активность почв, рост лишайников, развитие различных гидробионтов. Эти данные могут быть дополнены данными по изменению структуры биогеоценозов, их пространственным и функциональным взаимоотношениям. Особое значение имеет анализ биоценотического гомеостаза при упрощении отдельных трофических связей. В целом биологические показатели можно разделить на две категории: 1) показатели функциональные, которые выражаются производными некоторых функций по времени (например, показатели продуктивности, дыхание, скорость обмена веществ, скорость фотосинтеза); 2)показатели структурные, которые могут быть выражены интегралом во времени как некий итог действий (например, показатель, характеризующий численность видов и особей, количе26

ство биомассы, изменение размера и массы особей, содержание веществ в экосистеме). Для целей локального и территориального экологического мониторинга в качестве функциональных показателей используются, главным образом, показатели роста (т.е. продуктивности) и показатели затрат (дыхание, прижизненное отчуждение органического вещества), значительно реже показатели состояния (потребление и усвоение пищи, скорость круговорота различных элементов в экосистеме). При выборе структурных показателей особое внимание следует уделять таким явлениям как колебание общей численности популяции, изменениям в возрастном и половом составе популяции, изменения репродуктивного цикла, изменения в эмбриональном и постнатальном развитии (Экологический ..., 1978; Семенов и др., 1982). При оценке и прогнозе состояния биоты (экосистем, популяций) важно обращать внимание не только на очевидное изменение в структурных признаках, но и на изменение отдельных биологических реакций (например, продуктивности популяций). Необходимо установить зависимости (корреляционные) между показателями, указывающими, с одной стороны, на интенсивность факторов воздействия, а с другой – на изменение биологических реакций в экосистемах. Для осуществлении эффективного мониторинга загрязнения окружающей среды необходимо хорошее знание гидрометеорологического режима территории, обеспечение представительности всех звеньев биотической составляющей; знание особенностей миграции и аккумуляции исследуемых химических веществзагрязнителей. Именно на основании этой информации определяется оптимальная система наблюдений и отбора проб с использованием уже существующих и развивающихся автоматизированных систем сбора, передачи и обработки данных, привлечением новейшей техники (ядерно-физические и биологические методы, дистанционные методы, включая спутниковые). В общем, в состав гидрометеорологических и геофизических характеристик, подлежащих измерению в пунктах мониторинга, должны входить величины, необходимые для интерпретации данных о концентрации загрязняющих веществ в отдельных средах и 27

для исследования биогеохимических циклов и кругооборота химических веществ. Для обоснования пунктов наблюдений и прогноза последствий загрязнения важное значение имеют фоновые параметры следующих характеристик (Израэль, 1984): - скорость и направление ветра, атмосферное давление и температура воздуха, влажность и количество атмосферных осадков; - интенсивность солнечной радиации (прямой, рассеянной, суммарной), включая ультрафиолетовое излучение; - уровень и расход воды, температура воды, расход взвешенных наносов; - влажность и тепловой баланс почв. Итак, ЭМ является многоцелевой проблемноориентированной информационной системой. Его основные задачи наблюдение за состоянием окружающей среды, оценка и прогноз ее соcтояния, определение степени антропогенного воздействия на окружающую среду, выявление и контроль факторов и источников такого воздействия, а также степени их воздействия на ОС. 1.3. Экологический мониторинг газовой промышленности В 1998 г., по данным Госкомстата России (Государственный доклад..., 1999) сохранилась тенденция снижения валовых выбросов загрязняющих веществ от предприятий газовой промышленности (рисунок 1.3.1, таблица 1.1). Выбросы вредных веществ в атмосферу в отрасли в 1998 г. составили 428,484 тыс. т, или на 5% меньше, чем в 1997 г. Возросли выбросы сернистого ангидрида (на 6,3%), оксидов азота (на 2,4%) и сократились выбросы оксида углерода (на 5,5%), углеводородов (без ЛОС, 9%), ЛОС (на 59,2%). Некоторым предприятиям отрасли в 1998 г. удалось сократить валовые выбросы вредных веществ в атмосферу и не допустить превышения нормативов ПДВ. Уровень экономии воды за счет систем оборотного водоснабжения в отрасли в последние годы остается практически неизменным и одним из самых высоких в промышленности (97%), а объем сброса загрязненных сточных вод в водоемы – наименьшим в промышленности России (рисунок 1.3.2.) (Государственный доклад ..., 1999). 28

Таблица 1.1 – Основные показатели, характеризующие воздействие газовой промышленности на окружающую среду и природные ресурсы Показатель

Ед. изм.

Выброшено вред- тыс. т ных веществ, всего в том числе: твердых веществ жидких и газообразных веществ

Года 1997

1998

в%к 1997

879,8 862,8 707,7 541,8 451,2

428,5

95,0

1993

1994

4,2

тыс. т

875,6 858,8 703,1 537,9 446,4 420,35

94,2

46,7

106,3

46,9

4,6

1996

тыс. т

сернистый ангид- тыс. т рид оксид углерода тыс. т оксиды азота тыс. т углеводороды (без тыс. т ЛОС тыс. т Уловлено и обез- % врежено Использовано во- млн. м3 ды, всего Объем оборотной и млн. м3 повторно используемой воды

4,0

1995

46,6

3,9

47,7

4,7

47,4

8,1

50,9

172,2

247,5 241,4 205,8 200,3 216,26 204,33 94,5 62,4 50,6 27,5 23,8 23,7 24,3 102,4 220,8 206,8 404,1 248,5 145,2 132,1 91,0 135,7 167,7 17,5 16,6 12,6 5,2 40,8 18,9 21,8 27,1 30,5 32,7 35,8 109,5 52,5

47,8

53,7

51,7

46,3

42,4

92

1107,1 957,7 861,1 773,3 762,8

747,8

98

Экономия свежей % воды Водоотведение в млн. м3 поверхностные водоемы, всего

97,0

97,0

97,0

96,0

97,0

96,0

99,0

21,0

22,3

21,7

22,7

23,6

22,2

94

в том числе: загрязненных сточ- млн. м3 ных вод

4,30

5,1

4,5

5,9

2,8

3,4

119

29

Показатель

Ед. изм.

Года 1993

1994

1995

1996

1997

1998

в%к 1997

из них: без очистки млн. м3

1,21

1,03

0,7

0,6

0,1

0,3

310

нормативно чистых млн. м3

0,2

0,2

0,2

0,1

2,5

0,8

32

млн. м3

16,5

17,1

17,0

16,7

18,3

18,1

99

нормативно очищенных

8

6

4

2

0 1991 г.

1992 г.

1993 г.

1994 г.

1995 г.

1996 г.

1997 г.

1998 г.

Рисунок 1.3.1 – Динамика сброса загрязненных сточных вод в поверхностные водные объекты газовой промышленностью, млн.м3.

30

1

2

3

4

5

6

7

Рисунок 1.3.2 – Динамика выбросов загрязняющих веществ в атмосферу газовой промышленностью, тыс. т. В результате производственной и хозяйственной деятельности предприятиями газовой отрасли в 1998 г. использовано, полностью обезврежено, передано другим предприятиям и размещено в местах организованного хранения 130,4 тыс. т промышленных и бытовых отходов всех классов опасности. В 1998 г., по данным Минтопэнерго России, на магистральных газопроводах произошло 26 аварий, на конденсатопроводах и газопроводах-отводах – 16. Очевидно, что дальнейшее, все нарастающее освоение новых месторождений должно осуществляться на основе ресурсосберегающих технологий, минимизирующих воздействие на ОС. В последние годы принят ряд государственных документов, регламентирующих проектирование и строительство объектов нефтегазовой отрасли с учетом требований по охране окружающей среды и экологической безопасности. В 1997 г. вступили в действие новый СНиП 11-02-96 (Инженерные изыскания для строительства) и Свод правил по инженерно-экологическим изысканиям для строительства СП 11102-97. Согласно этим нормативным документам в качестве обязательной технологии обеспечения качества строительства и предупреждения критических ситуаций в состоянии инженерных сооружений и 31

окружающей среды определен комплексный геотехнический и экологический мониторинг, получивший в трудах ряда российских ученых название мониторинг природно-технических систем. Определено, что технологически мониторинг выполняется в составе комплексных инженерных изысканий для строительства с расширением сферы их выполнения путем значительного увеличения удельного веса предпроектных проработок и проведения специальных проектно-изыскательских работ в различные периоды эксплуатации сооружений в целях обоснования мероприятий по обеспечению равновесного состояния природно-технических систем. В научной литературе по проблемам экологического мониторинга предприятий нефтегазовой отрасли приводятся различные представления о методологии и технологии его практической реализации. Многие практические разработки по организации и ведению ЭМ предприятий нефтегазовой отрасли содержательно не стыкуются и технологически различны. Более того, в связи с отсутствием в настоящее время методических руководств и пособий в развитие вышеупомянутых нормативных документов по вопросам мониторинга практическая реализация их положений трудно выполнима. Опыт освоения месторождений углеводородного сырья Западной Сибири позволил выявить типичные изменения природной окружающей среды в результате воздействия нефтегазового производства : А. Геологическая среда. Эндогенные процессы: 1. Изменение режима нефтегазосодержащих пластов: температуры, давления, химического состава флюида, соотношения воданефть-газ, вторичное минералообразование, сульфатпродукция, образование водорода и сероводорода и др. изменения. 2. Межпластовый переток флюидов, влекущий истощение запасов углеводородов, образование новых «техногенных» залежей, перераспределение пластовых давлений и др. 3. Изменение химического состава и режима глубоких водоносных горизонтов 4. Изменение инженерно-геологических Условий месторождения 5. Отток части жидкости и газа из недр на поверхность при тектонической активизации, негерметичности искусственных и др. причины выхода газа, нефти, пластовой воды на поверхность, гри32

фонообразование, карстообразование, образование провалов, загрязнение и засоление грунтовых вод. Б. Геологическая среда. Экзогенные процессы: 1. Эрозия плоскостная 2. Линейная эрозия береговая, русловая, овражная 3. Дефляция 4. Проседание поверхности 5. Образование холмов, насыпей, выемок, карьеров 6. Криогенез 7. Заболачивание, подтопление 8. Осушение 9. Деградация болот В. Атмосферный воздух: 1. Увеличение запыленности атмосферы 2. Образование смогов, масляного тумана 3. Увеличение концентрации в воздухе загрязняющих веществ: метана и его гомологов, легких нефтяных фракций, полициклических ароматических углеводородов (в т.ч. 3,4 бензпирена), окислов серы, сероводорода, окислов азота, окислов углерода, меркаптанов, и других токсичных соединений. Г. Поверхностные и грунтовые воды 1. Загрязнение поверхностных вод и донных отложений: нефтью, сероводором, тяжелыми металлами, другими токсичными соединениями. 2. Эвтрофикация водоемов 3. Образование искусственных озер, стариц, водотоков и водоемов 4. Загрязнение грунтовых вод: нефтью и нефтепродуктами, соленными водами, другими токсичными соединениями. 5. Истощение водоносных горизонтов Д. Почвы 1. Снятие или механическое повреждение плодородного слоя 2. Загрязнение почвы: нефтью и нефтепродуктами, пластовыми водами, солями, продуктами неполного сгорания газа, конденсата, нефти, в т.ч. полициклическими ароматическими углеводородами, токсичными веществами с испарительных площадок, другими токсичными соединениями, радиоактивными веществами. 33

3. Изменение морфологии и физических свойств почвенного профиля: деградация генетического профиля почв, образование насыпных и погребных техногенных горизонтов почв, цементация, отакыривание, гудронизация, оглеение и другие изменения. 4. Изменение физико-химических свойств почв: щелочнокислотных, окислительно-восстановительных, состава поглощенных катионов. 5. Трансформация почвенного биоценоза 6. Изменение продуктивности (плодородия) почв 7. Поступление дополнительных питательных веществ, увеличение плодородия. Ж. Растительность и животный мир 1. Деградация леса: в результате вырубки, в результате химического воздействия 2. Лесные пожары 3. Деградация травянистой и кустарничковой растительности 4. Усиление роста травянистой и кустарничковой растительности, явление гигантизмя 5. Появление вторичных растительных сообществ 6. Накопление в растениях токсичных элементов и соединений 7. Исчезновение и заморы ихтиофауны в реках и водоемах 8. Обеднение видового состав и уменьшение численности птиц и млекопитающих. Наиболее полным документом, утверждающим требованиям к определению исходной фоновой загрязненности компонентов природной среды, проектирование и ведение в систему локального экологического мониторинга в границах лицензионных участков недр разработан для территории Ханты-Мансийского автономного округа (Об утверждении…, 2003). В этом документе подробно рассматриваются методы наблюдения экологического контроля за объектами нефтегазовой области, приводятся перечень загрязняющих веществ, подлежащих обязательному исследования в различных компонентах окружающей природной среды. При бурении нефтяных и газовых скважин наибольшую опасность представляют открытые фонтаны с неконтролируемыми выбросами нефти, газа и газового конденсата и возможным образованием вокруг устья скважин кратеров и котлованов. Ежегодно на нефтегазовых промыслах России возникает от 5 до 13 открытых 34

фонтанов, в частности, в 1992 г. зафиксировано 9 открытых фонтанов. Несмотря на общее снижение аварийности, число открытых фонтанов в 1993 г. осталось на уровне 1992 г. и составило 47 % от всех аварий в отрасли. Ущерб от таких аварий определяют сами предприятия, их допустившие. При этом учитывается липа остаточная стоимость поврежденного оборудования, проката техники, участвующей в ликвидации фонтана, и зарплата участников ликвидации аварии. Потери углеводородного сырья и стоимость необходимой рекультивации и очистки нарушенных земель и акваторий от загрязнения не учитываются. Между тем установлено, что потери газа при подобных авариях в Тюменской области составляют 35,4 млн. м3. Не меньшую опасность создают аварии на магистральных трубопроводах. Во-первых, протяженность трубопроводов в России составляет 200 тыс. км, во-вторых, они 5000 раз пересекают различные водные преграды. За последние пять лет среднегодовое количество аварий, сопровождаемых пожарами, на магистральных трубопроводах составило 182, на промысловых трубопроводах – около 400, из них 60% – на территории Тюменской области. В настоящее время более 40% газопроводов находится в эксплуатации 20 и более лет. Установленный ресурс выработали 17% газопроводов (по протяженности) и еще 18% близки к этому. Основными причинами аварий на магистральных трубопроводах являются: ошибки проектировщиков при размещении и обосновании инженерной защиты сооружений от воздействия опасных природных и техногенных процессов; брак, допущенный при изготовлении оборудования или строительстве трубопроводов; нарушения строительных технологий; коррозионные повреждения стенок труб; механические воздействия на трубопровод технических средств. Таким образом, особое значение при освоении и эксплуатации месторождений углеводородного сырья приобретают вопросы его технической и экологической безопасности, которые обеспечиваются системой производственного экологического мониторинга (ПЭМ). Опыт создания и эксплуатации систем экологического мониторинга показывает, что до 80% затрат на создание и развертывание системы составляет стоимость оборудования измерительных 35

звеньев. Большие затраты связаны со сложностью используемого измерительного оборудования и необходимостью обеспечения его работы по соответствующей технологии. Минимизирование затрат осуществляется при выборе измерительных средств и разработке состава измерительных звеньев, схем их размещения таким образом, чтобы масштабы измерительной сети не приводили к ее чрезмерному удорожанию, и в то же время были достаточными для обеспечения необходимой точности и достоверности оценки экологической обстановки. Достижению оптимального соотношения «Затраты/Результат» функционирования системы ПЭМ предприятия, как показывает опыт, способствуют современные подходы к ее разработке. Во-первых, реализация системы ПЭМ проходит все этапы инвестиционного процесса и включает в себя: - предпроектные исследования, в том числе изучение требований пользователя, государственных надзорных органов, специфики планируемого к реализации объекта (предприятие, трубопровод, карьер и т.д.), геоэкологических особенностей территории размещения объекта, функциональных возможностей используемых программных средств ГИС; - технико-экономическое обоснование, оценку соотношения «Затраты/Прибыль», системное проектирование, включая стадию пилот-проект, разработку системы ПЭМ, ее тестирование на небольшом территориальном фрагменте или тестовом участке, создание опытного образца; - внедрение и эксплуатацию системы ПЭМ. Во-вторых, минимизация расходов достигается разработкой научно обоснованной Концепции системы ПЭМ для каждого конкретного инвестиционного проекта, которая затем ложится в основу рабочего проекта ПЭМ предприятия. Как правило, для создания концепции системы ПЭМ создается междисциплинарный коллектив ученых и специалистов, состав которых определяется в зависимости от специфики проекта. И, наконец, экспертно-консультационное сопровождение процесса реализации системы ПЭМ проекта должно осуществляться на всех этапах ее разработки и функционирования параллельно с сопровождением всего инвестиционного проекта в целом. 36

Контрольные вопросы 1. Понятие «экологический мониторинг» (ЭМ). 2. Нормативно-правовые основы экологического мониторинга. 3. Для чего сформирована в России Единая государственная система экологического мониторинга (ЕГСЭМ). Основные задачи, какие она решает. 4. Основные уровни функционирования ЕГСЭМ. 5. Экологический мониторинг Иркутской области (ИРСЭМ) – подсистема территориального уровня. 6. Основные задачи ИРСЭМ. 7. Теоретические и методические основы ЭМ. 8. Проблемная ориентация Мониторинговой системы 9. Цели и задачи разработки системы ЭМ. 10. Объект ЭМ. Обоснование выбора объекта. 11. Основные методологические положения ЭМ. 12. Составляющие процесса ЭМ. 13. Функциональная структура системы ЭМ. 14. Информационная система ЭМ. 15. Какие выделяются виды ЭМ. 16. Что такое производственный экологический мониторинг (ПЭМ). 17. ПЭМ нефтегазовой промышленности. 18. Наблюдения за изменениями окружающей среды в сфере влияния нефтегазового производства. 19. Основные причины аварий на нефтегазовых промыслах и магистральных трубопроводах. 20. Этапы проектирования проведения ПЭМ нефтегазовой отрасли.

37

2 КОНЦЕПЦИЯ ОРГАНИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА КОВЫКТИНСКОГО ГАЗОКОНДЕНСАТНОГО КОМПЛЕКСА В соответствии Законом РФ «Об охране окружающей среды» (1992), Природоохранным регламентом (1994), Положением о Единой государственной системе экологического мониторинга (1995) производственный экологический контроль источников воздействия нефтегазового комплекса (НГК) и контроль влияния источников воздействия на состояние окружающей среды будет осуществляться службой мониторинга недропользователя в рамках соответствующих базовых и специализированных подсистем ЕГСЭМ. Производственно-экологический мониторинг (ПЭМ) – это система технологически взаимосвязанных мероприятий с применением технических средств, временно или постоянно размещаемых на технических объектах и опасных участках зон их влияния, позволяющих контролировать воздействие объектов предприятия (производства, отрасли) на окружающую среду и развитие опасных природных и техногенно-природных (активизированных или спровоцированных объектом) процессов, способных оказать негативное воздействие на их функционирование. ПЭМ отслеживает ситуацию, как в нормальном технологическом режиме работы предприятия, так и в аварийных ситуациях. С его помощью проверяется правильность проектных решений. 2.1 Нормативно-правовое обоснование, цель и задачи мониторинга Порядок организации ПЭМ регулируется положениями, которые должны быть утверждены предприятием на основе Закона об охране окружающей среды. Основанием для проведения ПЭМ на объектах НГК являются требования СНиП 3.01.06-85 и Положение о мониторинге земель в РФ от 15.07.92 г., № 491, а также ведомственные указания. Производственный экологический мониторинг КГК, согласно Положению (Положение…, 1995) должен осуществляться лабораториями экологической службы нефтегазовых предприятий или иными 38

аккредитованными в установленном порядке лабораториями, работающими по контрактам (договорам). ПЭМ НГК должен осуществляться по разработанным и утвержденным нефтегазовой компанией регламентам, согласованным со специальными уполномоченными государственными органами, с обязательным документированием данных мониторинга. Экологическая служба нефтегазовой компаний должна регулировать порядок функции аналитического контроля в рамках ПЭМ НГК в соответствии с положением, утвержденным предприятием и специальными уполномоченными государственными органами. Информацию, получаемую в процессе ведения ПЭМ НГК, компания обязана представлять в установленные сроки и в установленных объемах уполномоченным государственным органам и органам местного самоуправления (Положение…, 1995). Информация может представляться: - в соответствии с порядком, установленным нормативнометодической документацией по ведению государственной статистической отчетности; - в соответствии с порядком, установленным специально уполномоченными государственными органами по экологическому мониторингу. Предметом экологического мониторинга источников воздействия и их влияния на природную среду является сбор информации о субъектах и объектах воздействия и возникающих при этом эффектах их взаимодействия между собой. Соответственно функционирование систем мониторинга источников воздействия и их влияния должно быть направлено на информационную поддержку предметной области в части экологической оценки воздействия, диагностики и прогнозировании экологической ситуации и управления ею. Основной целью ПЭМ НГК является обеспечение системы управления природоохранной деятельности и экологической безопасности нефтегазовой компании, комитета природных ресурсов по Иркутской области, исполнительных органов государственной власти, населения своевременной, регулярной и достоверной информацией, для: - принятия обоснованных решений по нейтрализации негативных изменений; 39

- разработки и реализации мер по улучшению состояния окружающей природной среды; - обеспечения экологической безопасности; - информационного обеспечения долгосрочного и оперативного управления состоянием окружающей природной среды, в том числе при возникновении чрезвычайных ситуаций. Основные функции системы ПЭМ НГК: - наблюдение за источниками и факторами, воздействующими на окружающую природную среду и зонами их влияния; - наблюдение за состоянием окружающей природной среды, биологических сообществ, здоровья населения в зоне воздействия производственных объектов НГК; - оценка фактического состояния природной среды, биологических сообществ, здоровья населения; - прогноз состояния природных сред, биологических сообществ, здоровья населения и оценка прогнозируемого состояния; - формирование отчётной документации; - разработка природоохранных мероприятий и рекомендаций; - обеспечение информационного сопряжения подсистем ПЭМ КГК; - обеспечения доступа к информации и контроля заинтересованным пользователям, а также сопряжения с государственными информационными системами. Для достижения поставленной цели ПЭМ КГК должны решаться следующие задачи: - получение измерительных данных о техническом состоянии производственных объектов КГК; - получение измерительных данных о выбросах, сбросах и отходах источников воздействия, о воздействии на геологическую среду в зонах влияния объектов КГК; - получение измерительных данных о концентрациях загрязняющих веществ в природных средах, о состоянии биоты и здоровье населения, о геофизических процессах и явлениях, происходящих в геологической среде, окружающей или вмещающей объект КГК;

40

- оценка и анализ экологической ситуации путем сравнения результатов измерений с установленными нормативами и фоновыми значениями; - прогнозирование развития экологической ситуации; - выявление и прогноз отклонения показателей состояния природной среды, биологических сообществ, здоровья населения и причин этих отклонений; - оценка экологических последствия этих отклонений; - определение управляющих решений для предупреждения, ликвидации или уменьшения отклонения экологической ситуации от установленных нормативных и фоновых значений, негативных экологических последствий. Система ПЭМ НГК должна отвечать следующим требованиям: - быть интегрированной с существующими подсистемами ЕГСМ, в том числе ИРСЭМ; - соответствовать нормативно-правовым требованиям и нормативно-методическим стандартам Государственного мониторинга; - строится с учетом достижений современных научнотехнических требований в области измерительной техники и информационной поддержки; - разрабатываться применительно к местным природным условиям; - быть по возможности автоматизированной; - ориентироваться преимущественно на использование российских технологий; - обладать оперативностью, использовать экспресс-методы; - иметь эффективный блок управления, обеспечивающий своевременное принятие решений и обратную связь между субъектами и объектами воздействия. При организации и функционировании системы ПЭМ НГК (рисунок 2.1.1) должно быть предусмотрено требование единства, которое обеспечивается: - общим концептуальным подходом к созданию и обеспечению функционирования системы во всех подразделениях, объектах и территории в сфере влияния КГК; 41

Нормативно-правовая база

Концепция эколоКонцепция гического мониэкологическоторинга

Иерархическая структура

Программа мониторинга

мониторинга

Научнометодическая основа

Геоинформационная система мониторинга

Региональный уровень Субрегиональный уровень

Локальный уровень

Объекты мониторинга

Сеть пунктов мониторинга

Ведение мониторинга

Оценка и прогноз

Управление

Рисунок 2.1.1 – Принципиальная схема производственного экологического мониторинга НГК

42

- общим нормативно-правовым и научно-методическим обеспечением мониторинга; - единством решаемых задач и выполняемых функций, определяемых программой мониторинга; - иерархической соподчиненностью подсистем, блоков и отдельных элементов ПЭМ КГК; - единой технической базой для создания системы и едиными технологическими принципами получения, сбора, передачи, обработки, хранения и распространения информации на основе ГИС; - учетом отраслевых, региональных особенностей, специфики конкретного предприятия, объекта и т.д. 2.2. Основные принципы организации Система ПЭМ НГК должна включать контроль состояния основных компонентов окружающей среды (природа, социально-хозяйственная сфера) и воздействующих на нее производственных объектов на всех этапах освоения и развития КГК (рисунок 2.2.1). I II

III Рисунок 2.2.1 – Операционное поле мониторинга I – объекты мониторинга: производственные объекты КГК, II – природа, III – социально-хозяйственная сфера. 1-3 – исходные данные (нулевой мониторинг): 1 – объектов НГК, 2 – природы, 3 – социально-хозяйственной сферы; 4-6 – данные о состоянии объектов мониторинга в процессе взаимодействия: 4 – НГК и природы, 5 – НГК и социально-хозяйственной сферы, 6 – социально-хозяйственной сферы и природы. 7-данные интегрального состояния природно-технического системы. 43

Соответственно система ПЭМ КГК должна накапливать, систематизировать и анализировать информацию: - о состоянии окружающей среды, об источниках и факторах воздействия; - о причинах наблюдаемых и прогнозируемых изменениях состояния ОС и технических объектов; - о допустимости изменений и нагрузок на ОС и ее элементы (компоненты, экосистемы). Таким образом, система ПЭМ НГК должна ориентироваться на ряд показателей трех общих видов: наблюдения, диагностики и раннего предупреждения (прогноза). Следовательно, система мониторинга должна включать следующие процедуры: - выделение объекта наблюдения и формирование сети пунктов мониторинга; - обследование объекта наблюдения и составление информационной модели объекта наблюдения; - ведение мониторинговых исследований, т.е. планирование и проведение измерений; - оценка состояния объекта наблюдения и идентификация его информационной модели; - прогнозирование изменения состояния объекта наблюдения; - представление информации в удобной для использования форме и доведение ее до потребителя; - управление. Элементы мониторинга в цепи «наблюдение – оценка – прогноз – управление» должны отвечать принципу взаимной дополнительности. Наличие обратной связи придает мониторингу смысл и значение, поскольку позволяет реализовать результаты наблюдения и контроля для управления объектом, процессом или ситуацией. Система управления реализуется через природоохранные мероприятия. Производственный мониторинг контролирует выполнение планов и мероприятий по охране природы, оздоровлению окружающей среды, рациональному использованию и воспроизводству природных ресурсов, соблюдение нормативов качества природной среды, выполнение требований природоохранного законодательства. В мониторинге дается прогнозная оценка последствий воздействия, предлагаются меры по рекультивации и экологической реабилитации 44

нарушенных участков и полос временного отвода земель по окончании работ. ПЭМ НГК должен разрабатываться как иерархическая система, включающая три уровня: субрегиональный, территориальнопроизводственный и локальный (рисунок 2.2.2).

Иерархическая структура мониторинга

Производственная инфраструктура

Территориальное деление

Региональный Нефтегазовый комплекс

Окружающая среда

уровень

Субрегиональный

Блоки НГК

уровень

Административные и хозяйственные образования Лесничества

Локальный Технические объекты

Опасные экологические ситуации

Административные районы Лесхозы

Природные комплексы Компоненты ОС

уровень

Участки землепользования Квартала, выделы

Элементы ОС

Рисунок 2.2.2 – Схема иерархической структуры мониторинга

45

Для каждого уровня производится отбор объектов и контролируемых параметров, а также методов и средств наблюдения, устанавливаются их объемы и периодичность. Соотношение уровней мониторинга проводится в отношении производственной структуры, территориального деления и окружающей среды. В субрегиональном масштабе в задачу мониторинга входит выявление крупных зон экологического неблагополучия, связанных с природными и техногенными чрезвычайными ситуациями. Оперативность, большой площадной охват и достоверность обеспечиваются применением материалов космических съемок. Рассматривается НГК в целом. Привязка осуществляется к административным районам и лесхозам. В субрегиональном масштабе выполняется и фоновый площадной мониторинг. На территориально-производственном уровне мониторинг проводится в отношении блоков НГК. Объектами мониторинга выступают природные и техногенные комплексы, компоненты окружающей среды. Единицами территориального деления выступают муниципальные и хозяйственные образования, лесничества. На локальном уровне исследования осуществляются преимущественно традиционными наземными методами. Они проводятся в отношении конкретных источников техногенного воздействия и элементов окружающей среды. Применяются точечный (импактный) и маршрутный способы наблюдения. Для контроля фоновой экологической ситуации на территории используются крупномасштабные карты и повторные аэрофотоснимки. Территориальная привязка осуществляется к участкам землепользования, лесным кварталам и выделам. Для того, чтобы система мониторинга была эффективной, основное усилие должно быть сосредоточено на тех объектах, которые предполагают значительное воздействие на окружающую среду. В этой связи превентивное регулирование с помощью стандартов, типовых схем и нормативов может оказаться неадекватным. Поэтому, наряду с определением параметров воздействия и их нормированием по стандартным параметрам, проводится оценка значимости прогнозируемых последствий. Под значимостью понимаются социальноэкономические последствия намечаемой деятельности, связанные с воздействием на окружающую среду. 46

Экологическая оценка антропогенного воздействия на ОС предполагает достоверную оценку экологических ситуаций, складывающихся на разных структурных уровнях ОС в разные периоды времени. При этом под экологической ситуацией (обстановкой) понимается непрерывную последовательность состояний окружающей среды, которая отражает совокупность обстоятельств и условий взаимодействия человека (общества, производства и т.п.) и природной среды. Эти обстоятельства взаимодействия всегда определены во времени и локализованы в пространстве. Для достоверного и полного описания экологической ситуации по какому-либо компоненту ОС желательно иметь как можно больше экологической информации. Учитывая, что экологическая оценка представляет собой обобщенную и систематизированную информацию, можно выделить два уровня интеграции экологических данных. Нижний уровень представлен данными по оценке состояния какого-либо компонента ОС -воздушной среды, водных объектов, почвы и т.п. Выбор показателей оценки может быть обусловлен несколькими соображениями. Во-первых, выраженным влиянием данного показателя на экологическую ситуацию (приоритетностью). Вовторых, достаточной методической проработанностью вопросов оценки соответствующих характеристик и, кроме того, наличием унифицированных методик оценки. Вместе с тем, при оценке ряда показателей, главным образом биотических, в силу многообразия живых объектов и форм их взаимодействия с окружающей средой, а также наличием различных уровней организации живых систем, у исследователя имеется значительная свобода в выборе, как методов оценки показателей, так и самих показателей. Например, принято считать, что для достоверной комплексной оценки качества воды водоема необходимо определение класса качества воды не только по гидрохимическим показателям, имеющим нормативную основу, но и по не имеющим нормативов гидробиологическим характеристикам (индексы Вудивисса, Шеннона и др.). Для характеристики экологических условий в водоеме необходимо учитывать наличие и состав макрофитов, состав и поголовье рыбного стада и др. Верхний уровень представлен совокупностью данных по результатам оценки экологического состояния соответствующих компонентов ОС, с выделением тех параметров (факторов), которые 47

имеют важнейшее и определяющее значение для оценки антропогенного воздействия на состояние ОС и ее элементов. При этом каждый влияющий (значимый) параметр экологического состояния имеет количественную характеристику для конкретных условий воздействия (метеорологических, гидрологических, хронологических, биотических и др.). Например, в одном случае на экологическое состояние всей рассматриваемой территории определяющее влияние может оказывать воздушный перенос промышленных газовых выбросов с соответствующим кислотным влиянием на наземные экосистемы и почвы, опосредованным погодными условиями; в другом случае определяющим фактором могут оказаться неорганизованные (залповые) стоки предприятий, создающие загрязнение почвы в пределах, обусловленных рельефом местности и т.д. Особое внимание должно быть уделено решению специфических задач мониторинга нефтегазовой отрасли. В их состав входит экологический и технический контроль за эксплуатацией буровых установок и сопутствующих промышленных объектов: измерение и регистрация показателей вредных и токсичных веществ в стоках, выбросах и сбросах в окружающую среду, сравнение их с ПДК, ПДС и ПДВ, доведенными до предприятия лимитами на природопользование; измерение и регистрация показателей надежности промысловых объектов (осадок, смещений грунтовых оснований конструкций, напряжений в материале труб, всплытий трубопроводов и др.). Действующая в настоящее время система экологического нормирования базируется на системе санитарно-гигиенических и экологических норм. Они не всегда отражают региональные особенности, поэтому их необходимо дифференцировать и адаптировать применительно к местным экологическим условиям – природным, социальным и хозяйственным. Кроме того, нормативы, как правило, касаются отдельных природных сред или загрязняющих веществ, не учитывают их совместное воздействие, кумулятивные и синергетические эффекты. Поэтому целесообразно, чтобы «стратегия нормирования» была дополнена «стратегией допустимого риска». В соответствии с ней для конкретных природнотерриториальных и социально-хозяйственных комплексов могут 48

разрабатываться региональные нормативы допустимого воздействия и связанного с ним оправданного риска. Оценка экологической ситуации в системе ЭМ требует проведения инвентаризационных исследований, т.е. сбора экологической информации по широкому кругу показателей по рассматриваемым (а желательно по всем) компонентам ОС. Кроме того, любая оценка экологического состояния имеет, в качестве необходимой отправной точки, некоторую информацию (банк данных) об экологических ситуациях прошлого. Достаточная глубина ретроспективы, согласованность и унификация выбранных параметров и методов их оценки, позволят не только получить экологическую информацию, но и выбрать те или иные методы прогнозирования экологических ситуаций, т.е. заниматься экологическим мониторингом. Параметр, взятый вне системы измерения, не дает представления о том, что реально означает то или иное отклонение состояния ОС от исходного (нулевого, фонового или нормированного). Дифференциацию спонтанного или техногенного воздействия, аномального или фонового состояния природных систем важно учитывать для установления экологической ответственности за пользование природными ресурсами и эколого-экономические ущербы в отношении участников хозяйственной деятельности. Рассмотренные соображения должны быть учтены при разработке системы мониторинга в части отбора контролируемых параметров воздействия и экологической оценки состояния окружающей среды. В обязательном порядке используются государственные и отраслевые стандарты. Но в том случае, если они вызывают сомнения, не достаточны или отсутствуют, оценка состояния и нормирование проводятся на основе научно-методических разработок, носящих рекомендательный характер. Производственный мониторинг отслеживает ситуацию, как в нормальном технологическом режиме работы предприятия, так и в аварийных ситуациях. С его помощью проверяется правильность проектных решений. Система ПЭМ НГК должна быть открытой. В дальнейшем по мере ввода новых объектов и выявления их влияния на природные среды и компоненты мониторинг будет расширяться. ПЭМ НГК должна взаимодействовать с другими источниками информации, базами данных, средствами их получения и обработки. 49

ПЭМ НГК должен осуществляться так, чтобы он мог включиться в систему государственного мониторинга Российской Федерации, региональные системы мониторинга, в первую очередь Иркутской области, а также системы общественного контроля. Указанные системы мониторинга должны быть законодательно и методически согласованными, действовать во взаимосвязи. Таким образом, основные принципы построения системы производственного экологического мониторинга НГК (рисунок 2.2.3) следующие: - система должна носить комплексный характер, охватывать все компоненты окружающей среды, с которыми взаимодействуют производственно-технические объекты НГК, включать подземные (скважинные), наземные и дистанционные средства наблюдения; - система должна отвечать принципу системности и достаточности, т.е. обеспечивать решение конечной задачи – получение информации, необходимой для контроля как за состоянием окружающей среды, так и технических объектов и принятия управляющих решений; - система должна быть оптимально организована, носить многоуровневый характер и соответствовать структуре управления предприятия; - система должна быть интегрирована в Единую государственную систему экологического мониторинга, иметь тесное информационное взаимодействие с другими системами наблюдений за окружающей средой федерального, регионального и отраслевого уровней; - система должна быть логически согласована с международными стандартами экологически ориентированного управления предприятиями; - система должна быть открытой и с временным опережением сопровождать процесс реализации проекта, т.е. функционировать на различных этапах строительства и эксплуатации газопровода: предстроительном, строительном, эксплуатационном (в штатных и аварийных ситуациях) и ликвидационном.

50

Рисунок 2.2.3 – Модель производственного экологического мониторинга ГКМ

51

2.3 Объекты мониторинга К объектам ПЭМ относятся источники техногенного воздействия и элементы социально-хозяйственного назначения НГК, компоненты окружающей среды. В отношении производственной и социально-хозяйственной инфраструктуры НГК объектами мониторинга источников воздействия на разных уровнях выступают блоки, группы и элементы технических объектов НГК и их техническая безопасность. В качестве факторов воздействия объектами мониторинга являются выбросы, сбросы, изъятия природных ресурсов, геофизические и геохимические нарушения состояния ОС, отходы, воздействие шума, электромагнитного и теплового излучения, радиоволн. Объектами мониторинга в отношении окружающей среды служат различные компоненты природы, хозяйства и населения. К природным компонентам относятся: атмосферный воздух, поверхностные воды, геологическая среда, в том числе и подземные воды, почвы, растительность, животный мир. Одновременно с мониторингом состояния природных компонентов окружающей среды должен осуществляться мониторинг состояния природных ресурсов, включающий: - мониторинг водных ресурсов (поверхностных и подземных вод), их оценку. - мониторинг земельных ресурсов осуществляемый как землепользователями (лесо, охото- и недропользователями), так и государственными землеустроительными органами, земельным комитетом района; - мониторинг минерально-сырьевых ресурсов, осуществляемый в отношении углеводородного сырья (природного газа и конденсата) на различных стадиях освоения месторождения; - мониторинг биологических ресурсов, включая мониторинг промысловых видов животных, ценных промысловых рыб, ценных и редких растений, лесов. В качестве элементов ОС как объекты мониторинга должны рассматриваться функциональные зоны, т.е. нормативные защитные зоны природных и техногенных объектов, попадающих в зону воздействия НГК. В частности, это зеленая зона поселков, водоохранная зона, нерестовая зона, зона санитарной защиты водозаборов, 52

орехопромысловая зона, зоны защиты линейных сооружений, защитные зоны спецобъектов МО, МЧС, МВД и других ведомств. Выбор объектов мониторинга осуществляется исходя из целей и задач, уровня организации, принятых проектных решений, характеристик источников и факторов воздействия и зон их влияния, географического положения территории, особенностей компонентов ОС и их экологического состояния, политики природопользования и нормативно-правовой базы (рисунок 2.3.1). При выборе объектов и пунктов мониторинга должна соблюдаться репрезентативность наблюдения-представительность выбранной части какихлибо наблюдений данного объекта по отношению ко всей совокупности наблюдений, из которых сделана выборка. Приоритеты в выборе объектов и пунктов наблюдения определяются исходя из величины воздействия и его последствий. При этом учитывается не только степень нарушенности, отклонение от нормы, но и экологическая и социально-хозяйственная оценка значимости того либо иного компонента окружающей среды. Компоненты окружающей среды (природа, население, хозяйство) также рассматриваются в качестве источников воздействия друг на друга и объекты НГК. Такой подход связывается с представлениями о мере – функциональные зоны – нормативные защитные зоны природных и техногенных объектов, попадающих в зону воздействия КГК (зеленая зона поселков, водоохранная зона, нерестовая зона, зона санитарной защиты водозаборов, орехопромысловая зона, зоны защиты линейных сооружений, защитные зоны спецобъектов МВД и других ведомств и т.д.) экологической опасности и степени обоснованности риска хозяйственной деятельности. Значимые воздействия должны выявляться на всех этапах освоения и развития НГК на основе анализа характеристик источников воздействия, оценки современного и прогнозируемого состояния компонентов окружающей среды и экологической ситуации, величины отклонения их показателей. В качестве приоритетных объектов мониторинга выделяются те компоненты и элементы ОС, на которые существующее или планируемое воздействие НГК оказывает или может оказать наиболее значимое влияние.

53

Объекты мониторинга

Производственная инфраструктура

Окружающая среда

Фоновая зона Буферная зона Санитарно-защитная зона

Природа Население

Промышленная зона

Блоки объектов

Хозяйство

Рабочая зона

Группы объектов

Функциональные зоны*

Отдельные объекты

Зоны экологического контроля

Фактическое воздействие

Нормативнорасчетные параметры ОС

Нормативно-расчетное воздействие на ОС

Вид воздействия

Фактор воздействия

Характеристики состояния компонентов ОС

Режим воздействия

Степень изменений

Величина воздействия

Параметры современного состояния ОС

Вид изменений

Структура Процессы Устойчивость

Временный

Обратимые

Постоянный

Необратимые

Рисунок 2.3.1 – Логическая схема обоснования объектов мониторинга 54

2.4 Формирование сети пунктов наблюдения Создание сети наблюдения и разработка принципов процедуры ведения мониторинга является важным этапом мониторинга, на котором с учетом поставленных задач и имеющегося опыта функционирования систем мониторинга определяются основные структурные подразделения сети наблюдений, в том числе территориальные и локальные, с указанием их назначения. При разработке сети пунктов мониторинга необходимо предусмотреть меры по соблюдению оптимального соотношения между видами наблюдательных сетей. Наблюдения подразделяются на: стационарные – проводятся на пунктах, действующих длительное время по определенной относительно неизменной программе; территориальные краткосрочные обследования для выявления пространственных аспектов загрязнения; интенсивные локальные наблюдения в местах с наибольшей вероятностью и опасностью загрязнения и других негативных последствий воздействия. При этом необходимо решить вопрос о целесообразности и масштабах использования автоматизированных, дистанционных и других подсистем мониторинга. Пространственные аспекты мониторинга, включая выбор мест расположения пунктов контроля, определяются в зависимости от важности объекта и его состояния, экологической ситуации, предусмотренной проектом производственной и социально-хозяйственной инфраструктуры, особенностей зонирования территории (зоны влияния источников воздействия, зона вне влияния источников воздействия – фон). Особое значение для обоснования сети мониторинга придается учету географических условий, конкретных местных и региональных факторов, их взаимному влиянию и взаимодействию. С учетом сказанного принята следующая схема формирования пространственной структуры сети экологического мониторинга (рисунок 2.4.1). Все пункты и маршруты наблюдения должны быть ординированны относительно производственных объектов МГК. Экологический контроль осуществляется в следующих зонах: рабочей, промышленной, санитарно-защитной, буферной и фоновой. В таблица 2.4.1 приведены экологические нормативы для Ковыктинского газового комплекса. При размещении пунктов наблюдения учитывается взаимное расположение зон экологического контроля Ковыктинского газового ком55

плекса, а также защитных и охранных зон природных и социальнохозяйственных объектов, попадающих в сферу влияния комплекса. Например, водоохранной, нерестовой, орехопромысловой и других зон. Заключительное решение о местоположении пункта наблюдения принимается с учетом свойств окружающей среды, применяемых методов, требуемых периодичности и точности измерения, приборно-аппаратурной базы, технико-экономических возможностей. Привязка пунктов наблюдения к местности осуществляется как в координатной сети топографических карт, так и в системе землеустройства. Для определения требований к получаемой информации по качеству окружающей среды необходима детализация и взаимоувязка поставленных перед мониторингом задач. Важную роль при этом играет формулирование четкого представления о требуемом качестве окружающей среды и способах его оценки. На основании четко сформулированных задач, а также с учетом ранее накопленных данных о состоянии окружающей среды, определяются требования к информации, включая тип, форму и сроки ее предоставления потребителям, а также пригодность для управления охранной природы и природопользованием. Особое значение придается выбору основных статистических методов обработки данных, так как от них в значительной мере зависят частота и сроки наблюдения, а также требования к точности получаемых значений. Таблица 2.4.1 – Промышленные и санитарно-защитные зоны предприятий, сооружений и объектов КГК Производства Санитарный Размеры про- Размеры саникласс 1) мышленных тарно-защитных зон2), м зон, м Промплощадка

IV

100

Промбаза

IV

100

I

2000

V

100-1503)

Завод по переработке конденсата Магистральный конденсатопровод

56

Производства

Санитарный Размеры про- Размеры саникласс 1) мышленных тарно-защитных зон2), м зон, м

Кустовые скважины

I

2000

Компрессорные станции Магистральный га зопровод

V

75 – 5004)

V

25-1255)

Примечания: 1)согласно СанПиН 2.2.1/2.1.1.567-96; 2)согласно техпроекту; при диаметре труб до 150 мм: 100 м – дачные поселки, сельскохозяйственные угодья, 150 м – города и населенных пунктов;4) при диаметре труб до 300 мм: 75 м – малоэтажные здания, 250 м – водопроводные сооружения, -500 м – города и поселки;5) при диаметре труб свыше 300 мм: 25 м – реки, водоемы, водозаборные сооружения, 100м- отдельные малоэтажные здания, сельскохозяйственные поля и пастбища, полевые станы, 125 м – города и населенные пункты, коллективные сады и дачные поселки, тепличные комбинаты, отдельные общественные здания с массовыми скоплениями людей.

57

Рисунок 2.4.1 – Общая схема КГК 58

2. 5 Ведение мониторинга Процедура ведения мониторинга определяется следующими характеристиками: периодичность (частота) и сроки наблюдений, методы и средства наблюдений, нормативно-правовая база (рисунок 2.5.1). Для организации и ведения мониторинга недропользователь обязан определять порядок удостоверения и поддержания технической компетентности лабораторий экологической службы в части обеспечения экологического мониторинга руководящими документами: «Система аккредитации аналитической лаборатории (центров)» Госстандарт России, 1993 г., « Аттестация специлизированных инспекций аналитического контроля министерства охраны окружающей среды и природных ресурсов РФ и аккредитация аналитических лабораторий» Москва, 1994; и др. Кроме того, необходимо разработать, согласовать со всеми заинтересованными участниками и утвердить характер (формы) представления данных наблюдений (измерений). Для мониторинга за состоянием воды, воздуха и других природных компонентов необходимы специальная аппаратура, техника, лабораторное оборудование и др. Требуется освоение новых методик выполнения анализов, методов автоматизации обработки результатов измерений. Сведения о процедурах сбора, обработки и интерпретации полученных данных, в соответствии требованиями ГИС-технологий, должны быть представлены в формы реляционных таблиц. Особое внимание следует уделять контролю изымаемых ресурсов по всем природным и социально-хозяйственным компонентам. Необходима разработка унифицированной системы подготовки информации для электронной обработки, средств и методов ее хранения. По своему характеру это также отдельная программа различных видов работ, выполняемых для поддержки мониторинга. Следует продумать способы рационального использования аппаратуры, преодолевающие ведомственный подход, обосновать и внедрить унифицированную систему получения данных, создать необходимую лабораторную базу. Нужна организация станций и связи для оперативного обеспечения экологической информацией, необходимой всем блокам системы. Выполнение этих условий является залогом успешной реализации всего замысла системы поддержки принятия решений. 59

Объекты производственной инфраструктуры КГК

Блоки технических объектов

Отдельные технические объекты Природа

Хозяйство

Население

Орехопромысловая зона

Защитных лесов лиДругие охранные и защитные зоны

Рабочая зона

Объект мониторинга

Промышленная Пункт мониторинга Санитарная зоСеть мониторинга Территориальное положе-

В системе землеустройства В системе лесоустройства

Административный район

Лесхоз

Административные, хозяйственные территориальные образования Участки землепользования. Категория, вид земель

Лесничество Квартал Выдел

Рисунок 2.5.1 Логическая схема принципов формирования сети пунктов мониторинг

60

Зоны экологического контроля

Нерестовая зона

природных и социальных объектов

Водоохранная зона

Охрана и защитные зоны

Окружающая среда

2.6 Оценка и прогноз. Планирование и управление Данные, получаемые системой ПЭМ НГК, а также из других источников информации, являются основой для оценки воздействия, прогноза, планирования и управления состоянием окружающей среды в зоне воздействия НГК, поддержания технической и экологической безопасности. Оценка воздействия техногенных и природных факторов заключается в определении параметров их влияния на окружающую природную среду, население и хозяйство. Оценка отклонений их показателей проводится посредством сравнения фактических показателей их состояния с нормативными. Прогнозирование представляет собой научно-обоснованное предсказание качества экологически обусловленных изменений природных, техногенных и социально-хозяйственных показателей окружающей среды. Планирование заключается в разработке программы организации отраслевого экологического мониторинга и проведения природоохранных мероприятий. Управление включает разработку рекомендаций, принятие решений и осуществление определенных действий, направленных на выполнение проектных задач. Мониторинг является информационной системой. Указанные операции относятся к предметной области осуществления Ковыктинского газового проекта, что не входит в непосредственную задачу мониторинга. Однако он обеспечивает информационную поддержку и контроль прогнозно-оценочных и управленческих решений, а также сбор относящихся к ним данных. Управление состоянием окружающей среды и регулирование возникающих при взаимодействии природы и общества экологоэкономических отношений носит название экологического менеджмента. Он может эффективно и оперативно осуществляться при наличии постоянно действующей системы сбора, обработки и поступления информации о состоянии окружающей среды, о воздействии на нее природных и техногенных процессов, и тех изменениях, которые происходят в результате управленческих решений. Поэтому управление рассматривается как наиболее важная и завершающая часть экологического мониторинга. В его составе блок управления обеспечивает контроль за организацией и проведением наблюдений, 61

сбором и обработкой информации обо всех этапах осуществления проекта. В задачу управления также входит проверка и корректировка принятых решений. Задачи управления ПЭМ НГК подразделяются на две группы: основные и обеспечивающие. Основные задачи связаны с основным информационным производством, которое занимается получением экологических данных, их анализом и предоставлением потребителям экологической информационной продукции. Обеспечивающие задачи мониторинга направлены на решение вопросов создания, развития и поддержания регулярной (штатной) эксплуатации ПЭМ НГК. Управление в системе ПЭМ может быть жестким и мягким, прямым и косвенным. Оно может осуществляться при помощи технических, технологических, экономических, проектных, нормативно-правовых и других мероприятий. Контрольные вопросы 1. Нормативно-правовая база, требования к ПЭМ нефтегазового комплекса. 2. Цели и задачи ПЭМ нефтегазового комплекса (ПЭМ НГК). 3. Требования к организации ПЭМ НГК. 4. Принципиальная схема организации ПЭМ НГК. 5. Иерархическая структура ПЭМ НГК. 6. Особенности ведения мониторинга на различных иерархических уровнях. 7. Модель ПЭМ НГК. 8. Объекты мониторинга. Логическая схема их обоснования. 9. Обоснование сети пунктов наблюдения. 10. Проведение мониторинга. 11. Принятие решений на основе мониторинговой информации.

62

3 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ В КОНТРОЛЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НЕФТЬЮ И НЕФТЕПРОДУКТАМИ 3.1 Нормирование загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами Попадание нефти и ее компонентов в окружающую среду, будь то воздух, вода или почва, вызывает изменение их физических, химических, биологических свойств и характеристик, нарушая протекание естественных биохимических процессов. В ходе трансформации углеводороды нефти способны образовывать токсические соединения, обладающие опасными для здоровья человека свойствами, в том числе и канцерогенными, которые характеризуются стойкостью к микробиологическому расщеплению. Сложность проблемы заключается не только в ее масштабах, но и в разработке критериев и методов борьбы с этим сложным и непостоянным по своему составу загрязнением. Что же такое нефть и ее производные – нефтепродукты? Нефть, как известно, горючее ископаемое, сложная смесь углеводородов (парафиновых, нафтеновых и в меньшей степени ароматических) с другими органическими соединениями (кислородными, сернистыми и азотистыми). Содержание углерода в нефтях колеблется в пределах 82-87 %, водорода – 11-14 %, серы – 0,1-5 %, а содержание азота и кислорода не превышает десятых долей процента. К кислородным соединениям нефти относятся нафтеновые кислоты, фенолы, асфальто-смолистые вещества. Сернистые соединения содержатся в нефтях главным образом в виде сероводорода, меркаптанов, сульфидов, дисульфидов, тиофенов и тиофанов, азотистые соединения – в виде гомологов пиридина, пиперидина, гидрохинолина. Кроме того, в нефти после ее озоления обнаружено свыше 20 различных элементов (Ca, Fe, Si, Zn, Cu, Al, Mg, Ni, V, Na, Sn, Ti, Mn, Sr, Pb, Co, Ag, Ba, Be, Cr и др.), содержание которых (в перерасчете на нефть) находится в пределах 5х10-6 – 1х10-3 % (Петров, Тюлягин и др, 1999). В результате переработки нефти получают нефтепродукты (НП) – смеси углеводородов и некоторых их производных: топ63

лива (реактивное и газотурбинное топливо, бензины, лигроины, керосины, дизельное топливо, мазут и другое горючее), масла, твердые углеводороды (парафины, церезины и озокериты), битумы, кокс нефтяной, сажу, различные продукты пиролиза нефти (бензол, толуол, ксилол и другие соединения), мылонафты, асидолы, деэмульгаторы, хлорпарафин и др. Предельно допустимые концентрации нефтяных загрязнений в различных объектах окружающей среды зависят от вида нефтепродуктов или назначения воды и составляет: для воды – от 0,001 (фенол) до 3 мг/л. Принятое суммарное содержание нефтепродуктов в соответствии с ОСТ 38.01378-85 – 0,05 мг/л; для почвы – 0,1 мг/кг. Однако ПДК суммарного содержания нефтепродуктов в почве не стандартизировано; установлены ПДК для некоторых видов нефтепродуктов: бензол – 0,3 мг/кг; толуол – 0,3 мг/кг; ксилол – 0,3 мг/кг; для воздуха – 0,05 – 5 мг/м3. Разлитые нефтепродукты обычно существуют в четко различимых формах: свободной – разлитые НП плавают на поверхности открытых водоемов либо, просачиваясь через грунт, образуют на поверхности подземных водоносных горизонтах так называемые линзы (погребенная форма или техногенные месторождения НП); растворенной – НП растворимы в поверхностных или подземных водах; адсорбированной – НП связаны с почвогрунами; испаренной – НП, испаряющиеся с поверхности воды или почвы, а также их пары, мигрирующие в атмосферу через почвогрунты либо защемленные в их поровом пространстве. Многообразие нефтепродуктов заключает в себе сложность проблемы их мониторинга: каждый из продуктов, имея собственный обусловленный химический сосостав, обладает индивидуальной растворимостью и биодеградацией. Для нефтей, например, растворимость составляет 10 – 50 мг/л, для бензинов – 9 – 505 мг/л, для керосинов – 23 – 5 мг/л, для дизельных топлив – 8 – 22 мг/л. Увеличение растворимости наблюдается в ряду: ароматические > циклопарафиновые > парафиновые, а скорость биодеградации возрастает в ряду: н-алканы > разветвленные алканы > 64

ароматические углеводороды > циклопарафины. Поэтому необходимо разрабатывать специфические методики контроля для каждого отдельно взятого загрязнителя. Выработка методологии борьбы с загрязнением окружающей среды нефтью и НП крайне сложное дело, поскольку реакция почвы, например, далеко не одинакова с реакцией воздуха или воды. Даже реакция почв на загрязнение нефтью и НП, их чувствительность к этим загрязнителям отличаются в разных почвенных зонах, а также в пределах сопряженных ландшафтов. В случае с водой проблема заключается в том, что нефтяные загрязнения в природных водах имеют тенденцию к рассеиванию и миграции. Различие наблюдается и в поведении объектов водной среды: поверхностных, подземных водах и почвогрунтах. Так, например, в поверхностных водах состав НП под влиянием испарения и интенсивного протекания химического и биологического разложения претерпевает за короткий срок быстрые изменения, а в подземных водах, наоборот, процессы разрушения заторможены. Минимальный уровень содержания НП в почвах и грунтах, выше которого наступает ухудшение качества природной среды, рассматривается как верхний безопасный уровень концентрации (ВБУК) (Пиковский, 1993). ВБУК НП в почвах зависит от сочетания многих факторов, таких как тип, состав и свойства почв и грунтов, климатические условия, состав нефтепродуктов, тип растительности, тип землепользования и др. Эти нормы должны различаться в зависимости от климатических условий и типов почвообразования. Верхний безопасный уровень концентрации НП в почвах можно принять за ориентировочный уровень допустимой концентрации (ОДК) в почвах. Ориентировочным допустимым уровнем загрязнения почвы НП предлагается считать нижний допустимый уровень загрязнения, при котором в данных природных условиях почва в течение одного года восстановит свою продуктивность, а негативные последствия для почвенного биоценоза могут быть самопроизвольно ликвидированы. Такая оценка ОДК как общесанитарного показателя может быть дана для верхнего, гумусово-аккумулятивного горизонта почв (примерно до глубины 20 – 30 см). 65

Вполне очевидно, что ОДК нефти и НП в почве не может быть единым для всех типов почв и природных зон. Он зависит от факторов, определяющих влияние вещества на свойства почв и растений, от потенциала самоочищения почв, от данного вида загрязнения. Главные из таких факторов – химический состав загрязняющего вещества, свойства и состав почв, физикогеографические (главным образом, климатические) условия данной территории (Пиковский, 2003). Для установления ОДК по общесанитарному показателю рекомендуется различать НП легкого состава (бензин, керосин, дизельное топливо, конденсат) и тяжелые нефтепродукты (нефть с плотностью выше 0,8, мазут, смазочные масла, битумы). Эти две группы НП по-разному влияют на самоочищение почв и требуют разного методического подхода к их определению в почвах. ОДК для тяжелых НП должны быть ниже, чем для легких. Как показывают экспериментальные данные, большая часть легких фракций НП (40 – 70 %) разлагается, испаряется и рассеивается уже в первые недели и месяцы пребывания в почве. В обзоре МакДжилла (McGill, 1977) приводятся данные исследователей из разных стран по установлению безопасных пределов содержания нефти и НП в почвах. Эти оценки существенно расходятся по причине резко различных климатических и почвенных условий тех районов, где проводились эксперименты. На основе обобщения мирового опыта и данных экспериментов МакДжиллом составлена таблица ориентировочных нормативов содержания НП в почвах, подлежащих рекультивации (таблица 3.1). Таблица 3.1 – Относительная степень нарушенности почв,содержащих различные количества нефти Степень нарушенности Содержание нефти в почве, мг/кг сухой почвы От легкой до умеренной: в от5000 – 20000 сутствие каких-либо специальных мер отмечается некоторое временное ослабление роста растительности От умеренной до высокой: нор20000 – 50000 66

Степень нарушенности

Содержание нефти в почве, мг/кг сухой почвы

мально развиваться способны лишь некоторые виды растений; восстановление почв возможно в течение трех лет; без рекультивации восстановление потребует в 2-3 раза больше времени От высокой до очень высокой: нефть фронтально пропитывает почву на глубину 10 см; лишь немногие растения выживают; при рациональной рекультивации восстановление почвы займет 20 и более лет

Свыше 50000

3.2 Методы контроля Мониторинг нефтяных загрязнений в окружающей среде является одной из наиболее сложных задач. Обеспечение надежного экономического контроля невозможно без разработки и применения современных измерений (ГОСТ 8 010-90; ГОСТ 08 563-96). В таблице 3.2 приведены методики контроля нефтяных загрязнений в различных объектах окружающей среды. Таблица 3.2 – Методы контроля нефтяных загрязнений в различных объектах окружающей среды (Энциклопедия…, 1998) Объекты анализа

Метод измерения

Питьевые, поверхностные, подземные Питьевые

ФЛ

Спектрофотометрический метод с

ОпредеДиапаГраница ляемый зон из- погрешнокомпо- мерения, сти 3 нент мг/дм (р= 0,95) Вода 0,005 – НП ± 65 % 0,1 (массо± 50 % вая кон- 0,1 – 0,5 ± 25 % центра- 0,5 – 50 ция) Нелету0,05 – ± 50% чий НП 0,1 ± 40% 0,1 – 0,5 67

Наименование метода МУК 4.1.068-96

ЦВ 1.02.1В94“А”

Объекты анализа

Природные, сточные

Метод измерения применением КХ ИКС

Природные, питьевые, сточные

ФЛ

Природные, очищенные, сточные

КХ КХ с гравитометрическим окончанием

Граница Диапазон из- погрешности мерения, 3 (р= 0,95) мг/дм

Определяемый компонент

МВИ НП (массовая концентрация)

0,05 – 0,10 0,10 – 1,0 1,0 – 25 25 – 50 0,005 – 0,10 0,10 – 0,50 0,50 – 50 0,02 – 2

То же

То же

Питьевые, природные Питьевые, природные, сточные Морские

± 0,68% ± 0,24% ± 0,10%

ПНД 14.1:2.5-95

± 65%

ПНД Ф 14.1:2:4.35 -95

± 50% ± 25%

± (0009+0,2

0)% 0,3 – 0,9 0,9 0,3 – 0,5 0,5 – 30 0,04 – 2,0

ИК Сточные

Наименование метода

1 – 50 50 – 100 0,25 – 12,5 12,5 – 10 0,02 – 0,4

± 50% ± 25% ± 50% ± 25% ± 10% ± (0,01+0,1

9)%

Гравитометрический

НП

ГХ

НП

ГХ и ИКС окончанием

НП

0,05 – 0,1 0,1 – 0,5

± 50% ± 40%

ИК

НП

0,1 – 1,0

± 20%

68

ПНД Ф 14.1:2.6296 ПНД Ф 14.1:2.11697

-

± 50%

РД 52.24.4769 55 МУ ЦВ 2.02.12-91 “А” МВИ ЦВ 1.12.31-96 “А”МВИ ЦВ 3.22.07-96 “А” МВИ РД 52.1024392

Объекты анализа

Метод измерения

Почвы, донные отложения Почвы, донные отложения, воды Воздух

ИК

Определяемый компонент НП

ИК

НП

ГХ

Граница Диапазон из- погрешности мерения, 3 (р= 0,95) мг/дм 20 – 90 ± 21% -1 млн 90 – 950 ± 7% -1 мин -4 ± 5Х10 %

2,0 – УВ ком95,0 поненты нефти в объем. % смеси с воздухом

± 25%

Наименование метода РД 52.18.МУ. МВИ -

ПНД Ф 13.1:3.1-96

Примечание: ФЛ – флуориметрия; КХ – колоночная хромотография; ГХ – газовая хромотография; ИКС – инфракрасная спектрометрия; ИК-инфракрасная фотометрия Наибольшее распространение при количественных оценках уровня нефтяных загрязнении получили методы инфракрасной спектрофотометрии, ультрафиолетовой люминесценции, газовой и газожидкостной хроматографии. Методы инфракрасной спектрофотометрии и ГЖХ используются также для идентификации типов нефтей в технологических целях (при переработке) и в целях обнаружения источника загрязнения для предъявления исков причинителю экологического вреда (Инструкция…, 1994). 3.2.1 ИК-спектрофотометрия Все органические вещества имеют в инфракрасном диапазоне свои индивидуальные спектры поглощения Положение полос поглощения в ИК-спектрах веществ характеризуется волновым числом v, см-1, или длиной волны λ , мкм (Митчелл и др., 1980). Для ИК-анализа углеводородов используют диапазон от 0,7 до 25 мкм, который обычно разделяют на три области: ближ69

нюю — 0,7 – 2,5 мкм или 14300-5000 см-1, область основных частот — 2,5-6 мкм или 4000-1600 см-1, дальнюю — 6-25 мкм или 1600 – 400 см-1. Ближняя ИК-область аналитических определений в технологических и экологических целях в нашей стране в отличие от многих развитых стран практически не осваивается. Наиболее широко используется область основных частот. Нормативные документы по анализу суммарных загрязнений окружающей среды нефтепродуктами с ИК спектрометрическим окончанием регламентируют проведение измерений в интервале длин волн 3,30 – 3,5 мкм. Стандартная смесь, содержащая 37,5% изооктана, 37,5% метана, 25% бензола, предназначена для калибровки приборов в этой области. Это обеспечивается рядом причин особенностью приборной базы (достаточно чувствительные и дешевые приемные устройства — фоторезисторы без охлаждения или пироэлектрические приемники, кварцевая оптика, простые оптические схемы); наличием интенсивных полос поглощения 2960 см-1 (3,38 мкм), 2924 см-1 (3,42 мкм), 2850 см-1 (3,5 мкм). Дальняя ИК-область используется в основном для идентификации источника загрязнения (Инструкция…, 1994), а также для определения типов нефтей (Проскуряков, 1995) по показателю ароматизированности и для структурно-группового анализа. Пробоподготовка для ИК-детектирования не вызывает сложностей Анализ с помощью ИК-спектрометрии требует малого количества вещества любой молекулярной массы в любом агрегатном состоянии. После анализа вещество сохраняется неизменным (Богомолов и др., 1984). Что касается приборов для ИКспектроскопии, принципиально новым шагом явилось создание лабораторных ИК-спектрометров на основе Фурьепреобразования (таблица 3.1.1.1). Следует заметить, что большинство отечественных и зарубежных портативных ИКанализаторов нефтепродуктов проводят измерение концентраций нефтяных загрязнений на одной длине волны (таблица 3.1.1.1). Из этого ряда следует выделить прибор ИКАН-1, в котором предусмотрена возможность установки любой длины волны в диапазоне от 1,85 до 3,5 мкм с индикацией ее значения на цифровом табло. Это дает принципиально новую возможность проводить анализ многокомпонентных смесей на нескольких длинах волн, 70

что позволяет реализовать измерения по стандартной методике ASTM (ISO). Кроме того, с помощью этого прибора возможно определение других органических веществ. Таблица 3.1.1.1 – Основные технические характеристики ИКприборов, хроомтографов, флуориметров (Энциклопедия…, 1998; Овчаренко и др., 1996) Прибор

Среда

Диапазон

Рабочая Погрешдлина ность, % волны о λ ,мкм/t, С

ИК-приборы ИКАН-1 Природные, 0,05 – 1000 1,85 – 3,5 сточные воды мг/дм3 КН-2 То же 0,05-5- мг/дм3 3,39 3 ИКС-Фурье ФСЛ- Вода, воздух, 0,4 мг/дм 2,5 – 22,2 05 (лаб.) почва ИКС-Фурье ФСМВоздух 2,5 – 22,2; 001 1,1 рНОХ500 (фирма Пресные, Нижний преELE Int.) морские, дел обнаружесточные воды ния толщины пленки 0,1 мкм Хроматографы Колион-1 Воздух 0,5 – 2000 (-10)-45 оС мг/м3 Периан-1 То же До 300 мг/м3 50-100 оС Хромет 1020 То же 2х10-12 г (по До 400 оС бензолу) Эхо То же До 0,1 ПДК (по бензолу ПИД, ФИД) Флуориметры Флюорат 411 Технические 0,05 мг/л 0 – 45 оС очищенные воды Флюорат-02, 02М, Вода, воздух 0,01 – 10 мг/л 0,2 – 0,65 03 НП 71

>2 2-3 > 0,1

±

> 0,1 -

-

-

>3

Прибор

Флюорат-02

Среда

Диапазон

0,001 мг/л СПАВ 0,00001 мг/л ПАУ Почва, грунт 0,005 – 20 мг/г

Рабочая Погрешдлина ность, % волны о λ ,мкм/t, С

-

± 35-45

3.2.2 Люминесцентные методы Люминесцентный методы характеризуются высокой экспрессностью и чувствительностью, что позволяет их использовать для систематического контроля за состоянием биосферы и гидросферы и для определения микроэлементов, а также суммарного содержания загрязняющих органических веществ и индивидуальных органических соединений (таблица 3.1.1). Люминесцентный метод относят к числу наиболее чувствительных эмиссионных методов определения следовых количеств органических и неорганических примесей в воздухе Люминесцентный анализ применяют при определении в воздухе полиароматических углеводородов и их производных. Если определяемое соединение не обнаруживается люминесцентным методом анализа, возможен перевод его в производное, обладающее эмиссией флуоресценции. Для количественного анализа используют также явление тушения люминесценции. Приборы для люминесцентного анализа (таблица 3.1.1.1) могут быть разделены на две группы, флуориметры и спектрофлуориметры. Во флуориметрах используют светофильтры, а в спектрофлуориметрах — дифракционные решетки. В нашей стране наибольшее распространение получил люминесцентнофотометрический анализатор «Флюорат-0,2» В этом приборе источником возбуждения люминесценции служит газоразрядная лампа (для измерения нефтепродуктов — ксеноновая). Спектральная селекция осуществляется интерференционными и стеклянными светофильтрами или монохроматором — дифракционной решеткой. В качестве приемника возбуждаемого света люминесценции служит фотоэлектронный умножитель (ФЭУ). Про72

боподготовка при анализе НП в воде проводится экстракцией гексаном. Основные технические характеристики прибора приведены в таблице 3.1.1.1. Прибор позволяет измерять содержание целого ряда элементов и органических веществ, в том числе нефтепродуктов, фенолов, ПАВ, полиароматических углеводородов (например, 3,4-бензпирен определяют с помощью криоприставки, разработанной фирмой «Люмэкс»). Несмотря на высокую чувствительность люминесцентного метода, при использовании приборов типа «Флюорат-0,2» для измерения суммарного содержания НП возникает проблема калибровки прибора по стандартному раствору, что необходимо для получения достоверных измерений. Однако до настоящего времени такой стандартный раствор для люминесцентных методов отсутствует (Люминесцентные методы…, 1996). Стандартный раствор изооктан — цетан — бензол, используемый для ИК-спектрометрии, изготавливается на четыреххлористом углероде, который поглощает в рабочей области флуориметра, поэтому калибровку проводят по какому-либо известному НП, например маслу Т-22 (Люминесцентные методы…, 1996). В результате при измерениях «тяжелых» НП (мазут и прочее) прибор может дать погрешность до 40 – 50%, а при определении «легких» НП (бензин и прочее) результаты измерений концентрации могут быть занижены в несколько раз. Следует отметить, что в европейских странах ультрафиолетовые методы анализа применяются мало (Берне и др., 1997). К настоящему времени создано множество методик и приборов для экологического мониторинга нефтей и нефтепродуктов. Однако с точки зрения экологии нельзя считать закрытым вопрос о разработке наиболее оптимальных методов определения и идентификации нефтей и нефтепродуктов, поскольку у каждого метода есть свои преимущества и недостатки. К тому же само понятие «нефтепродукт» весьма расплывчато, особенно с учетом непостоянства химического состава нефтей и нефтепродуктов. Необходим мониторинг нефтепродуктов с одновременной идентификацией и расшифровкой его химического состава. Наиболее перспективными в этом отношении являются методы газовой, газожидкостной или высокоэффективной жидкостной хроматографии.

73

3.3 Дистанционный мониторинг Одним из важнейших этапов реализации экологического мониторинга является дистанционный мониторинг (Василенко и др., 1997). Как способ получения информации дистанционный мониторинг условно может быть разделен на космический, авиационный, наземный, подземный и подводный. Дистанционный мониторинг, в частности аэрокосмический, применяется для контроля состояния природно-техногенных объектов нефтегазовой отрасли. Основными задачами дистанционного мониторинга являются: техническое состояние магистральных нефте- и газопроводов: определение нефтяных загрязнений окружающей среды в местах добычи, переработки и транспортировки углеводородов; оценка масштабов загрязнений при аварийных ситуациях; определение нефтяных загрязнений водной поверхности; контроль ландшафтных изменений в районе расположения техногенных объектов; обнаружение мест и объемов утечек нефтяных углеводородов из наземных и подземных магистральных трубопроводов. Аэрокосмический мониторинг особенно важен для труднодоступных объектов, где проведение непосредственных измерений затруднено или невозможно Для решения задач промышленно-экологического мониторинга (ПЭМ) наибольшее распространение получили следующие методы: - методы мониторинга средствами активного зондирования, к которым относятся лидары, работающие по методу комбинационного рассеяния, на резонансных эффектах и по принципу дифференциального поглощения. Наиболее пригодными для дистанционного контроля нефтяных загрязнений являются системы активного ИК- и УФ-зондирования, а также флуоресцентный лазер (Энциклопедия…, 1998; Баринов, 1996), позволяющий определять наличие нефти на поверхности: воды, почвы, снега, льда. Примером типичного лазерного флуориметра может служить лидар MK-III КЦДЗ (канадского центра дистанционного зондирования) (Савиных и др., 1995). Лидар предназначен для обнаружения, идентификации, картирования, слежения за перемещением нефтяных пленок на поверхности воды. Основные параметры лидара излучатель — N-лазер, длина волны — 0,37 мкм, диапазон 74

спектрометра — 0,386-0,690 мкм. Следует отметить, что с помощью лидаров, в принципе, возможно, определять концентрации загрязняющих веществ. Так, например, перестраиваемый лидар в ИК-диапазоне (от 2,7 до 3,7 мкм), используемый на вертолете МИ-8Т в составе комплекса «Эфир-АК», позволяет измерять концентрации углеводородных газов (метан, этан), а также сероводород и другие газы с пределом обнаружения до 2 ppm (Василенко и др, 1997); - методы мониторинга средствами пассивного зондирования, к которым относятся тепловизионные системы (Энциклопедия…, 1998; Баринов, 1996; Шилин и др, 1992), многоспектральные сканеры (Энциклопедия…, 1998; Савиных и др., 1995), средства телевизионной и аэрофотосъемки (Энциклопедия…, 1998), трассовые радиометры, видеоспектрометры (Василенко и др., 1997; Баринов, 1996). Многоспектральные сканеры являются наиболее универсальными системами пассивного дистанционного зондирования, так как они могут объединять функции телевизионных, тепловизионных и спектрометрических систем. В НИИ комплексных испытаний оптико-электронных приборов ВНЦ “ГОИ им С. И. Вавилова” разработан многоспектральный сканер «Везувий ЭК», предназначенный для получения изображения в видимом, инфракрасном и тепловом диапазонах (Энциклопедия…, 1998). Методы теплового контроля являются косвенными и основаны на регистрации теплофизических свойств загрязненной поверхности. Таким образом, тепловизоры, ИК-сканеры могут зафиксировать, как правило, факт наличия загрязнения, а не определять концентрацию; - радиотехнические методы мониторинга (Кравцова, 1995) – радиотепловые измерения в СВЧ-диапазоне (Энциклопедия…, 1998) и активное радиолокационное зондирование (Энциклопедия…, 1998). Особенно эффективно применение СВЧ-радиометрии (миллиметровый диапазон) для обнаружения и контроля нефтяных загрязнений водной поверхности, а также измерения толщины пленки. Например, двухканальный СВЧ-радиометр (Энциклопедия…, 1998), работающий в диапазоне 10,7 – 3,5 ГГц, способен измерять толщину пленки в пределах от 0,1 до 7,0 мм при полосе захвата 1600 м с высоты 800 м и скорости полета 200 км/ч. 75

Физико-химические методы позволяют определить концентрацию многих веществ, загрязняющих окружающую природную среду, но это не всегда достаточно для корректной оценки качества атмосферного воздуха, воды, почвы. По современным представлениям для этого необходимо анализ природных сред, выполняемый физико-химическими методами дополнить исследованиями, проведенными биологическими методами. Контрольные вопросы 1. Определение понятий нефть, нефтепродукты, легкие и тяжелые нефтепродукты? 2. Особенности загрязнения нефтью и нефтепродуктами поверхностных вод? 3. Ориентировочный уровень допустимой концентрации нефтепродуктов в почве? От каких факторов зависит ОДК? 4. Степень нарушенности почв, содержащих различные количества нефти? 5. Оптические методы, используемые для определения уровня нефтяного загрязнения поверхностных вод и почв? 6. Средства активного и пассивного зондирования в дистанционном контроле нефтяных загрязнений?

76

4 НЕОБХОДИМОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПРИ АНАЛИЗЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Длительное время основной уклон для оценок и прогнозов загрязнения вод делался на один критерий – предельнодопустимую концентрацию (ПДК), которая определена лишь для очень ограниченного круга соединений и, кроме того, ПДК устанавливают только для отдельных веществ, тогда как в реалиях всегда имеется комплекс загрязняющих веществ. Действие всех компонентов на живые системы не представляет собой простой суммы – эти компоненты взаимодействуют между собой и с веществами уже присутствующими в водной среде на момент загрязнения, образуя продукты с более высокой токсичностью, или, наоборот, нейтрализуя друг друга. Кроме этого следует учитывать возможный кумулятивный эффект. Поэтому ориентация оценок и прогнозов только на ПДК весьма опасна и может рассматриваться только как паллиатив (Брагинский, 1993; Stom et al., 1986). В настоящее время в наиболее оснащенных лабораториях ведущих государств мира методами аналитической химии может быть определено 5 – 25% всех органических веществ, попадающих в водоемы со сточными водами. Несмотря на постоянно растущее число химических веществ, используемых в производственных циклах и, соответственно, попадающих в поверхностные воды с водами сточными, в странах Западной Европы и Скандинавии в природных водных экосистемах регулярно контролируется только 30—40 химических показателей загрязнения (Adriaanse et al, 1995). В Российской Федерации наиболее технически оснащенные лаборатории, осуществляющие государственный экоаналитический контроль вод, могут определять около 100 гидрохимических компонентов (т.е. имеют методики, средства измерений для их определения и т.д.), однако при контроле гидрохимического качества водоемов определяется, как правило, не более 25 показателей загрязнения из-за высокой стоимости анализов, плохой обеспеченности кадрами и т.д. 77

В сточных водах перечень контролируемых загрязняющих веществ специфичен для каждой отрасли промышленности и насчитывает, как правило, от 15 до 50 компонентов, в то время как с учетом взаимодействия и превращений в процессе биологической очистки в сточной воде одновременно присутствуют сотни химических соединений, а на практике, при регулярных государственных инспекционных проверках, определяется не более 10—20 основных показателей загрязнения. Сложность аналитического контроля заключается не только в том, что трудно определять и охватить контролем основную долю присутствующих в исследуемой среде загрязняющих веществ (необходимо иметь эталоны всех гомологов и изомеров и дорогое аналитическое оборудование), но также в том, что необходимо идентифицировать вещества в чрезвычайно малых концентрациях, так как ПДК основной массы веществ составляют 10-2 – 10-3 мг/дм3. Подготовка пробы к гидрохимическому анализу для целого ряда веществ предполагает такую продолжительную и многоступенчатую процедуру (растворение, концентрирование, экстракция), что потери при этом могут значительно превышать результат анализа. Переход к более надежному экологическому контролю качества окружающей среды в России возможен только при условии расширения перечня измеряемых обобщенных и групповых показателей загрязнения и обязательного использования методов биотестирования. Исторически гидрохимический мониторинг качества вод доминировал во всем мире до 1980-х годов, однако в настоящее время зарубежными специалистами в области охраны природы признана несостоятельность химического контроля в части предоставления совершенной и полной информации о качестве водных систем (Loon, Hermens, 1995). В развитых странах при контроле качества вод при исследовании каждой пробы обязательно, кроме гидрохимических определений, предусматривается осуществление токсикологического контроля. Показатель «токсичность» как норматив при контроле сточных вод и выдаче разрешений на их сброс в природные водоемы применяется в таких странах, как Дания, Франция, Германия, Ирландия, Нидерланды, Великобритания, Норвегия, Бель78

гия, Швеция, Швейцария, Канада, США, Австралия, Бразилия, Япония. Несмотря на то, что в отдельных территориальных лабораториях Госкомэкологии РФ уже имеется более чем пятнадцатилетняя практика биотестирования природных и сточных вод, однако до настоящего времени существует традиционная недооценка необходимости токсикологического контроля в дополнение к гидрохимическому. Формулировка биотестирования, данная А.А. Зениным и Н.В. Белоусовым (Зенин, 1988) гласит: «Биотестирование один из приемов определения степени токсического действия физических, химических и биологических неблагоприятных факторов среды, потенциально опасных для живых организмов экосистем, в контролируемых экспериментальных лабораторных или натурных условиях путем регистрации изменений биологически значимых показателей исследуемых водных объектов с последующей оценкой их состояния в соответствии с выбранным критерием токсичности». Биотестирование позволяет оценить биологическую полноценность исследуемой воды, ее пригодность для жизни гидробионтов, обеспечивающих процессы самоочищения в водоеме и биологическое окисление при очистке сточных вод. Сравнение достоинств биологических и химических методов дано в таблице 4.1. Таблица 4.1 – Основные характеристики методов оценки токсичности вод Признак Химические Биологические методы методы Биоиндика- Биотестировация ние Тип индикации Индикация Индикация Индикация возвоздействия отклика действия Объект анализа Вода Водные Вода сообщества Цель анализа Измерение Оценка Интегральная концентрации состояния оценка токсичхимических природных ности на тествеществ сообществ организмах* Показатели ток- Превышение Негативные Развитие пато79

Признак сичности

Регламенты

Химические методы установленных регламентов

Биологические методы Биоиндика- Биотестировация ние изменения в логических сообществах (вплоть до гибели) изменений у тест-организмов Не установ- Отсутствие остлены рого и хронического действия Не установ- Сходимость, лены воспроизводимость

Предельно допустимые концентрации Метрологиче- Погрешеность, ские характери- сходимость, стики воспроизводимость и др. Примечание: * – Тест-организмы чаще всего культивируют в лаборатории. Химические методы дают информацию об интенсивности воздействия на водную экосистему. Их недостатком является невозможность оценки реальных биологических эффектов как отдельных загрязняющих веществ, так и их комплексов, а также продуктов их трансформации и метаболизма. Кроме того, число химических соединений, загрязняющих водную среду, так велико, что трудно подается контролю, и перспектива в этом отношении весьма пессимистична. В настоящее время, по оценкам некоторых специалистов, контролируется всего около 0,3 % поступающих в окружающую среду химических веществ. Методы биоиндикации, которые представляют собой традиционные гидробиологические способы, позволяют получить данные, характеризующие отклик водных биоценозов на антропогенное воздействие. В большинстве случаев гидробиологи (особенно в государственных службах мониторинга вод) регистрируют отклик, который формируется за определенный достаточно длительный промежуток времени. Большинство гидробиологических показателей обладает известной «консервативностью» и не позволяет выявить возможные адаптационноприспособительные изменения в сообществах, отличить межго80

довые циклические колебания от влияния антропогенного фактора. Методы биотестирования, в отличие от биоиндикации, представляют собой характеристику степени воздействия на водные биоценозы. С помощью этих методов можно получить данные о токсичности конкретной пробы воды, загрязненной химическими веществами — антропогенными или природного происхождения. Таким образом, методы биотестирования, будучи биологическими, близки к методам химического анализа вод. В то же время, в отличие от химических методов, они позволяют дать реальную оценку токсических свойств воды или другой среды, обусловленных присутствием комплекса загрязняющих химических веществ и их метаболитов. Биотесты, как говорилось ранее, не нашли еще пока своего места в отечественной практике, тогда как за рубежом роль биопроб в биологическом мониторинге непрерывно растет. Наиболее широко биотестирование, как метод контроля, применяется в США, где разработаны унифицированные методы оценки токсичности водной среды, которые используются при определении предельно-допустимых уровней загрязнения и разработке критериев качества воды. По данным, приведенным в в работе Руссо (1986), в информационную систему о токсичности сточных вод сложного состава, организованную Агентством по охране окружающей среды (АООС) США введены сведения о токсичности сточных вод или их влиянии на водные объекты по результатам биотестирования, выполненного на 4650 тестах с использованием 145 тест-организмов. В отчете о деятельности только одного регионального подразделения АООС приводятся результаты более 400 ежемесячных тестов на рыбах (определение острой токсичности сточных вод) (Tebo, 1986). Токсикологические методы оценки качества воды и аппаратура для их реализации разрабатывается и в ряде других стран: Англия, Франция, Германия, Швеция, Швейцария, Чехословакия. Законодательством Германии, регламентирующим отведение сточных вод, предусмотрена их токсикологическая оценка перед выпуском в водные объекты, разработаны переходные коэффициенты между показателем LC50 и безопасным для тест-объекта 81

разбавлением сточных вод. Для целей биотестирования используются в основном тесты на острую токсичность (Peltier, 1986). Во Франции оценка качества водной среды по токсикологическим показателям является обязательной в «Системе контроля качества пресных вод», созданной на межведомственном уровне. Производственный токсикологический контроль сточных вод проводится более чем на 150 предприятиях с целью выявления наиболее токсичных сточных вод и ограничения попадания их в водные объекты. Для биотестирования применяется стандартный набор биотестов на острую токсичность с использованием бактерий из рода Pseudomonas (ингибирование размножения на 99 % в течение 4 – 8 ч); водорослей из рода Scenedesmus (снижение численности на 50 % за 5 суток); дафний и рыб (гибель 50 % особей за 24 ч) (Vulliermet, 1980). Наряду с разработкой методов биотестирования в зарубежных странах, есть достижения и в области их стандартизации: в настоящее время в ряде стран (Англии, Австрии, Венгрии, Польше, США, Франции, Финляндии, Швеции и др.) действует более 40 стандартов, в их числе имеются стандарты как общетехнического назначения, так и на конкретные методы (Крайнюкова, 1988). В работах российских токсикологов неоднократно обсуждались вопросы о значении токсикологического контроля, основанного на биотестировании, для повышения эффективности охраны вод. Этой проблеме посвящены специальные сборники (Патин и др., 1981; Теоретические…,1983). В последние годы накоплен значительный экспериментальный материал, позволяющий судить о действии многих химических соединении и некоторых категорий сточных вод на различные группы организмов. В нашей стране накоплен также и практический опыт испытания или применения биотестов в контроле природных и сточных вод: на Байкальском ЦБК; на ряде предприятий химического, йодобромного, белково-витаминного, нефтеперерабатывающего и других производств; на сбросных и дренажных водах оросительных систем, в ряде лабораторий органов водного надзора. На основе изучения особенностей реагирования гидробионтов различных экологических и систематических групп на воздействие токсических компонентов промышленных, городских и 82

сельскохозяйственных сточных вод (фенолов, амино-, нитросоединений, тяжелых металлов, нефтепродуктов, СПАВ и др.) в России разработано более 40 методов биотестирования и их модификаций, с использованием различных тест-объектов (Биотестирование…, 1981; Гусев и др., 1970; Лесников, 1970; Строганов, 1971; Apostol, 1973; Maciorowski, 1980; Marking, 1979; Biossay…,1980). В качестве тест-объектов использованы: бактерии – Bacillus cereus, Beneckea harveyi, бактерии активного ила; грибы и актиномицеты—Aspergillus niger, Streptomyces olivaceus; водоросли – Scenedesmus quadricauda, Sc.acuminatus, Chlorella vulgaris, Euglena gracilis, Dunaliella salina, Nitella flexilis, Phaeodactilum tricornutum, Cladophora fracta; простейшие – Tetrahymena pyriformis, Spirostomun ambiguum, Euplotes sp.; беспозвоночные – Daphnia magna, Hydra attenuata, Hirudo medicinalis, Unio tumidus, Eulimnogammarus verucosus, Myzuchopecten yessoensis; рыбы – Perca fluviatilis, Phoxinus, phoxinus, Cyprinus carpio, а также ферментные препараты. В методах биотестирования с использованием бактерий регистрируются интенсивность размножения клеток, биолюминесценции, активность окислительных ферментов бактерий активного ила. В биотесте с использованием плесневых грибов и актиномицетов регистрируется ростовая реакция тест-объектов. В биотестах на водорослях используются различные реакции: интенсивность размножения клеток, уровень медленной флуоресценции, иммобилизация клеток и зооспор, биоэлектрическая реакция, плазмолиз, фотосинтетическая активность клеток, способность клеток к дифференцированному окрашиванию. В методах с использованием простейших регистрируются интенсивность размножения, двигательная активность и морфологические изменения. В биотестах на дафниях учитываются выживаемость, плодовитость, сукцинатдегидрогеназная активность, интенсивность дыхания и сердцебиения. В методах с использованием других беспозвоночных фиксируется регенерация подошвы гидры, изменение поведения медицинской пиявки, перловицы, приморского гребешка, гаммарид. У рыб в качестве тест-функций используются поведенческие реакции, двигательная активность, интенсивность сердцебиения и дыхания, способность к изменению пигментации кожных покровов. 83

Основной принцип биологического тестирования сводится к оценке достоверных различий между опытом (среда, содержащая токсикант) и контролем (чистая вода) по какому-либо показательному параметру тестируемого объекта, указывающему на полное или частичное угнетение жизненных функций тест-организмов под влиянием испытуемой воды или индивидуальных токсикантов в определенных концентрациях (Брагинский, 1979; Патин, 1981; Крайнюкова, 1988). При выборе тест-объектов предпочтение отдается видам и штаммам, которые широко распространены в природе и легко культивируются в лабораторных условиях. Различают два типа тест-объектов: индикаторные и представительные. К первым принадлежат организмы с наибольшей степенью чувствительности к токсикантам различных классов, ко вторым – организмы, наиболее полно представляющие определенный гидробиоценоз. Так, например, к индикаторным тест-организмам относятся Daphnia magna Straus, причем метод биотестирования с использованием этого рачка рекомедован в качестве первоочередного для контроля сточных вод в установившемся режиме и выявления потенциально опасных источников загрязнения водных объектов токсическими веществами. А в качестве представительного тест-объекта для байкальского зоопланктона, можно считать Epischura baikalensis Sars, так как достигая в отдельные периоды 80-90 % общей биомассы зоопланктона этот рачокфильтратор играет важнейшую роль в трофических взаимоотношениях байкальских организмов и в процессах поддержания повышенной чистоты байкальской воды. Поскольку во многих случаях животные организмы обладают большей чувствительностью в распознавании токсического вещества, чем самые точные аналитические методики, то это свойство представляет особый интерес в вопросах их использования для оценки эколого-токсикологической ситуации в водоеме. Однако, однозначного ответа, токсично ли вещество и насколько токсично, бывает мало. Поэтому очень важно обратить внимание на представительные организмы, которые по своим физиологическим и биологическим свойствам представляют ту группу организмов, которая в большей степени характерна для 84

данного водоема (Стом и др., 1993) и играют в нем определяющую роль. Для биотестирования используются в основном тесты на острую токсичность, причем применяется стандартный набор, включающий бактерии, водоросли, дафнии, моллюски, высшие водные растения и рыбы (Жмур, 1997). Особенно перспективным представляется метод биотестирования, основанный на гашении люминесценции светящихся бактерий, получивший широкое распространение как у нас в стране, так и за рубежом (Гиль и др., 1993; Kratasyuk, 1990; Гриценко, 1997; Данилов, 1983). Отклик люминесцентных бактерий на токсические вещества тесно коррелирует с таковым у других биологических организмов и величина 50%-го тушения свечения – ЕС50 хорошо соотносится с летальной концентрацией для высших животных и человека, а также с другими биосенсорами (Михайлова, 1998). Оперативная интегральная оценка качества воды и почвы методами биотестирования, описанными выше, не заменяет количественный химический анализ, но она его дополняет и, в какой-то степени, может предварять, благодаря экспрессности, простоте и невысокой стоимости методов биотестирования. Описанные выше методы биотестирования, разработанные на примере сточных вод и отдельных химических соединений апробированы для анализа токсичности водных вытяжек почв и отходов, загрязненных различными веществами, в том числе нефтепродуктами. Контрольные вопросы 1. В чем заключаются недостатки оценки загрязнения природных сред, основанной только на измерении концентраций химических веществ? 2. Почему оценка токсичности воды методами биотестирования считается интегральной? 3. Какие тест-реакции используются в биотестировании природных и сточных вод? 4. Отличие методов биоиндикации от методов биотестирования? 5. Понятие об индикаторных и представительных тестобъектах? 85

5 МЕТОДЫ БИОТЕСТИРОВАНИЯ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА 5.1 Биоиндикационные методы и методы биотестирования атмосферного воздуха Сильнейшее антропогенное воздействие на фитоценозы оказывают загрязняющие вещества в окружающем воздухе такие как диоксид серы, оксиды азота, углеводороды. Устойчивость растений к загрязнителям различна. Было установлено, что на лишайники губительно действуют прежде всего вещества, увеличивающие кислотность среды, ускоряющие окислительные процессы, т.е. такие соединения как SO2, HF, HCl, оксиды азота, озон (Turk, 1988). Суждение о загрязнении атмосферного воздуха базируется на сравнительном изучении видового состава лишайников, распространении отдельных видов, морфологических изменений слоевищ, физиологических показателей, прироста и др. (Бязров, 1991). Для условий лесной полосы России наиболее чувствительны хвойные деревья (пихта, сосна, кедр). Информативными по техногенному загрязнению являются морфологические и анатомические изменения, а также продолжительность жизни хвои. Современные биоиндикационные исследования сконцентрированы на методах раннего распознования, показывающих изменения в метаболизме, которые предшествуют видимым симптомам повреждения. Ранние способы определения повреждений возможны на первичных уровнях воздействия, т.е. в системе хлоропластов ассимилирующих органов (Шульц, 1991). Перед видимым повреждением биохимические и физиологические параметры хлоропластов показывают определенные изменения, зависящие от концентрации загрязнителей. Когда эти индикационные параметры достигают определенного значения, то, например, хлорозы и некрозы могут ожидаться на следующем более высоком индикационном уровне. Желательно использовать аппаратурные и экспрессные методы мониторинга с тем, чтобы обеспечивать возможность объективной оценки состояния большого числа растений за короткое 86

время. В этом отношении перспективно применение биофизических методов, в первую очередь флуоресцентных. Для оценки качества воздушной среды может быть использовано гашение флуоресценции хлорофилла растительных клеток. Этот способ был реализован и для дистанционного зондирования. Более распространен и успешно апробирован метод биоиндикации воздушной среды на основе замедленной флуоресценции хлорофилла (Григорьев и др., 1999; Венедиктов и др., 2000). Замедленная флуоресценция генерируется в ходе обратных реакций рекомбинации первичных продуктов фотосинтеза и ее характеристика несет информацию о функционировании реакций фотосинтеза. Загрязняющие вещества, угнетающие фотосинтез, вызывают ингибирование замедленной флуоресценции. Следует отметить, что нормативные документы по методам биологического контроля загрязнения атмосферного воздуха в нефтегазовой отрасли отсутствуют и биоиндикационный контроль должны осуществлять высококвалификационные специалисты-экологи. 5.2 Методы биотестирования и биоиндикации в контроле загрязнения водной среды 5.2.1 Классность природных вод по системе биоиндикации Установлено, что истинную оценку воздействия на водную среду невозможно дать по изолированному действию отдельных веществ. Не дают адекватной оценки состояния водных экосистем и методы биотестирования – экспериментального определения токсичности воды для обитателей водоемов, основанного на регистрации реакций тест-объектов, поскольку возможность экстраполяции результатов, полученных биотестированием in situ, на естественные водоемы крайне ограничена. При разработке и стандартизации методик биотестирования практически невозможно учесть все существующие особенности жизнедеятельности организмов. Критерий классности вод устанавливает уровень загрязнения по биоиндикаторному методу прямой оценки качества воды 87

(Временные…,1993). Метод биоиндикации вод, применяемый в мировой практике, является наиболее оперативным и информативным, носит интегральный характер и широко используется при индикации качества вод малых рек России. Метод учитывает наличие и условную значимость индикаторных таксонов в водоемах, разнообразие сообществ микроорганизмов, дает взвешенную оценку классности вод. Градация качества вод осуществляется по шести классам в соответствии с мировой практикой биоиндикации вод. Так, первому классу соответствует очень чистая вода, шестому – очень грязная. Уровень загрязнения вод оценивается по результатам гидробиологических анализов с ранжированием на 6 классов в соответствии с общепринятой классификацией (Временные…, 1993). Определение классности вод осуществляется путем идентификации присутствующих в водоеме биотаксонов с помощью Атласа, содержащего изображения микроорганизмов, отдельные подробности строения и их краткое описание (Атлас…, 1984). 5.2.2 Биотестирование вод В результате процедуры лабораторного биотестирования при использовании классических методов устанавливается острая или хроническая токсичность исследуемой воды в экспериментах различной продолжительности. Острый опыт — краткосрочная процедура биотестирования (с установленным в каждой методике временем экспозиции), определяющая острую токсичность исследуемой воды по 50%-ной выживаемости (смертности) тест-объектов. Острая токсичность выражена в том случае, если интенсивность воздействующего агента велика настолько, что компенсаторная и адаптационная реакция организма не успевают проявиться, и он гибнет. Хроническая токсичность определяется при менее интенсивном, но более длительном воздействии токсикантов; при этом происходит нарушение равновесия между распадом и синтезом веществ в организме гидробионтов, разрушение генома и прекращение воспроизводства. 88

На основании данных проведенных экспериментов устанавливается остро летальная концентрация вещества (или кратность разбавления исследуемой воды), при которой наступает 50%-ная гибель тест-организмов и безвредная (недействующая) концентрация вещества, или безвредная кратность разбавления исследуемой воды, при которой гибель организмов не превышает таковую в контроле. Данные о хронической токсичности получают в длительном эксперименте, в котором также может устанавливаться безвредное разбавление. Безвредное разбавление, как показатель токсичности, принято для количественной оценки степени вредности исследуемых вод, поскольку отвечает на вопрос о том, во сколько раз требуется разбавить исследуемую воду водой удовлетворительного качества (безвредной) для ликвидации в ней токсичности При использовании разных методов биотестирования для оценки токсичности вод, в которых приняты различные тестреакции, эффекты токсичности и способы оценки результатов (дафнии, бактерии, инфузории), показатель безвредного разбавления чрезвычайно важен, так как позволяет легко сопоставить полученные результаты. Чтобы дать правильную оценку полученным результатам, следует тщательно проанализировать химический состав сточных вод. Кроме того, если в используемой методике биотестирования не оговаривается эффект стимуляции и его допустимая норма, то необходимо применить для такой воды несколько методов биотестирования и использовать для выводов результаты, полученные на других организмах. Если же в методике оговаривается возможность стимуляции и указана норма отклонения, принятая за токсичность, то следует руководствоваться установленными нормами. Отбор проб, процедуру биотестирования, выбор тесторганизмов, а также обработку и оценку результатов проводят в соответствии с требованиями РД 118-02-90. Контролю подвергаются сточные воды на выпуске в водный объект: канализуемые, из замыкающего створа с площади водосбора территории промысла, ливневоталые воды, а также водные объекты (ручьи, речки, болота) – приемники сточных вод и грунтовые воды на территории предприятий и за его пределами. 89

В настоящее время для анализа загрязнения чаще всего применяется классический дафниевый тест, в котором критерием служит выживаемость (Степанови др., 1999), а также другие функциональные характеристики. Это может быть и изменение фототаксической реакции (Michel et al., 1999) и образование свободных радикалов в микросомной фракции, которые обнаруживаются in vitro спектрофотометрическим либо флуориметрическим методом (Sanderson et al., 1999). Другой более простой способ описан Bailleiul Mars и Blust Ronny (1999). Они предлагают при токсикометрии каких-либо веществ в течение суток измерять размеры дафний и скорость их передвижения. Используется автоматизированный метод определения активности β -галактозидазы у взрослых Daphnia magna, описано его преимущество с классическим тестом по иммобилизации (Weltens et al., 2000). Культура дафний наиболее удобна и при изучении влияния лучевого и химического патогенеза, при котором наблюдая за уровнем свободных радикалов, оценивают стресс биотеста по его реакции на токсичность среды, причем этим методом показано, что ПДК для рыбохозяйственных водоемов занижены, что может привести к снижению в них биоразнообразия (Мелехова, 1999). Репродуктивность и газообмен оценивала в токсикологических опытах с дафниями Е.А.Сапрыкина (1998). При осуществлении государственного экотоксикологического контроля допускается использование тех методик биотестирования, которые внесены или планируются к внесению в Госреестр (таблица 5.2.1).

90

Таблица 5.2.1 – Методы биотестирования применяемые для целей производственного экологического контроля качества вод, почв, промышленных отходов Метод биотес- Тест- Критерии токсичности Область притирования объект менения Внесено в Федеральный реестр Определение Инфу- Хемотаксическая реакция Поверхност(хемотаксис) ные, природтоксичности зории воды по хемо- Parame ные пресные, таксической cium сточные и реакции инфу- caudaочищенные зорий ПНД Ф Т tum сточные, грун14.1:2:3:4.2-98 товые, питьевые воды Определение Daph- Смертность 50% за 96 ч Поверхносттоксичности nia (острая токсичность). Дос- ные, природводы и водных magna товерное снижение плодо- ные пресные, вытяжек из сточные и витости за 24 сут в сравпочв, осадков нении с контролем (хро- очищенные сточных вод, ническая токсичность) сточные, питьотходов по евые воды, смертности и водные вытяжизменению ки из почв, плодовитости осадков сточдафний ных вод, отхоФР.1.39.2001.0 дов 0283 То же Определение Cerio- Смертность 50% за 48 ч токсичности daphnia (острая токсичность). Досводы и водных affinis товерное снижение плодовытяжек из витости за 7 сут в сравнепочв, осадков нии с контролем (хронисточных вод, ческая токсичность) отходов по смертности и изменению плодовитости цериодафний 91

Метод биотес- Тесттирования объект ФР.1.39.20001. 00282 Определение Sceneтоксичности desmus вод, водных quadriвытяжек из cauda почв, осадков сточных вод и отходов по изменению уровня флуоресценции хлорофилла и численности клеток водорослей ФР.1.39.2001.0 0284 Определение Инфутоксичности зории воды, почвы по Parame хемотаксиче- cium ской реакции caudaинфузорий tum ПНДФ Ф Т 14.1:2:3:4.2-98 16.2:2.2.3-98

Критерии токсичности

Область применения

Изменение численности клеток водорослей за 96 ч экспозиции (острая токсичность). Изменение численности водорослей за 14 сут (хроническая токсичность). Изменение интенсивности свечения.

Поверхностные, природные пресные, сточные и очищенные сточные, водные вытяжки из почв, осадков сточных вод, отходов

Хемотаксическая реакция Поверхност(хемотаксис) ные, природные пресные, сточные и очищенные сточные, грунтовые, питьевые воды, водные вытяжки из почв и донных осадков Планируется к внесению в Федеральный реестр Методические Лио- Подавление свечения лю- Поверхнострекомендации фили- минесцентных бактерий ные, природ«Определение зироные пресные, токсичности ванные сточные и воды и водных люмиочищенные экстрактов из несточные воды, объектов ок- сцентморская вода, 92

Метод биотес- Тесттирования объект ружающей ные среды по ин- бактетенсивности рии биолюминесценции бактерий. – М.: Госкомкомитет санэпиднадзора РФ, 1996в. – 11 с

Критерии токсичности

Область применения почва, отходы, донные осадки

Для экспресс-определений используют приборы с применением биосенсоров. Сравнительная оценка различных типов биологических систем позволила выделить из множества биосенсоров – биосенсор, с наиболее оптимальными свойствами. Морские люминесцентные бактерии оптимальным образом сочетают в себе различные типы чувствительных структур, ответственных за генерацию биоповреждения (клеточная мембрана, цепи метаболического обмена, генетический аппарат) с экспрессностью, объективным и количественным характером отклика целостной системы на интегральное воздействие ксенобиотиков. Это обеспечивается тем, что люминесцентные бактерии содержат фермент люциферазу, осуществляющий эффективную трансформацию энергии химических связей жизненно важных метаболитов в световой сигнал на уровне, доступном для экспрессных и количественных измерений. Отклик люминесцентных бактерий на токсические вещества полностью коррелирует с таковым у других биологических организмов и величина 50%-го тушения свечения – ЕС50 полностью коррелирует с величиной летальной концентрации для высших животных и человека (Немкова и др., 1995), а также с другими биосенсорами. Отечественная система «ЭКОЛЮМ» – это комплект реагентов с биолюминесцентной активностью в комплексе с люминометрами специального назначения. Введение в реакционную смесь пробы с токсическим соединением вызывает спад свечения. 93

Специальная светорегистрирующая аппаратура позволяет измерять интенсивность свечения реагента до и после введения неизвестного токсиканта в образце небольшого объема (0,2-0,5 мл). Время анализа не превышает нескольких минут, мониторинг возможен в полевых условиях (Методические…, 1996). Биосенсор интегрирует эффекты смесей токсикантов, обеспечивая общий индекс токсичности образца. Тем самым, «ЭКОЛЮМ» предпочтителен в качестве первичного теста и способен экспрессно ответить на вопрос: присутствуют или нет в среде токсические агенты в опасной для живого организма концентрации. Индекс токсичности Т есть величина безразмерная и определяется по формуле: I −I ⋅ 100% , T= к Iк

где Ik и I, соответственно, интенсивность биолюминесценции контрольной и исследуемой пробы. По величине индекса токсичности анализируемые пробы классифицируются на три группы (таблица 5.2.2). Таблица 5.2.2 – Классификация проб по индексу токсичности Группы Величина Т Степени токсичности 1 от 10 до 20 Допустимая степень токсичности 2 от 20 до 49 Токсична 3 ≥ 50 Сильно токсична Все более расширяется диапазон применения биолюминесцентного метода для обнаружения токсикологического влияния. Его используют и в Центре космических полетов Маршалла Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (Obenhuber et al., 1998), (причем полученные данные токсикологического анализа согласуются с результатами испытаний по летальности дафний и плоскоголовых пескарей), и в Сибири, для оценки токсичности хинонов и фенолов (Kudryasheva et al., 1998). Метод по гашению люминесценции светящихся бактерий в комплексе с другими позволяет быстро оценивать токсичность шлама (Саксонов и др., 1995). 94

Разработан простой способ анализа токсичности воды, заключающийся в применении фильтровальных бумажных дисков с иммобилизованной культурой морской люминесцирующей бактерии Photobacterium leidnathi (Quinto, 2001). Об ингибировании свечения судят визуально. Кроме этих двух описанных выше, самых распространенных методов пользуется популярностью экспресс-биотест по иммобилизации клеток простейших животных (Бузлама и др., 1999) и одноклеточных жгутиковых водорослей. Так В.С. Буэлама и др. (2000) предлагают использование обездвиживания Paramecia caudatum для токсикологического анализа почвы, воды, воздуха, пиши, кормов, лекарственных препаратов и других сред. Для изучения токсичности грунтов прибрежных зон успешно использовался тест по иммобилизации Dunaliella tertiolecta (Wong et al., 1999), а двигательная активность Euglena gracilis явилась основой создания автоматического биотеста для определения качества воды (Tahedi et al., 1999). В последнее время наметилась тенденция использования для биоиндикации и биотестирования не отдельных биотестов, а систем, включающих тест-организмы различных трофических уровней (Аникеев, 1997). Как правило, эти системы включают экспрессный тест (гашение люминесценции светящихся бактерий, иммобилизация жгутиковых животных и растений), обязательный метод контроля по выживаемости Daphniidae и биотест, характерный для данной среды. Например, токсичность нефтепромысловых сточных вод определялась комплексом тест-объектов, состоящих из инфузорий, водорослей и высших культурных растений (Егорова и др., 1998). Другие авторы для интегральной оценки качества среды предлагают использовать гидробионты двух уровней хлореллаперифетон (Виноградова и др., 1999). Rojiikova-Padrtova Renata и др. (1998), сравнив ряд стандартных и альтернативных тестов, пришли к выводу, что оптимальный набор тест-организмов должен включать следующих представителей разных трофических уровней: водоросли, коловратки или ракообразные, бактерии и простейшие.

95

5.3 Методы биоиндикации и биотестирования почв Известно, что биодиагностика антропогенных изменений относится к экспрессным методам анализа и, кроме того, дает комплексную оценку экологического состояния почвы. Существует множество биологических показателей, с помощью которых оценивается состояние почв. Наиболее важными для целей почвенного мониторинга на промышленных объектах являются интегральные показатели биологической активности: токсичность, «дыхание», количество свободных аминокислот и белков (нингидринположительных веществ). Интенсивность дыхания почвы является исключительно вариабельной величиной и зависит от большого количества факторов (температурного режима, влажности, состояния фитоценоза и др.). Для оценки экологического влияния загрязнений необходимо проводить сравнение данных, полученных на различных участках в максимально близких условиях. Информативными являются и другие показатели, например, ферментативная активность. В Инструкции (РД 39-0147098-01590) использованы следующие показатели: сумма нингидринположительных веществ, токсичность, целлюлозная и протеазная активности. Попадание нефти и нефтепродуктов в почву приводит к изменению активности основных почвенных ферментов, что влияет на обмен азота, фосфора, углерода и серы (Киреева, Новоселова и др., 2001). Устойчивые изменения в активности некоторых почвенных ферментов могут использоваться в качестве диагностических показателей загрязнения почв нефтью. Удобна для этой цели группа ферментов, объединяемых под общим названием почвенные уреазы. Во-первых, они меньше подвержены воздействию других экологических факторов и, во-вторых, прослеживается четкая зависимость их активности от степени загрязнения почв (Киреева, Водопьянов и др., 2001). Применение микроорганизмов для оценки интегральной токсичности почвы и создание на их основе комплексной системы чувствительных, достоверных и экономичных биотестов является перспективной областью исследований.

96

Многие физиологические группы почвенных микроорганизмов проявляют чувствительность по отношению к нефтяным углеводородам. Общая численность микроорганизмов, как правило, достаточно четко отражает микробиологическую активность почвы, скорость разложения органических веществ и круговорота минеральных элементов. На основании данного показателя можно не только судить о степени загрязненности почвы нефтью, но и о ее потенциальной способности к восстановлению, а также о процессах разложения нефти в естественных природных условиях и при рекультивации загрязненных почв (Киреева, Бакаева и др., 2004). Нефтяное загрязнение может также способствовать накоплению в почве микроскопических грибов, вызывающих заболевания растений и выделяющих фитотоксины (Киреева, Кузяхметов и др., 2003). Последнее обстоятельство играет немаловажную роль при разработке мероприятий по фитомелиорации нефтезагрязненных земель Непосредственное воздействие нефти на растительный покров проявляется в том, что замедляется рост растений, нарушаются функции фотосинтеза и дыхания, отмечаются различные морфологические нарушения, сильно страдают корневая система, листья, стебли и репродуктивные органы. Оперативную информацию о фитотоксичности загрязненной почвы можно получить, используя в качестве тест-объектов семена и проростки растений. Для удобства постановки тестов на токсичность семена подбирают по размерам и скорости их прорастания. Часто используют семена редиса, кресс-салата, кукурузы, зерновых. В качестве тестфункции выступают показатели всхожести семян, дружности и времени появления всходов, скорости удлинения проростков, последний из которых считается наиболее чувствительным. В природных экосистемах микроартроподы, являющиеся почвенными беспозвоночными, широко используются для мониторинга на уровне комплекса видов. Почвенные ногохвостки (коллемболы) очень чувствительны к воздействию органических веществ, поэтому их можно с успехом применять при определении интегральной токсичности нефтезагрязненных почв (Трублаевич , Семенова, 1997). 97

Тест-показателем может служить процент выживших особей коллембол, продолжительность их жизни, поведенческие реакции. При содержании нефти 1 — 5 % массы почвы была обнаружена связь между содержанием загрязнителя и величиной тестпоказателя. Набор тест-объектов из семян растений, микроорганизмов, почвенных беспозвоночных и ферментов можно использовать как в полном объеме, так и частично, в зависимости от целевого назначения исследований и степени нефтяного загрязнения почвы. Если пробы с почвенными ногохвостками и активность ферментов дают хорошую количественную характеристику токсичности почвы при низкой и средней степени ее загрязнения, то микробиологические тесты удобны для описания состояния сильнозагрязненных высокотоксичных почв (Киреева, Бакаева, 2004). 5.4 Комплекс биотестов для токсикометрии буровых растворов и шлама В работе (Безамбарное бурение…, 2003) описан комплекс биотестов для токсикометрии буровых растворов и водных вытяжек шлама. В комплекс входили экспрессные методы (продолжительность определения – 5-30 минут): по гашению люминесценции светящихся бактерий, по иммобилизации инфузорий, по изменению сердечной деятельности дафний. Проведен токсикологический анализ с использованием комплекса биотестов серии буровых растворов различного состава. Показано, что буровые растворы с добавлением шлам-лигнина отличаются значительно более высокой токсичностью, чем буровые растворы, включающие в состав карбоксиметилцеллюлозу. Близкая токсичность буровых растворов, приготовленных на основе хлористого натрия и рапы позволяет рекомендовать замену хлористого натрия на высокоминерализованный естественный источник солей. Сравнение чувствительности применяемых биотестов при анализе водных вытяжек шлама выявило некоторое преимущество методов, основанных на изменении ритма сердечной деятельности дафний и иммобилизации инфузорий. Токсикометрический анализ водных растворов, полученных при последова98

тельном отмыве шлама показал значительное падение токсичности при каждом отмыве по всем используемым биотестам (тестреакциям). Для оценки токсичности был предложен 2-х этапный контроль, когда на первом этапе отмыва шлама определяют концентрацию солей по электропроводности и доводят ее до безопасного уровня, а на втором – экспрессными методами биотестирования определяют токсичность уже слабо минерализованного раствора. Второй этап необходим, так как невысокие концентрации тяжелых металлов не вносят заметный вклад в увеличение электропроводности, но могут быть высокотоксичны. Опыты свидетельствуют, что после отмыва шлама от солей токсичность их водных вытяжек, определяемая с помощью комплекса биотестов, была близка к токсичности отстойной водопроводной воды. 5.5 Отнесение опасных отходов к классу опасности для окружающей среды методами биотестирования Важным нормативным актом регламентирующим применение биологических тест-систем для выявления экологической токсичности промышленных отходов, являются «Критерии отнесения опасных отходов для окружающей природной седы», утвержденные Приказом Министерства природных ресурсов России от 15 июля 2001 г. №511. Впервые процедура выявления класса опасности отходов для окружающей природной среды (ОПС) основывается не только на количественных расчетах по химическому составу содержащихся компонентов, но и на экспериментальной биологической проверке образцов. Класс опасности отходов устанавливается по степени возможного вредного воздействия на окружающую природную среду при непосредственном или опосредованном воздействии опасного отхода на нее в соответствии с Критериями, приведенными в таблицах 6.1. Отнесение отходов к классу опасности для ОПС может осуществляться расчетным или экспериментальным методами. Таблица 6. 1 – Критерии определения класса опасности отходов для ОПС 99

№ Степень п/п Вредного воздействия опасных отходов на ОПС

Критерии Класс опасноОтнесения опасных от- сти отхода для ходов к классу опасно- ОПС сти для ОПС

1

ОЧЕНЬ ВЫСОКАЯ

Экологическая система необратимо нарушена. Период восстановления отсутствует

I КЛАСС ЧРЕЗВЫЧАЙН0 ОПАСНЫЕ

2

ВЫСОКАЯ

Экологическая система II КЛАСС ВЫсильно нарушена. Пе- СОКОриод восстановления не ОПАСНЫЕ менее 30 лет после полного

3 СРЕДНЯЯ

Экологическая система III КЛАСС нарушена. Период вос- УМЕРЕННО становления не менее ОПАСНЫЕ 10 лет после снижения вредного воздействия от существующего источника 4 НИЗКАЯ Экологическая система IV КЛАСС нарушена. Период са- МАЛООПАСмовосстановления не НЫЕ менее 3-х лет 5 ОЧЕНЬ НИЗКАЯ Экологическая система V КЛАСС практически не нару- ПРАКТИЧЕшена СКИ НЕОПАСНЫЕ В случае отнесения производителями отходов расчетным методом к 5-му классу опасности, необходимо его подтверждение экспериментальным методом. При отсутствии подтверждения 5-го класса опасности экспериментальным методом отход может быть отнесен к 4-му классу опасности.

100

Экспериментальный метод отнесения отходов к классу опасности для ОПС осуществляется в специализированных аккредитованных для этих целей лабораториях. Экспериментальный метод используется в следующих случаях: для подтверждения отнесения отходов к 5-му классу опасности, установленного расчетным методом; при отнесении к классу опасности отходов, у которых невозможно определить их качественный и количественный состав; при уточнении по желанию и за счет заинтересованной стороны класса опасности отходов, полученного в соответствии с расчетным методом. Экспериментальный метод основан на биотестировании водной вытяжки отходов. При определении класса опасности отхода для ОПС с помощью метода биотестирования водной вытяжки применяется не менее двух тест – объектов из разных систематических групп (дафнии и инфузории, цериодафнии и бактерии или водоросли и т.п.). За окончательный результат принимается класс опасности, выявленный на тест – объекте, проявившем более высокую чувствительность к анализируемому отходу. Для подтверждения отнесения отходов к пятому классу опасности для ОПС, установленного расчетным методом, определяется воздействие только водной вытяжки отхода без ее разведения. Класс опасности устанавливается по кратности разведения водной вытяжки, при которой не выявлено воздействие на гидробионтов в соответствии со следующими диапазонами кратности разведения представленными в таблице 6.2. Таблица 6.2 – Кратность разведения водной вытяжки Класс опасно- Кратность разведения водной вытяжки из опасного сти отхода отхода, при которой вредное воздействие на гидI > 10000 II От 10000 до 1001 III От 1000 до 101 IV < 100 V 1 101

Контрольные вопросы 1. Биоиндикационные методы для оценки загрязнения атмосферного воздуха? 2. Биолюминесцентный метод определения токсичности вод? 3. Ферментативные и микробиологические методы биоиндикации для определения токсичности почвы при нефтяном загрязнении? 4. Критерии отнесения отходов к классу опасности для окружающей природной среды? 5. В каких случаях для отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды применяются методы биотестирования?

102

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Мониторинг рассматривается в качестве соединительного звена, оперативно отслеживающего экологическую ситуацию, формирующуюся в процессе взаимодействия КНК с природой, населением и хозяйством. Поэтому в практическом плане его можно считать инструментом улучшающего вмешательства в проблемные экологические ситуации, возникающие при воздействии объектов КНК на окружающую среду. Мониторинг представляет основной информационный источник для осуществления хозяйственной и природоохранной деятельности. На основе полученной информации осуществляются оценка и прогноз степени изменения окружающей среды, разрабатываются управленческие критерии. Для контроля загрязнения окружающей среды применяются различные методы. Физико-химические методы позволяют определять отдельные элементы в водных растворах, воздухе, почве и др. средах. Но вместе с тем известно, что химические и физикохимические методы анализа воды, почвы, атмосферного воздуха не отвечают современным требованиям экологического контроля. Одна из причин этого – не учитывается степень вредности комплексного воздействия всех загрязняющих веществ. Другими сдерживающими факторами является значительная трудоемкость, дороговизна и длительность химического определения. В последнее время в экологическом мониторинге все более широкое применение находят методы биологического тестирования, позволяющие давать интегральную оценку качества окружающей среды. Поэтому в учебном пособии наряду с рассмотрением физико-химических методов в контроле загрязнения окружающей среды подробно излагаются методы биотестирования и биоиндикации, обосновывается целесообразность их применения. Эти методы лежат в основе экспериментального подхода при установлении класса опасности отходов нефтегазовой отрасли для природной среды.

103

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Cтроганов Н. С. Методика определения токсичности водной среды / Н.С. Строганов // Методики биологических исследований по водной токсикологии. / Под ред. Строганова Н. С. – М.: Наука, 1971. – С. 14-60. Аникиев В.В. Анализ экологического риска, обусловленного сбросом бурового шлама в морскую среду / В.В. Аникиев, А.К. Амбросимов, Г.В. Моисейченко, Н.Л. Петкевич //Междисцип. ин-т экол. пробл. – М., 1997. – С. 113-130 Атлас. Фауна аэротенков / Под. ред. Л.А.Кутиковой. – Л.: Наука, 1984. – С. 264 Балаян А.Э. Экспрессный метод биотестирования вод, загрязненных нефтепродуктами, по поведенческой реакции дафний / А.Э. Балаян, М.Н. Саксонов, Д.В. Лозовской, Д.И. Стом // Материалы конференции «Проблемы экологии». Чтения памяти профессора М.М.Кожова. г. Иркутск, 25-28 октября 1999. – Иркутск: Иркут. ун-т. – т.1, 1999. – С.3-5. Баринов В.И. Прикладная физика / В.И.Баринов. – Научно технический журнал, 1996. – Вып.: 3. – С. 77-112 Беляев Б.И. Портативная система мониторинга нефтянных загрязнений / Б.И.Беляев, Ю.В.Беляев, В.В.Пеляеа и др // Лазерная физика и спектроскопия, 3-я конференция по лазерной физике и спектроскопии, Гродно 2-4 июля, 1997. – т. 1. – Минск: Издво ин-т физ. им. Степянова. – 1997. –С. 211-213 Берне Ф. Ж. Водоочистка / Ф.Бернье, Ж.Кордонье. – М.: Химия, 1997. – С. 288 Берталанфи Л. История и статус общей теории систем // Системные исследования. – М.: Наука, 1973. – С. 20-37. Биотестирование природных и сточных вод. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. – С. 108 Брагинский Л.П. Интегральная токсичность водной среды и ее оценка с помощь методов биотестирования / Л.П.Брагинский // Гидробиологический журнал. – 1993. – Т. 29, № 6. – С. 66-73 Брагинский Л.П. Персистентные пестициды в экологии пресных вод / Л.П. Брагинский, Ф.Я. Комаровский, А.И. Мережко. – Киев: Наук. думка, 1979. – С. 141 104

Бузлама В.С. Способ биологического мониторинга экологических систем и объектов / В.С. Бузлама, Ю.Е. Вашенко, Г.А. Востроилова, Ю.Т. Титов. – Пат. 2125261 Россия, МПК6 01N 33/00, G01N 33/18. – № 97108740/13, Заявл. 10.06.97; Опуб. 20.01.99, Бюл. № 2. Бязров Л.Г. Некоторые аспекты лихеноиндикации загрязнения / Л.Г. Бязров // Биоиндикация и биомониторинг. – М.: Наука, 1991. – С. 54-59 Василенко П.А. Анализ-современных oтечественных и зарубежных концепции производственного экологического мониторинга нефтегазового комплекса и ликвидации последствии чрезвычайных ситуации на этих объектах / П.А.Василенко, С.Г.Корниенко // Отчет по НИР ФНПЦ Нефтегазаэрокосмос. – М.: НПНГ, 1997. – С. 33 Венедиктов П.С. Изучение физиологического состояния древесины растений по характеристикам флуоресценции в коре однолетних побегов деревьев / П.С. Венедиктов, Ю.В. Казимирко, Т.В. Кренделева, Г.П. Кукарских // Экология. – 2000. – № 5. – С. 338-342 Виноградова Г.А. Экспресс-метод интегральной оценки качества среды обитания гидробионтов / Г.А. Виноградова, Е.В. Колотилова // Биология внутренних вод. – 1999. – № 1-3. – С. 161-166 Волкова В.Т., Давыдова Н.Д. Техногенез и трансформация ландшафтов / В.Т. Волкова, Н.Д. Давыдова. – Новосибирск: Наука, 1987. Временные методические указания: Метод биологического анализа уровня загрязнения малых рек. Утверждены Комитетом по водным ресурсам Минэкологии. – М., 1993. – С. 28 Герасимов И.П. Научные основы современного мониторинга окружающей среды // Изв. АН СССР. Сер. геогр., 1975, № 3. – С. 13-25. Гиль Т.А. Биотестирование сточных вод промышленных предприятий / Т.А. Гиль, А.Э. Балаян, Д.И. Стом // Химия и технология воды, 1993. – Т.15. – N 4. – С. 308-311. Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды в РФ в 1998 году. – Москва, 1999. – 303 с 105

Григорьев Ю.С. Биоиндикация загрязнения воздушной среды на основе замедленной флуоресценции хлорофилла листьев и феллодермы деревьев / Ю.С. Григорьев, М.А. Бугельников // Экология. – 1999. – № 4. – С. 303-305. Гриценко А.И. Экология. Нефть и газ / А.И. Гриценко, Г.С. Акопов, В.М. Максимов. -М.: Наука, 1997.-С. 598 Гусев А.Г. Биологические основы длительного опыта для определения токсичности водной среды / А.Г. Гусев, Н.С. Строганов // Материалы СЭВ. – Л., 1970. – С. 11-19. Данилов B.C. Молекулярные аспекты бактериальной люминесценции / B.C. Данилов. -1983.-С. 259-271. Егорова К.В. Оценка токсичности нефтепромысловых сточных вод / К.В. Егорова, С.К. Зарипова, А.П. Арсентьева. – Казань: гос. Ун-т, 1997. – С. 12 Жмур Н.С. Государственный и производственный контроль токсичности вод методами биотестирования в России / Н.С. Жмур. – М.: Международный Дом Сотрудничества, 1997. – С. 117 Зенин А.Н. Гидрохимический словарь / А.Н. Зенин, Н.В. Белоусов. – Л., 1988. – С. 240 Зносок Г.Н. Новые приборы и передовые технологии газоаналитичесекой техники / Г.Н.Зносок // Приборы и системы, 2000. – № 4. –С. 5-7 Израэль Ю.А. Глобальная система наблюдений. Прогноз и оценка изменений состояния окружающей природной среды. Основы мониторинга // Метеорология и гидрология, 1974. – № 7. – С. 3-8 Израэль Ю.А., Гасилина Н.К., Ровинский Ф.Я. Система наблюдений и контроля загрязнений природной среды в СССР // Метеорология и гидрология, 1978. – № 10. – С. 5-12 Киреева Н.А. Биологическая активность нефтезагрязненных почв / Н.А. Киреева, В.В. Водопьянов, А.М. Мифтахова – Уфа Гилем, 2001. Киреева Н.А. Индикация загрязнения почв нефтью по состоянию комплекса микроскопических грибов / Н.А. Киреева, А.М. Мифтахова, Н.Ф. Галимзянова // Экология и промышленность России, 2000 Январь.

106

Киреева Н.А. Микробиологическая индикация нефтезагрязненных почв / Н.А. Киреева // Нефт. и газ. пром-сть. – Сер. Защиты от коррозии и охрана окруж. среды. – № 6, 1997. – С. 11-13. Киреева Н.А. Фитотоксичность антропогенно-загрязненных почв / Н.А. Киреева, Г.Г. Кузяхметов, А.М.Мифтахова, В.В.Водопьянов. – Уфа Гилем, 2003. Киреева Н.А., Новоселова Е.И., Ямалетдинова Г.Ф. Диагностические критерии самоочищения почвы от нефти // Экология и промышленность России 2001 Декабрь. Ковда В.А., Керженцев А.С. Комплексный мониторинг экологического региона // Комплексный глобальный мониторинг загрязнения окружающей природной среды. Труды II Международного симпозиума. – Л.: Гидрометеоиздат, 1982. – С. 121-129 Комплексный глобальный мониторинг загрязнения окружающей природной среды. Труды Международного симпозиума. – Л.: Гидрометеоиздат, 1980. – 346 с. Комплексный глобальный мониторинг загрязнения окружающей природной среды / Труды II Международного симпозиума. – Л.: Гидрометеоиздат, 1982. – 392 с. Кравцова В.И. Космические методы картографирования / Под ред Ю. Ф. Книжникова. – М.: МГУ, 1995. – С. 240 Крайнюкова А.Н. Биотестирование в охране вод от загрязнения / А.Н. Крайнюкова //Методы биотестирования вод. – Черноголовка, 1988. – С.4-14. Кузьмин Ю.И. Влияние буровых и их ингредиентов на окружающую среду в условиях Крайнего Севера / Ю.И. Кузьмин, B.C. Войтенко, Ю.А. Братинко // Нефтяное хозяйство. – № 12, 1983.-С. 53-55. Лесников Л.А. Определение хронического действия токсикантов на популяции дафний по краткой и расширенной схеме анализа / Л.А. Лесников // Материалы СЭВ. – Л., 1970. – С. 57-68. Мелехова О.М. Биоиндикация загрязнения водной и почвенной сред с помощью метода биологической реакции на беспозвоночных биотестах / О.М. Мелехова // Международная конференция “Биоразнообразие наземных и почвенных беспозвоночных на Севере”, Сыктывкар 15-17 сентября 1999. – Тезис докладов – Сыктывкар, 1999. – С. 143-144 Месарович М., Такахара Я. Общая теория систем: математиче107

ские основы. – М.: Наука, 1978. – 327 с. Методические рекомендации определения токсичности воды и водных экстрактов из объектов окружающей среды по интенсивности биолюминесценции бактерий. – М.: Госкомсанэпиднадзор РФ, 1996. – C. 11 Миронов О.Г. Результаты изучения токсичности и биоразлагаемости некоторых дитер-гентов в морской воде / О.Г. Миронов, А.А. Лебедь, Г.Н. Семанов, И.А. Мурашев // Экспериментальная водная токсикология. – Рига: Зинатне. – Вып. 10, 1985. – С. 122-129. Митчелл Дж. Акваметрия / Дж.Митчелл, Д.Смит. – М.: Химия, 1980. – С. 600 Михайлова Л.В. Исследование токсичности буровых шламов из рекультивированных и нерекультивированных амбаров / Л.В. Михайлова, Т.Г. Акатьева, Г.Е. Рыбина // 1-ый съезд токсикологов России, Москва 17-20 ноября. – М., 1998. – С. 301. Немкона Н.С. Проблемы охраны водной среды на объектах транспорта и хранения газа / Н.С. Немкона, Г. С. Акопова. – М.: ИРЦ Газпрома, 1995. – С. 86 Об утверждении требований к определению исходной (фоновой) загрязненности компонентов природной среды, проектированию и ведению системы локального экологического мониторинга в границах лицензионных участков недр на территории Ханты-Мансийского автономного округа // Новости Югры. – № 89. – 2003. – С. 2-5. Овчаренко Т.Б.Тематический обзор. Приборы и средства экологического контроля (Обзор по материалам выставки) / Т.Б.Овчаренко, М.М.Чубукова, Д.Н.Чернышова. – М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1996. – С. 44 Орлова Д.С. Почвенно-экологический мониторинг и охрана почв / Д.С.Орлова, В.Д.Василевская. – М.: МГУ, 1994. – С. 272 Пампура В.Д. Геохимические исследования и картографирование снегового покрова Прибайкалья / В.Д. Пампура, И.С. Ломоносов, А.Е. Гапон. – М., 1993. – С. 42 Патин С.А. Биотестирование природных и сточных вод / С.А. Патин, Л.Е. Айвазова. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. – С. 77

108

Пиковский Ю.И. Природные и техногенные потоки углеводородов в окружающей среде / Ю.И. Пиковский. – М.: Изд-во Моск. Ун-та, 1993. – 208 с. Пиковский Ю.И. Проблема диагностики и нормирования загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами/Ю.И. Пиковский, А.Н. Геннадиев, С.С. Чернянский, Г.Н. Сахаров//Почвоведение.№ 9.- 2003.- С. 1132-1140. Петров С.И. Определение нефтепродуктов в объектах окружающей среды / С. И. Петров, Т. Н. Тюлягин, П. А. Василенко //Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – № 9. – Т. 65, 1999. – С. 3-15. Положение о Единой государственной системе экологического мониторинга. Утверждено Приказом Минприроды России №49 от 9.02.95 г. Попов А.А. Образ современного эколого-аналитического приборно-методического комплекса / А.А.Попов, С.В. Качин, Н.М.Кузьмин // Приборы. – 1999. – №9. –С. 39-43 Постановление губернатора Иркутской области от 19.12.96 № 442-п «О территориальной системе экологического мониторинга Иркутской области» Постановление Совета Министров Правительства РФ от 24.11.93 г. № 1229 «О создании единой государственной системы экологического мониторинга». Проскуряков В. А. Химия нефти и газа / В.А.Проскуряков. – СПб.: Химия, 1995. – С.448 Руссо Р.С. Информационная система по токсичности стоков сложного состава / Р.С. Руссо // Проблемы водной токсикологии, биотестирования и управления качеством воды. – Л., 1986. – С. 151-163. Савиных В. П. Оптико-электронные системы дистанционного зондирования / В.П.Савиных, В.А.Соломатин. – М.: Недра, 1995. – С. 315 Садовский В.Н. Основания общей теории систем. – М.: Наука, 1974. – 279 с. Саксонов М.Н. Комплекс методов биотестирования отходов бурения / М.Н. Саксонов, А.Э. Балаян, О.Б. Сукманский, В.П. Половиткин // Проблемы экологии. V межд. конф., Иркутск 2-28 109

ноября 1995г. – Тезисы докладов – Т. 1. – Иркутск, 1995. – С. 297-298 Сапрыкина Е.А. Реакция разновозрастных дафний на экзогенное воздействие / Е.А. Сапрыкина // Сб. Мат. Всео. попул. сем. “Экологическая и генетическая популяция”. – Йошкар-Ола, 5-9 февраля 1997. – Йошкар-Ола, 1998. – С. 301-303 Седых В.Н. Реакция растений на отходы бурения нефтяных скважин. Всхожесть семян и выживаемость сеянцев / В.Н. Седых, Л.А. Игнатьев, М.В. Семенюк // Сиб. биол. ж. – 5. – № 1, 1998.-С. 105-110. Семенов С.М., Филиппова Л.М. Прогнозирование состояния биоты в системе экологического мониторинга // Комплексный глобальный мониторинг загрязнения окружающей природной среды. Труды II Международного симпозиума. – Л.: Гидрометеоиздат, 1982,. – С. 364-370 СЗ РФ. 1997. №21. Ст. 2483 Степанова Г.С. Исследование токсичности химических загрязнителей на Daphnia magna (Straus) / Г.С. Степанова, И.И. Зобов, Л.М. Петрова // Токсикологический вестник, 1999. – № 3. – С. 22-27 Стом Д.И. Потребление живых и мертвых микроорганизмов эпишурой (Epischura baicalensis Sars.) / Д.И. Стом, Т.А. Гиль, А.Э.Балаян, О.М. Кожова // Гидробиологический журнал. – Т. 29, N 14, 1993. – С. 34-42. Теоретические вопросы биотестирования.- Волгоград, 1983. – С. 193 Территориальная организация природопользования при газопромысловом освоении Верхоленья / А.Д. Абалаков, Ф.Т. Селиков, В.П. Гуков и др. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. – 251 с. Трублаевич Ж.М. Оценка токсичности почв с помощью лабораторной культуры коллембол Ро1зогша сапсШа / Ж.М. Трублаевич Ж.М., Е.Н. Семенова // Экология, 1997. – №5. Уемов А..И. Системный подход и общая теория систем. – М.: Мир, 1978. – 167 с. Урманцев Ю.А. Общая теория систем: состояние, приложения и перспективы развития // Система. Симметрия. Гармония. – М.: Мысль, 1988. – С. 38-123. 110

Ханисламова Г.М. Использование коллембол для лабораторной оценки токсичности загрязняющих почву соединений // Проблемы охраны окружающей среды на Урале. – Межвуз сб науч Тр. – Уфа, 1995. Холодных А.И. Особенности дистационного определения атмосферных загрязнителей методом лазерной ИКспектрометрии / А.И.Холодных, И.К.Бычков, А.В.Давыдов, А.Н.Житов // Журнал аналитическая химия – 1999. – № 9 –С. 934-942 Шилин Б.В. Контроль состояния окружающей среды тепловой аэросъемкой / Б.В.Шилин, И.А.Молодчинин. – М.: Недра, 1992. – С. 64 Шульц X.И. Биохимическая индикация хвои – способ раннего распознавания эффектов повреждения / Х.И. Шульц // Биондикация и биомониторинг. – М.: Наука, 1991. – С. 70-78 Щварц С.С. Теоретические основы глобального экологического прогнозирования // Всесторонний анализ окружающей природной среды. Труды II советско-американского симпозиума. – Л.: Гидрометеоиздат, 1976. – С. 181-191 Энциклопедия экометрия. Серия Экометрия / Под редакцией Л.К.Исаева. – СПб.: Крисмас+ , 1998. – С. 896 Янг С. Системное управление организацией. – М.: Советское радио, 1972. – 324 с. Adriaanse M., Niedrlander H.A.G. and Stortelder P.B.M. Monitoring water quality in the future / M. Adriaanse, H.A.G. Niedrlander and P.B.M. Stortelder // Volume 1: Chemical monitoring. – Institute for Inland Water Management and Waste Water Treatment (Riza), Lelystad, The Netherlands, 1995. Apostol A. A bioassay of toxicity using protozoa in the study of aguatic environmet pollution and its prevention / A. Apostol // Environ. Res. – 1973. – 6, N 14. – P. 365-372. Bailleiul Mars. Analysis of the wimming velocity of cadmium – stressed Daphnia magna / Mars. Bailleiul, Ronny Blust // Aqwat toxicol. – 1999. – 44 № 4. – P.245-254. Baumard Pascale. Polycyclic aromatic hydrocarbons in sediments and mussels of the western Mediterranean sea / Pascale Baumard, 111

Helene Budiinski, Philippe Garrigues // Environ. Toxicol. and Chem. – 17, № 5, 1998. – P. 765-776. Bioassay Methods for aquatte organisms // Stand. methods for the examination of water and Waste water. – 15 ed. – New York ; Arnei. Med. Assoc. Aroer. Water Works Assoc., Woot. Pofl. Center. Fedex., 1980. – P. 615-748. Jones F.V. Drilling fluids forms respond to EPA toxicity concerns / F.V. Jones, C.M Moffit // Oil and gas I. – Vol. 84. – № 47, 1986. – P. 7177. Kratasyuk V.A. Principle of luciferase biotesting //Proceedings of International Biological Luminescence Conference. – World Scient. Singapore, 1990. -P. 550-558. Maciorowski A.F. Bioassay-procedures and re»ulti / A.F. Maciorowski, L.W. Little, J.L.Sims // J. Water Pollut Contr. Fed. – 1980. – 52, N 6. -P. 1030-1056. McGill W.W. Soil restoration following oil spills – a review // J. Canad. Petrol. Technol, 1977. – V. 16, № 2. – P.60-67. Marking L.L. Aquatic toxicology / L.L. Marking, R.S. Kimerte // Amw Soc.-Teiting a. Materiali – Philadelphia, 1979. – P. 1-667. Michels E. Photolactic behavior of Daphnia a Tool in the continuous monitoring of water anality: Exsperiments with a positioely pholotactic Daphnia magna clon / E. Michels, M. Lcynen, C. Cousyn // Woler Res. – 1999. – 33 № 2. – P. 401-408. Mohan P.Chandra. Concentration of petroleum hydrocarboons in brivalve Mytilopsis sallei and in the habour waters of Visahapatnam, east coast of India / P.Chandra Mohan, R.Raghu Prakash // Indian J. Mar. Sci. – 27. – № 3-4, 1998. – P. 496-498. Obenhuber D.C. Microtox toxicity test compared with the daphnid, flathead minnow acute lethality test for use in monitoring wastewater effuent at NASA Marshall space fight centre / D.C. Obenhuber, R.C. McCaleb // Pitsburgh Conf. Anal. Chem. And Appl. Spectrosc., New Orleans, La, March 1-5, 1998: PITTCON 98: Book Abstr. – 1998. – P. 1883. Peltier William H. Impact of an industrial effluent on aqyatic organismus EPA region IV case history.-Environ. Hazard. Asses. Effluents. Proc. Pellston. Environ. Workshop. – Cody Wyo., 22-27 Aug., 1982, N.Y., 1986. – P.216-227. 112

Rojikova-Padrtova Renata. Evaluation of alternative and standard toxicity assays for screening of environmental samples: Selection of an optimal test battery / R. Rojikova-Padrtova, B. Marsalek, I. Holoubek // Chemosphere. – 1998. – 37, № 3. – P. 495-507. Sanderson I. Thomas. Bioassays for detection of chemicals that can form bioactwation-dependent reactive frecradioals // Environ. Toxicol and Chem. – 1999. – 18 №6 . – P. 1236-1243 Stom D.I. Effect of Individua- le Phenolic Compounds and their Mixtures on Liminous Bacterial. Part 1-4 / D.I. Stom, T.A. Geel, A.E. Balayan // Acta hydrochimikal et hydrobiologica, 1986.14, 4.- P. 332-337, 415-420, 539-549, 653-659. Tahedi Harald. Fast examination of water quality using the automatic biotest ECOTOX based on the movement behavior of a freshwater flagellate / Harald Tahedi, Donat-P Hader // Water Res. – 1999. – 33 №2. – P. 426-432. Tebo L. Effluent monitoring: hisrorical perspective / L. Tebo // Environ. Hazard.Asses.Effluents. Proc.Pellston Environ. Workshop. – Cody Wyo., 22-27 Aug.1982. – N.Y., 1986. – P. 13-31. Turk R. Bioindication von Luftkerunreinigungen mittels Fleccchten / R. Turk // Okophysiologische Probleme durch Lubtverunreinigungen. Graz: Universitat Graz, 1988. – P. 13-27. Vulliermet B. Improvement of the mass and Energy Balances in the tannius Industry. – Jalca, 1980 – 75 – P. 233-275. Welters R. Автоматизированное биометодика определения активности β -галактозидазы у взрослых Daphnia magna в сравнении с классическим тестом по иммобилизации / R. Welters // Bull Environ. Contam and Toxicol, 2000. – 65 №2. – P. 139-146. Wong C.K.C. Toxicological assessment of coastal sidiments in Hong Kong using a flagellate Dunaliella lerholecta / C.K.C. Wong, R.Y.H. Chung, M.N. Wong // Environ. Pollut, 1999. – 105 №2. – P. 175-183.

113

Саксонов Михаил Наумович, Абалаков Александр Дмитриевич, Данько Лидия Вениаминовна, Бархатова Оксана Анатольевна, Балаян Алла Эдуардовна, Стом Дэвард Иосифович

ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ Учебное пособие

Рукопись печатается в авторской редакции Темплан 2005 г. Поз. 52 Подписано в печать 16.06.05. Формат 60х84 1/16. Печать трафаретная. Усл. печ. л. 6,6. Уч.-изд. л. 4,6. Тираж 100 экз. Редакционно-издательский отдел Иркутского государственного университета 664003, г. Иркутск, бульвар Гагарина, 36

114

115

116