В настоящее время существуют два основных способа реализации систем экологического мониторинга: аналитический, т.е. основанный на применении аналитического и измерительного оборудования для определения концентраций и расхода с дальнейшим расчетом величины выброса, и параметрический - основанный на зависимости параметров выбросов от технологических параметров процессов, в котором образуются загрязняющие вещества, и на физико-химических основах этих процессов.
Рис. 1 Классификация систем экологического мониторинга (по методам анализа)
Суть работы параметрической системы мониторинга (PEMS - по западной классификации) заключается в том, что базирующееся на математических моделях источников выбросов программное обеспечение рассчитывает концентрацию загрязняющих компонентов в сбросных потоках и их расход в зависимости от параметров технологического режима. Иным образом, математическая модель представляет собой виртуальную замену аналитического и измерительного оборудования. Исходные данные для расчета, как правило, выбираются из существующей системы управления производственным процессом.
В основу параметрической системы мониторинга состояния атмосферного воздуха ПТГ положены отраслевые расчетные методики, приведенные в «Перечне документов по расчету выделений (выбросов) загрязняющих веществ в атмосферный воздух, действующих в 2010 году».
Достоинством такой системы мониторинга является ее дешевизна. Также только с помощью расчётных методик можно определить выбросы для строящегося или реконструируемого объекта. Расчётные массовые выбросы даются с некоторым усреднением, и их точность ниже, чем при замерах. Расчётами невозможно учесть все особенности работы источника выделения, очистной установки, источника загрязнения в конкретных производственных условиях. Однако усреднённые расчётные нормы выделений загрязняющих веществ позволяют избежать и больших ошибок, возможных при замерах и вызванных неполной загрузкой оборудования, неудовлетворительной работой системы отсоса газов и пыли, погрешностью методики замеров, погрешностью приборов, ошибками оператора и т.д. Расчётный балансовый метод позволяет с высокой точностью определить валовые выбросы и сбросы загрязняющих веществ в окружающую среду по сравнению с замеренным массовым выбросом и принимаемым временем работы оборудования.
Очевидным недостатком параметрических систем мониторинга является ее ограниченная применимость для типового, широко распространённого оборудования. Новое современное оборудование, применяемые материалы, источники выделения загрязняющих веществ зарубежного производства не всегда позволяют воспользоваться расчетными методами.
Аналитические системы экологического мониторинга (CEMS - по западной классификации) реализуются с помощью различных инструментальных методик.
Инструментальные методики – качественные и количественные методики анализа вещества, для проведения которых требуется определенная аппаратура. Инструментальные методики можно разделить на две большие группы: лабораторные методы анализа и экспресс методы.
При лабораторном анализе пробы воздуха забираются в специальные контейнеры (пробозабор может осуществляться в любом доступном месте), затем на стационарном лабораторном оборудование проводится анализ. К основным лабораторным методам относятся атомно-абсорбционная и атомно-эмиссионная спектрометрия, рентгено-флуоресцентный анализ, электрохимический анализ; фотометрия, спектрофотометрия, УФ-спектрометрия; ЯМР-спектрометрия, ИК-спектрометрия, хроматография (жидкостная и газовая), масс-спектрометрия.
Лабораторными методами анализа можно получить наиболее полную информацию о составе пробы. Но такие методы анализа для задачи непрерывного контроля имеют существенные недостатки: они трудоемки, дорогостоящие, требуют много времени, также существенной задачей становится пробозабор и транспортировка пробы к месту анализа.
Экспресс-метод — общее название ускоренных методов исследования состава вещества. Выделяют ряд преимуществ экспресс-методов по сравнению с лабораторными:
· быстрота выполнения анализа и экономия времени;
· простота выполнения;
· отсутствие необходимости в каком-либо вспомогательном оборудовании, лабораторной посуде, оптических и электронных приборах, что значительно снижает материальные затраты на исследование.
В России параметрические системы экологического мониторинга используются повсеместно, а аналитические системы до последнего времени были реализованы лишь в некоторых районах РФ, т.к. внедрение и функционирование измерительных систем требует больших финансовых и временных затрат.
Но за последние пять лет в рамках создания Единой информационно-аналитической системы природопользования и охраны окружающей среды, о которой говорилось выше, происходит внедрение и развитие аналитических систем мониторинга во многих регионах РФ.
Функционирующие на территории РФ системы экологического мониторинга можно классифицировать по контролируемой среде, по используемым аналитическим методам, по специфике контролируемой ПТГ.
Классификация по контролируемой среде:
- системы мониторинга состояния атмосферного воздуха;
- системы мониторинга состояния природных вод;
- системы мониторинга состояния почв.