Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический мониторинг : мониторинг атмосферных загрязнений урбанизированных территорий

УДК 504.3.064.36 

Р17 

Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический мониторинг: Мониторинг атмосферных загрязнений урбанизированных территорий: Курс лекций/ А.З. Разяпов, И.В. Кудрин, 
Д.А. Шаповалов, А.М. Степанов. М.: МИСиС, 2001. 54 с. 

Изложены принципы построения систем экологического мониторинга. Описаны методы и средства контроля загрязнений окружающей 
природной среды. Основное внимание уделено проблемам контроля атмосферных загрязнений урбанизированных территорий (крупных городов, 
индустриаьных центров, городских агломераций). Приведены результаты 
исследований загрязнения воздушного бассейна г. Москвы – крупнейшего 
мегаполиса России. 

© Московский государственный 
институт стали и сплавов 
(Технологический университет) 
(МИСиС) 2001 

РАЗЯПОВ Анвар Закирович 
КУДРИН Игорь Владимирович 
ШАПОВАЛОВ Дмитрий Анатольевич 
СТЕПАНОВ Александр Михайлович 

МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ КОНТРОЛЯ 
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И  
ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ 

Раздел: Мониторинг атмосферных загрязнений 
урбанизированных территорий 

Курс лекций 
для студентов специальностей 3301, 3302, 6566 

Рецензент д-р хим. наук, проф. Карпов Ю.А. 

Редактор Преображенская Г.Б. 

Объем 54 стр.  
Тираж  110 экз. 

Заказ 
Цена  
Регистрационный   № 451 

Московский государственный институт стали и сплавов, 
119991 Москва, Ленинский пр-т, 4 
Отпечатано в типографии издательства «Учеба» МИСиС, 117419, Москва 
ул. Орджоникидзе, 8/9 

СОДЕРЖАНИЕ 

Предисловие.............................................................................................4 
1. Введение и основные понятия............................................................6 
2. Общая характеристика загрязнения природной среды..................11 
3. Экологические проблемы урбанизированных 
территорий .............................................................................................17 

3.1. Проблемы Московского региона .............................................19 
3.2. Эколoгические проблемы г. Москвы.......................................21 

4. Системы мониторинга атмосферных загрязнений.........................23 

4.1. Принципы построения и возможности....................................23 
4.2. Системы мониторинга Российской Федерации......................25 
4.3. Система мониторинга Московского региона..........................28 

5. Методы и средства контроля загрязнений ......................................33 
6. Контроль атмосферных загрязнений и  
источников выбросов на территории г. Москвы ................................40 

6.1. Результаты мониторинговых наблюдений..............................40 
6.2. Контроль промышленных выбросов .......................................45 

Литература .............................................................................................50 
Приложения...........................................................………....…………..49 

3 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Охрана окружающей природной среды и экологическая 
безопасность являются в настоящее время одними из наиболее 
острых 
проблем, 
затрагивающих 
интересы 
всего 
мирового 
сообщества и особенно России на современном этапе ее нелегкого 
пути 
обновления 
и 
коренных 
социально-экономических 
преобразований. 
Исключительное 
внимание, 
уделяемое 
этим 
проблемам, обусловлено, прежде всего, тем, что весьма ощутимыми 
становятся 
негативные 
последствия 
широкомасштабных 
антропогенных 
воздействий 
на 
биосферу, 
непрерывно 
возрастающего 
загрязнения 
воздушной 
среды, 
гидросферы, 
почвенно-растительного покрова. 

В окружающую среду поступает огромное количество 
веществ органического и неорганического происхождения, многие из 
которых не образуются в результате естественных процессов. 
Оценки отечественных и зарубежных специалистов показывают, что 
объемы выбросов загрязняющих веществ приобретают угрожающий 
характер и могут привести к необратимым процессам в экосистемах 
на региональном уровне и в глобальных масштабах. 

Особую тревогу вызывает загрязнение природной среды 
урбанизированных территорий (крупных городов и индустриальных 
центров, городских агломераций), где на площади, занимающей 
примерно 1 % территории суши, проживает более половины 
населения планеты, а в индустриально развитых странах эта цифра 
достигает 75...85 %. 

Основным источником загрязнения природной среды этих 
территорий является автотранспорт. Значительный вклад в общее 
загрязнение 
среды 
вносят 
также 
объекты 
энергетики, 
стройиндустрии, 
металлургии, 
коммунально-бытового 
сектора, 
залповые выбросы и сбросы загрязняющих веществ в результате 
техногенных аварий на промышленных предприятиях, пожаров и 
других ситуаций чрезвычайного характера, несанкционированные 
свалки мусора и захоронения промышленных и бытовых отходов. 

В общем комплексе природоохранных мер особое место 
занимают системы наблюдения и контроля, применяемые для этих 
целей методы и аппаратурно-технические средства, поскольку о 

4 

масштабах, характере и источниках загрязнения природной среды 
можно судить лишь по результатам экспериментальных данных. 

Данный 
курс 
лекций 
является 
первой 
частью 
подготовленного авторами курса по проблеме “Экология и 
экологическая 
безопасность 
урбанизированных 
территорий”. 
Описаны системы мониторинга атмосферных загрязнений. Дана 
характеристика применяемых в настоящее время методов и средств 
контроля загрязняющих веществ. Значительное место отведено 
проблемам контроля загрязнений воздушного бассейна г. Москвы и 
Московского региона – самого крупного промышленного региона 
России. 

Здесь 
представлены 
также 
результаты 
собственных 
исследований авторов, связанных с разработкой методологии 
контроля атмосферных загрязнений и его аппаратурно-методическим 
обеспечением. 
В 
экспериментах 
по 
исследованию 
выбросов 
промышленных предприятий различного профиля, обработке и 
обобщении результатов этих исследований принимали участие 
аспиранты МИСиС, МВТУ им. Н.Э.Баумана и др. вузов г. Москвы: 
Евлашкин О.С., 
Ильвицкий Д.Ю., 
Меланевская Л.А., 
Гражданкин А.И. В этих же экспериментах при выполнении 
курсовых и дипломных работ участвовали также студенты МИСиС 
Чернышева И. 
А., 
Кузнецова Ю.А., 
Короткова О.А. 
и 
Короткова С.А., 
Присяжный И.Х., 
Прокофьева О.И. 
Авторы 
выражают им свою благодарность. 

5 

1. ВВЕДЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ 

Современная 
экологическая 
наука 
переживает 
период 
интенсивного 
развития 
и 
качественных 
преобразований. 
В 
соответствии с этим трансформируются и наполняются новым 
содержанием термины, понятия, определения, относящиеся к 
различным ее разделам и направлениям. 

Ниже рассмотрены ключевые понятия и определения, 
принятые в системах наблюдения и контроля за состоянием 
окружающей природной среды и происходящими в ней процессами. 
Основное внимание уделено терминологии систем мониторинга 
(контроля) загрязняющих веществ. 

Термин 
мониторинг 
(от 
англ. 
monitoring – постоянное 
наблюдение за каким-либо процессом) в начале 80-х годов 
ХХ столетия был рекомендован экспертами комиссии ООН по 
проблемам окружающей среды и принят в качестве официального 
термина, означающего (применительно к окружающей среде) 
систему непрерывных наблюдений, оценки состояния и прогноза 
изменений природной среды в соответствии с научно обоснованной 
программой. 

Термин контроль (от фр. сontrole – проверка, а также 
наблюдение с целью проверки), использованный в тексте Закона 
Российской Федерации “Об охране окружающей природной среды”, 
принятого Верховным Советом РСФСР в декабре 1991 г, лишь в 
известной степени соответствует термину мониторинг. 

Контроль 
(экологический 
контроль) – понятие 
более 
широкое, которое, наряду с процессом наблюдения (измерения 
параметров и характеристик природных объектов), включает 
элементы регулирования и управления состоянием окружающей 
среды. 

В системах контроля за состоянием окружающей среды 
центральное 
место 
занимают 
организационно-правовые 
и 
контрольно-инспекционные 
функции, 
осуществляемые 
государственными службами. В системах же мониторинга основное 
внимание уделяется методологии наблюдения, научно-методическим 
и информационно-аналитическим его аспектам. 

Управление качеством среды предусматривает комплекс 
мероприятий по снижению антропогенных воздействий (в частности, 

6 

выбросов 
загрязняющих 
веществ), 
разработку 
нормативных 
документов, корректировку и принятие законов и правовых актов по 
охране объектов природной среды и др. 

В вышеуказанном Законе РФ отличительные особенности 
экологического контроля от экологического мониторинга отражены 
в задачах, решаемых системой экологического контроля. Эти задачи 
включают наблюдение за состоянием окружающей природной среды 
и ее изменением под влиянием хозяйственной и иной деятельности, 
проверку выполнения планов и мероприятий по охране природы, 
рациональному использованию природных ресурсов, оздоровлению 
окружающей 
природной 
среды, 
соблюдению 
требований 
природоохранного 
законодательства 
и 
нормативов 
качества 
окружающей природной среды. 

Таким 
образом, 
термины 
мониторинг 
и 
контроль 
(экологический контроль и экологический мониторинг) по своему 
смыслу являются близкими и 
в настоящее время широко 
используются в научной, нормативно-технической и учебнопедагогической литературе по экологии и охране окружающей 
среды. 

Современная 
система 
экологического 
мониторинга 
(контроля) является многоуровневой системой и осуществляется в 
глобальных масштабах, либо в пределах целого региона, либо на 
территории 
отдельного 
государства 
и 
его 
муниципальных 
образованиях (областях, штатах, городах) специальными службами с 
достаточно 
мощной 
и 
гибкой 
аппаратурно-методической 
и 
информационно-измерительной базой, включающей современные 
лабораторные методы, мобильные средства измерений и контроля, 
системы дистанционного зондирования параметров и характеристик 
природной среды. 

В Российской Федерации система экологического контроля 
состоит из Государственной службы наблюдения за состоянием 
окружающей 
природной 
среды, 
государственного, 
производственного и общественного экологического контроля. 

• Государственная служба наблюдения за состоянием 
окружающей природной среды осуществляет наблюдение за 
происходящими в окружающей природной среде физическими, 
химическими, биологическими процессами, за уровнем загрязнения 
атмосферного воздуха, почв, водных объектов, последствиями его 
влияния 
на 
растительный 
и 
животный 
мир; 
обеспечивает 
заинтересованные организации и население текущей и экстренной 

7 

информацией об изменениях в окружающей природной среде, 
предупреждениями и прогнозами ее состояния. 

• 

• 

• 

Государственный 
экологический 
контроль 
осуществляется специальными органами на всей территории страны 
по широкому кругу проблем природоохранного назначения и 
санитарно-эпидемиологического надзора. Органы государственного 
экологического контроля могут, в частности, устанавливать для 
предприятий и организаций нормативы выбросов и сбросов 
загрязняющих веществ, лимиты размещения отходов, назначать 
государственную экологическую экспертизу, проверять соблюдение 
нормативов качества окружающей природной среды. 

Производственный 
экологический 
контроль 
осуществляется экологической службой предприятий, учреждений, 
организаций и ставит своей задачей проверку выполнения планов и 
мероприятий по охране природы и оздоровлению окружающей 
природной среды, соблюдения нормативов качества окружающей 
природной 
среды, 
выполнения 
требований 
природоохранного 
законодательства. 

Общественный экологический контроль осуществляется 
общественными организациями и ставит своей задачей проверку 
выполнения требований Закона Российской Федерации “Об охране 
окружающей природной среды” министерствами (ведомствами), 
предприятиями, 
учреждениями, 
организациями, 
должностными 
лицами и гражданами. 

Система мониторинга (контроля) атмосферных загрязнений 
является, 
как 
правило, 
составной 
частью 
(подсистемой) 
комплексного мониторинга загрязнений объектов окружающей 
природной среды. 

Под 
системой 
мониторинга 
атмосферных 
загрязнений 
следует 
понимать 
информационно-измерительную 
систему 
непрерывных наблюдений за уровнем и источниками загрязнения 
атмосферного воздуха, обеспечивающую получение, анализ и 
обобщение текущей информации, прогноз развития ситуации и 
разработку предложений для принятия управленческих решений по 
оздоровлению качества воздушного бассейна. 

Особую актуальность и значимость эти системы приобретают 
на урбанизированных (от лат. urbos – город) территориях и в 
настоящее время такие территориальные системы являются одним из 
основных 
приоритетов 
развития 
и 
совершенствования 

8 

существующих 
систем 
экологического 
мониторинга. 
Это 
обусловлено тем, что в воздушный бассейн этих территорий с 
выбросами промышленных предприятий и автотранспорта поступает 
огромное количество загрязняющих веществ различного агрегатного 
состояния и сложного компонентно-концентрационного состава. 

Система 
мониторинга 
атмосферных 
загрязнений 
урбанизированных 
территорий 
(например, 
крупного 
города) 
включает территориальную стационарную сеть с соответствующими 
станциями 
(постами) 
наблюдения, 
передвижные 
(мобильные) 
средства контроля, а также подсистему мониторинга промышленных 
выбросов. 

Качество атмосферного воздуха играет решающую роль для 
жизнедеятельности всего живого. Известно, что в среднем взрослый 
человек потребляет в сутки примерно 10 кг воздуха, 2 кг воды и 1 кг 
твердой пищи, причем воздух потребляется постоянно и непрерывно. 
Содержащиеся 
в 
атмосфере 
загрязнения 
даже 
в 
малых 
концентрациях, попадая через органы дыхания, плохо выводятся из 
организма человека и, накапливаясь, приводят к различным 
заболеваниям. 

Загрязнение атмосферного воздуха – это поступление в 
атмосферный воздух любых твердых, жидких и газообразных 
веществ в количествах, оказывающих вредное воздействие на 
растительный и животный мир. Этот вид загрязнений можно назвать 
первичным загрязнением атмосферного воздуха. Под воздействием 
внешних 
условий 
(солнечной 
радиации, 
атмосферной 
влаги, 
температуры) 
и 
сложных 
физико-химических 
процессов 
органические и неорганические вещества загрязненной атмосферы 
трансформируются и в результате этого образуются новые вещества 
и соединения (вторичное загрязнение), не менее вредные для 
здоровья человека и окружающей среды. Особую опасность 
представляют ксенобиотики (от гр. xenos – чужой + bios – жизнь) –
 чужеродные для живых организмов вещества, которые отсутствуют 
в природных системах. К их числу относятся, например, пестициды, 
препараты бытовой химии, лекарственные средства, практический 
весь спектр промышленных и автомобильных выбросов.  

Источники загрязнения атмосферы подразделяются на две 
большие группы стационарные и передвижные. Стационарные – это 
источники 
промышленных 
выбросов 
загрязняющих 
веществ 
(дымовые и выбросные трубы), а передвижные – различные виды 
транспортных средств (в первую очередь, автотранспорт). 

9 

Контрольные вопросы 

1. Что 
понимается 
под 
мониторингом 
окружающей 
природной среды? 

2. В чем различие содержания терминов мониторинг и 
контроль, экологический мониторинг и экологический контроль? 

3. Какова система экологического контроля Российской 
Федерации? 

4. Что 
такое 
мониторинг 
(контроль) 
атмосферных 
загрязнений? 

5. Чем 
обусловлена 
приоритетность 
развития 
систем 
мониторинга атмосферных загрязнений? 

10 

2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА 
ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ 

Большинство современных экологических проблем связано, 
как 
известно, 
с 
непрерывно 
возрастающим 
антропогенным 
загрязнением окружающей природной среды. В настоящее время 
можно говорить о глобальном загрязнении среды обитания человека, 
животного и растительного мира. Н.Ф. Реймерс в своей монографии 
“Экология (теории, законы, правила, принципы и гипотезы)” 
следующим образом характеризует общую картину загрязнения 
биосферы: 

− 
загрязнение околоземного космического пространства и 
образование так называемого космического мусора; 

− 
изменение 
климата 
Земли 
вследствие 
парникового 
эффекта, выбросов метана и других газовых примесей, аэрозолей, 
легких радиоактивных газов, изменения концентрации озона; 

− 
загрязнение 
атмосферы 
с 
образованием 
кислотных 
осадков, особо вредных веществ в результате вторичных физикохимических реакций; 

− 
загрязнение 
Мирового 
океана 
нефтепродуктами, 
тяжелыми 
металлами 
и 
другими 
веществами, 
вследствие 
захоронения в его водах ядовитых и радиоактивных веществ; 

− 
истощение и загрязнение поверхностных вод суши, 
подземных вод; 

− 
накопление 
на 
поверхности 
суши 
ядовитых 
и 
радиоактивных веществ, бытовых и промышленных отходов; 

− 
ухудшение качества природной среды в городах и 
сельской 
местности, 
загрязнения 
воздуха 
выбросами 
промышленности и транспортных средств. 

Основными веществами, загрязняющими различные слои 
атмосферы, являются оксиды углерода, серы и азота, углеводороды и 
твердые взвешенные частицы. Расчетные данные о мощности 
антропогенных 
выбросов 
этих 
веществ 
показывают, 
что 
подавляющая их часть приходится на промышленно развитые 
страны. Всего же в атмосферу выбрасывается сотни миллионов тонн 
различных органических и неорганических веществ. 

11