I./32. Környezeti monitoring rendszerek Területi és települési környezetvédelem adatigényei. A mérendő paraméterek. Észlelő hálózat és észlelési gyakoriság tervezése. Az adatok értékelése és feldolgozása. Környezeti adatbázisok. I. Talaj megfigyelő rendszer A megfigyelés célja: → a termékenység fenntartása: mezőgazdasági, erdőgazdasági, szántóföldi, kertészeti → lebomlási folyamatok (erózió, defláció) → mezőgazdasági technológiák hatása: szakszerűtlen műtrágyázás, állattenyésztés termékek és melléktermékek (hígtrágya,) hulladékok mezőgazdasági használata, stb → Ipari és egyéb (közlekedési) szennyezések hatása → A talaj, mint szűrőrendszer állapotának megfigyelése A megfigyelés szervezeti formája, szervezetei → KIM (Környezetvédelmi Információs és Monitoring Rendszer) → TIM (Talajvédelmi Információs és Monitoring Rendszer ) A TIM működtetése az FVM feladata (a környezetvédelmi alapelvek figyelembe vételével) Mérőhálózat kialakítása Országos mérőhálózat (országos törzshálózat, speciális területére vonatkozó mérőhelyek, erdészeti mérőhelyek, stb.) 1236 mérőpont A mérőpont kijelölés alapelvei: természet-földrajzi viszonyok alapos helyismeret reprezentativitás szabadföldi tartam kísérletek régebbi adatok is vannak ahol egyéb elemekre is folytak mérések (kút, mély fúrás, meteorológiai megfigyelések) Mérőpontok → Mezőgazdasági területek mérőpontjai Mezőgazdasági területen 865 → Erdészeti területen 183 mérőhely: ahol őshonos fafajok vannak → zavartalan talaj fejlődés (ember) → Erdővédelmi Hálózathoz (EVH) kapcsolódás → Speciális mérőhelyek : Degradálódott területek (39) erózió, savanyosodás, szikesedés, tömörödés, cserepesedés, Ivóvízbázisok hidrogeológiai védőterületei (26) Fontosabb tavak vízgyűjtője (15) Erősen szennyezett ipari körzetek (25) Szennyvíziszap és hígtrágya kihelyezés (16) Erősen szennyezett agglomerációs körzetek, üdülők (8) Hulladékok és veszélyes hulladék lerakók környéke (1) Roncsolt felületek (9) (bányászat, rekultivált meddők)
Közlekedés által érintett (9) Katonai létesítmények (5) Természetvédelmi területek (21) Környezetvédelmi szempontból érzékeny területek (5)
Mérési időpontok talaj és talajvíz minden év szeptember 15 és október 15 között induláskor, 3 és 6 évenként A mintavételi hely megjelölése hely megjelölése GPS (Global Position System) készülékkel a koordinátákat → GIS (Geographical Information System) Talaj mintavétel Mintavétel előírásai talajtanból → Mezőgazdasági minták (5 ha-ként 1 vizsgálati minta, ami legalább 20 részmintából álljon) → Környezetvédelmi mintavétel, Pontszerű szennyezés esetén Terület szennyezés esetén Minták kezelése, előkészítése → Feljegyzések elkészítése (talajtanban leírtak szerint/ helye, ideje, mintavevő neve, stb) talajszelvény helye (GPS koordináta) talajszelvény leírása domborzat: • kitettség • lejtő % • lejtőkategória • fekvés • erózió, defláció növényzet felszíni jellegzetességek → Talajminták előkészítése (ezt általában a vizsgáló laboratórium végzi) Bolygatott szerkezetű: • Aprózás kézzel, idegen anyagok eltávolítása • Kavicsok, kövek kiválogatása visszaméréssel • Szárítás szobalevegőn, max 40 °C • Aprítás, (darálás), 2 mm-es lyukbőségű szitán MSZ-08-0206/1-1978 szerint Bolygatatlan szerkezetű: A mintát pontosan az eredeti állapotban kell megőrizni.
Vizsgálandó paraméterek → Helyszíni vizsgálatok (a vizsgálati terv szerint) → Laboratóriumi vizsgálatok Talajminták radioaktív koncentrációjának vizsgálata a felső 10 cm rétegből természetes radioaktív izotópok 238U → 226Ra 232Th-sor, 40K; Mesterséges radioaktív izotópok 134Cs, 137Cs Talajok „összes” és „oldható” nehézfémtartalmának vizsgálata (LakanenErvió-féle vizsgálatok) minden szelvény minden szintjéből • „Összes” (teljes feltárással): Cd, Co, Pb, Zn, Mo, Cr, Cu, Hg, Se, As • „Oldható” az előbbiek + Ca, Mg, Mn, Al, Fe, Na, Ni, B, Növényvédő szer vizsgálatok • Klórozott szénhidrogének HCH, Lindán, o.p. DDD, Heptaklór származékok, stb. • Triazin származékok (Hexazinon, Prometrin, Terbutrin stb.) • Fenoxi karbonsavak ( Mekoprop, MCPB, stb.)
II. A vízszennyezés megfigyelő rendszere Mintavételi program kialakítása: A programnak tartalmaznia kell: A vizsgálat célját A mintavétel helyét A mintavétel idejét A mintavétel gyakoriságát A mintavételi módszereket A minták kezelési módját A választott analitikai módszert Program a vízminőség jellemzésére: egy adott idő alatti vízminőség változás lemérésével Célja: megbecsülni a változások statisztikai paramétereit. → Ciklusos időbeni alakulás Napi ciklus esetén 24 órán keresztül egyenlő időközben 6 minta, legalább 20 minta (3-4 nap) Heti ciklus esetén a hét különböző napjain. Program a vízminőség ellenőrzésére: rendszeresen ellenőrizzük a vizsgált komponens alakulását, viszonyítva a megadott határértékekhez. → Ideális volna az automatikus vízminőség ellenőrzés Gyakoriság meghatározása mat-stat módszerrel: Mérési adatok közel azonosak és jóval a hat. ért alatt van: kisebb gyakoriság Eredmények szórnak, de az átlag a hat. ért alatt van: nagyobb gyakoriság kell Kis szórás, de a hat. ért közelében: közepes gyakoriság Víz mintavételi helyek kiválasztása → A vizsgálandó paraméter inhomogén elhelyezkedése: két vagy több összetételű víz találkozása eltérő fajsúlyú anyagok elhelyezkedése → A hely kijelölésekor figyelembe kell venni: vízhozam, szennyvíz bevezetés helyi adottságok /hidak zátonyok, stb./ elővizsgálatok eredményei folyó vizeknél mélységi mintavételre ügyelni szennyvizeknél a lamináris szakasz nem alkalmas, inkább a bukóknál, szűkületnél / az átmérő 3 – 5 –szörösénél/ A vízmintavétel körülmények, mintatípusok → a minta mennyisége az analitikától függ → a minták keverhetőségét figyelembe venni / csapadékképződés / → a minta típusok: pont minták átlag minták sorozat minták periodikus és sorozat minták → felszín alatti vizeknél figyelő kutak, vagy kutak mintázása szivattyúzás után
A mintavétel eszközei anyaga ne okozzon változást manuális felszíni mintához /vödör/ felszín alatti mintához átfolyó rendszerű, felülről vezérelt záró szerkezetű automatikus mintavételezés vízhozam vezérelt pont minták átlag minták
Figyelő kút szerkezete
A minták tárolása: Nem tartósított vízmintában történő változások Biokémiai folyamatok Egyes komponensek oxidációja Kicsapódás, kiválások Széndioxid oldódás Adszorpció a kolloid felületeken Polimer vegyületek depolimerizációja Tartósításra leggyakrabban alkalmazott módszerek Hűtés 4°C-ra Savas körülmények pH 2 Lúgos körülmények pH 12 Oxidáló szerek /HNO3/ Oldószerek (kloroform, széntetraklorid) Dezinficiáló szerek
Vizsgálandó paraméterek Vizsgálat típusa Helyszíni vizsgálatok Tájékoztató jellegű Gyors vizsgálatok Laboratóriumi vizsgálatok A megfelelő vizsgálatok kiválasztását meghatározza: a kimutathatóság határa a határérték min 20%-a szórás a határérték 0,05szöröse, vagy jobb mérési tartomány a hat ért legalább 4 szerese Legfontosabb előírások: felszíni és szennyvíz vizsgálatokra: és MSZ 260, MSZ 12750 ivóvíz MSZ 448 Ásványvizek MSZ 10889 szennyvíz bírság 3/1974, OVH víz toxikológia MSZ 22902 Vizsgálati paraméterek összefoglalása Szerves szennyezések mérése → Kémiai oxigén igény (KOI mg/l) lépései minta meghatározása és bemérése /10-50ml/ a Cl-ok zavaró hatásának kiküszöbölésére HgSO4 és katalizátorként Ag2SO4 adagolás, oxidálószerként káliumbikromát és kénsav forralás visszatitrálás vas(II) ammóniumszulfáttal ferroin indikátor mellett kékből vörösbe / Gyors módszer csak tájékoztató jellegű /alapja a króm oxidáló hatása. → Biológiai oxigén igény (BOI5 mg/l) lépései minta előkészítése és hígítása a minta beoltása, ha szükséges / házi szennyvízzel/ oxigén telítés levegővel oldott oxigén tartalom meghat /jodometriásan/ 20 °C-on inkubálás 5 napig maradék oldott oxigén tartalom meghatározás Automatizált rendszer elve: a biológiai folyamat során elfogyasztott oxigén mennyiségét mérik. → Szerves szén tartalom meghatározás nedves égetéssel kálium-bikromát és perklórsav mellett, fotométerrel száraz oxidáció magas hőmérsékleten katalizátor jelenlétében, mérés IR GC-vel a széndioxidot. → Teljes oxigénigény (TOD mg/l): teljes égetéssel katalizátor mellett → Szerves mikroszennyezők mérése
Általános eljárás nem adható meg a szennyező anyagok különbözősége miatt, de a leggyakrabban alkalmazott módszerek a GC, GC-MS, HPLC → Olajok meghatározása: a vízből széntetrakloriddal , vagy FREON-nal kiextrahált olajokat mérjük IR vagy UV fotometriával GC-vel
A nitrogén-összetevők mérése → Ammónium ion mérése Nessler-reagenssel /K2HgJ4 / sárgásbarna higany amidojodid fotometriás mérésével 404nm-nél Desztillációs-titrálásos módszer 2mg/l fölötti konc.ban → Nitrit-ion meghatározás Szulfanilsavas-naftilamin módszerrel vörösibolya színű 520nm-en fotometráljuk /érzékeny módszer/ → Nitrát-ion meghatározás Nátrium-szalicilátos módszerrel sárga szín fotometriás mérése 410 nm-en → Szerves nitrogén meghatározása Kénsavas roncsolással, vízgőz desztillációval, visszatitrálással A foszfor összetevők mérése A foszfor-molibdenát komplex savas közegben kék színű vegyületet ad aszkorbinsav redukció mellett fotometráljuk 665 nm-nél. Széndioxid, karbonát és hidrokarbonát mérése → Szabad széndioxid a víz savassága alapján NaOH-val titráluk pH=4,5-ig szabad savasság NaOH-val titráluk pH=8,3-ig összes savasság → Karbonát és hidrokarbonát-ion a víz lúgossága alapján savval való titrálással /általában kénsavval/ pH 8,3-ig szabad lúgosság általában a karbonátok pH 4,5-ig összes lúgosság általában a hidrokarbonátok Tenzidek meghatározása Az anionaktív tenzidek a metilén-kékkel reakcióba lépnek és kloroformban 650 nm-en fotometrálhatók. Egyéb anyagok mérése → Humin anyagok mérése: a zavaró anyagokat éterrel kiextraháljuk, a humin anyagokat savasan kicsapjuk, majd gélkromatográfiás módszerrel meghatározzuk → Fenolok mérése: a fenolok pH 10-nél a kálium-ferricianiddal antipirin lakkot képez és ez a vörös vegyület 510 nm-nél fotometrálható → Fémszennyezések mérése: AAS , lángfotometriás, kolorimetriás és ICP –vel mérhető.
III. A hulladék elhelyezés megfigyelő rendszere Ellenőrizendő lerakó területek (ellenőrző-megfigyelő /monitorig / rendszer ) A létesítmények műszaki állapota → szivárgás megfigyelésére szolgáló eszközök működőképességének ellenőrzése → védőtávolságon belüli felszín alatti víz minősége → lerakótelepről elvezetett felszíni víz minősége → lerakótelep környezetében kijelölt élő szervezetek állapota → a levegőszennyező anyagok emissziója, immissziója → biztonsági létesítmények állapota. A lerakó üzemeltetésével, állapotváltozásával kapcsolatos megfigyelőrendszer → A szivárgó rendszerek hatékonyságát ellenőrző rendszer aljzatszigetelő rendszerhez tartozó szivárgó-gyűjtő rendszer nyomómagasság nagyságának ellenőrzése
→ hulladék lerakó alatti víznyomás mérése piezométerekkel
→ Záró szigetelő rendszerek átszivárgás ellenőrzése liziméterekkel
A lerakó mozgás megfigyelő rendszere → depónia aljzat süllyedésének mérése mozgásmérő alappontok segítségével → depónia felszínének a süllyedését alappontokkal /1,0*1,0*1,0 m-es betontömb fagyhatárig (80 cm)/
→ depóniatestben kialakuló felszínmozgások → depóniatestbeni mozgások inklinometerrel Csurgalékvíz gyűjtő tartályok ellenőrzése Szint ellenőrzés automatikusan. Minőség ellenőrzés A lerakó környezetre gyakorolt hatását figyelő rendszer Aljzatszigetelő rendszer → telítetlen zónában a talaj/rétegvíz szennyezése különböző mélységekben indirekt követés → nedvességtartalom változás → koncentrációváltozás Talajvíz megfigyelő rendszer Telített zónában lejátszódó folyamatok • vízforgalom • vízjárás • áramlási viszonyok • vízminőség alakulása
Figyelő kút szerkezeti kialakítása Figyelembe kell venni: → A réteg térbeli szerkezetét → A réteg szemcse eloszlását → A talajvíz vagy rétegvíz ingadozását → A szennyterjedés alakulását → A szennyező anyag kémiai jellegét → A gázkilépési pontokat.
IV. A levegőszennyezés megfigyelő rendszer A légszennyeződés forrásai: → Természetes: tenger hullámzása, sivatagi homok, állati és növényi bomlás termékek, mezőgazdaság → Mesterséges eredetű: mezőgazdaság, ipar, közlekedés Mintavétel → immisszió ellenőrző hálózatok két fő típusa Air monitorok (regisztráló készülékek) szakaszos mintavétel alapján (24 órás, vagy 30 perces) → emisszió (kibocsátás) mérése Műanyag ballonba Üveg edénybe Levegő mintavevő készülékkel Fontos feljegyezni: → Az átáramoltatott levegő térfogatát → Hőmérsékletét Analitikai módszerek Igen kis anyag mennyiségekről van szó, ezért érzékeny módszerek alkalmazhatók A leggyakrabban alkalmazott eljárások: → Fotometria, → ionkromatográfia → GC → GC-MS → HPLC → AAS → konduktometria Biológiai vizsgálatok Kiterjed: → Mikroorganizmusok meghatározására táptalajon / mintavétel réses mintavevővel a táptalajra közvetlenül ráfujja a levegőt/ → Allergén pollen vizsgálatok / mikroszkóppal/ Monitorok: összeépített figyelő és mérőrendszerek Passzív monitorok: egy-egy vegyület csoportra vonatkozó több napos expozíció mérésére illetve mintavételére szolgál. Elsősorban tájékoztató jellegű eredményeket ad. Folyamatos „real time” üzemű analizátorok /air monitorok /: Folyamatos méréseket végez és továbbít az adatgyűjtő és kiértékelő helyre Mért szennyező anyagok → Kén-dioxid mérési elv: pulzáló fluoreszcencia : 314 nm-en a SO2 molekulák abszorpciója jellemző → Nitrogénoxidok mérési elv : a NO molekulák ózon hatására oxidálódnak 320 C-on, a gerjesztett állapotból visszatérve 600-1200 nm-en lumineszces sugárzást bocsátanak ki.
→ Szén-monoxid mérési elv: a CO infra tartományban abszorpciós spektrumot mutat, amelyet több körülmény is zavar. Ezt küszöböli ki a korrelációs spektrofotometria. → Ózon mérési elve: UV tartományban 253,7 nm-en jellegzetes abszorpciós csúcs van Összehasonlító méréssel vizsgálható → (Por) részecskék mérése (TSP) mérési elve: a folyamatosan előre mozgó szűrőpapír-szalagon vett pormintát βsugárral besugározzák és ennek abszorpcióját mérik. → Szerves anyag mérése (BTX) mérési elve : a metánt katalitikusan kivonják , a többi illékony szén-hidrogén összetevőt láng-ionizációs GC-vel meghatározzák Levegőszennyeződés megfigyelésére kiépített monitor állomás elvi vázlata:
V. A radioaktivitás alakulásának megfigyelő rendszere A radioaktív anyagok előfordulása. Az atmoszférában → természetes radioaktív elemek földfelszín és a vizek elsősorban a Rn izotópok földkéregből származók U, Th Rb, stb kozmikus sugárzásból 3H, 7Be, 14C → mesterséges /antropogén /: kísérleti robbantások, nukleáris erőművek és kapcsolódó tevékenységek, atomerőművek normál üzeme, nukleáris balesetek, gyógyászati tevékenység, kutatások. Radioaktív kihullás /fall out / jelensége robbanáskor gomba felhő, nyomás és hőm. csökkenés, anyag kiválás. A hidroszférában → természetes felszíni vizek a levegőből, vízi élőlények dúsítása által Rn, K, U, Th, Pb, ásványvizek radioaktív depóktól függ, ivóvíznél megengedett az összes α- és β aktivitás → mesterséges, mint fenn A pedoszférában /talajban/ → természetes igen változatos , a 40K a leggyakoribb, Rb, Rn, a legveszélyesebb a 137Cs és 90Sr viszonylag hosszú felezési ideje miatt. → Hatásuk változó és függ: a domborzati viszonyoktól, a talajok kémiai, mechanikai összetételétől, agrotechnikától, agrokémiai módszerektől. A radioaktivitás mérése Széles körű ellenőrző eszközök → műszerek → személyi mérések / feketedés mérés alapján / Laboratóriumban használatos eszközök → Geiger-Müllerszámláló: a sugárzás a csőben ionizál, az ionok vagy a katódra, vagy az anódra csapódva áramimpulzusokat hoznak létre és ezt a becsapódást számlálja → Wulf-féle impulzus elektroszkóp: speciális arany fóliát az ionok nekicsapódása kilendít és az anódhoz csap impulzust vált ki. → Wilson-féle ködkamra: elsősorban α-β sugarak kimutatására: túltelített gőz az ionizáló sugár útjában kicsapódik és nyomot hagy. → Szcintillációs számláló: elsősorban γ-sugárzás detektálására: a sugárzás a látható fénytartományban felvillanást okoz bizonyos anyagokban, ezt sokszorozzák és erősítik. (A szcitilláló kristály NaJ-és Tl –ból készül) A radioaktivitás mérést csak külön szakképesítéssel és egyéni védőfelszereléssel rendelkező személy végezhet.
VI. A zaj-és rezgésmérés rendszere Zajmérés és értékelés A zajterhelés /zaj immisszió / jellemzésére nem alkalmas a hallható hangok frekvencia tartományában mért lineáris hangnyomásszint a dB, mert az ember hallási sajátosságait nem veszi figyelembe. A hangossági szint függ / phon-görbék /: • hangnyomástól • frekvenciától A hangosság megállapítására A-szűrőket építenek a mérő készülékbe és ezt ki is jelzik a készülékek. Megkülönböztetünk súlyozott hangnyomásszinteket, egyenértékű hangnyomásszinteket, és statisztikus hangnyomásszinteket. A mérés alapelve: mindig a vizsgálat célja a fontos. Vizsgált zaj + alapzaj + alapzaj a vizsgált zajtól távolodva Mérőműszerek A különböző feladatokhoz más és más mikrofonokat használnak / ultrahangra, infrahangra szabadtéren, szűrt és irányított, parabola mikrofonok / Mikrofon részei: hangnyomásszint-mérő rész, jelfogó erősítő, frekvenciaszűrők, beállítások, jelrögzítők, analóg vagy digitális magnó, számítógép csatlakozások, kijelző műszerek.
