Техника и программирование в экологии

     Основные  направления мониторинга почв в  г. Москве:

• Регулярный мониторинг состояния почв на ППМ, в ходе которого дается их агрохимическая характеристика, оценивается степень загрязнения тяжелыми металлами и полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ);
• С 2006 г. ведется наблюдение за особенностями распространения загрязнения почв вблизи транспортных магистралей (МКАД, 3е транспортное, Бульварное и Садовое кольцо);
• В 2005 г. было проведено пионерное исследование – подробное изучение степени загрязнения почв г.Москвы стойкими органическими загрязнителями (СОЗ). В ближайшем будущем планируется создание системы регулярного мониторинга СОЗ.

     Рассмотрим  приборы для определения загрязнения  почв и измерения почвенных характеристик.

1. Анализатор для определения загрязнения почвы EcoProbe 5 (RS Dynamics)

     Прибор ECOPROBE 5 устанавливает новый стандарт эксплуатационной гибкости, удобства и качества при проведении работ по обнаружению и анализу содержания летучих органических соединений и других показателей загрязнения. Этот прибор обеспечивает экономически эффективный и современный уровень обследования почвы на наличие загрязнений, с беспрецедентной шириной спектра и точностью получаемых данных. Все эти достоинства - результат уникального сочетания фотоионизационного детектора ФИД (для измерения суммарной концентрации почвенного газа) и избирательного инфракрасного детектора (для проведения раздельных измерений концентрации метана, углеводородов, и углекислого газа). Полученный комплект параметров дополняется результатами измерений температуры, давления и содержания кислорода.

     Каждый  раз, при проведении измерений, производя анализ 8 различных параметров одновременно, прибор ECOPROBE 5 значительно улучшает качество измерений в целом, и устраняет необходимость взятия образцов и их транспортировки в лабораторию. Вся процедура измерения занимает менее минуты!

     Прибор ECOPROBE 5 характеризуется крайне высокой  чувствительностью, замечательной  устойчивостью нуля как ИК, так  и ФИД анализатора, возможностью измерения пористости почвы в  режиме реального времени, и функцией определения местоположения в системе GPS. Обработка данных производится с использованием системы, совместимой с программой Surfer и другими основными системами обработки. 
Все эти достоинства делают ECOPROBE 5 действительно качественно новым прибором для контроля состояния окружающей среды.

     ОСНОВНЫЕ  ПРИМЕНЕНИЯ

     Обнаружение, определение границ и контроль содержания углеводородов и других органических соединений в почве и воде после  разлива топлива.

     Осуществление быстрого и технологически несложного контроля за подземными баками и трубопроводами на наличие протечек.

     Наблюдение  за свалками и сельскохозяйственными  отходами.

     Контроль  перемещения шлейфов загрязнений.

     Контроль  процесса восстановления биологической  среды.

     Обнаружение и контроль образования метана на закрытых угольных шахтах.

     Обнаружение и контроль газообразных токсичных веществ на промышленных предприятиях и в сельском хозяйстве.

     Обнаружение и контроль потока загрязнений через  промышленные уплотнения.

     Мониторинг  воздушного бассейна (ФИД).

     Исследование  загрязнения почвы с помощью прибора ECOPROBE 5

     Представляя собой уникальное сочетание суммарного ФИД анализатора и избирательного ИК анализатора, прибор ECOPROBE 5 предоставляет  новую методику, которая затрагивает  буквально все естественные условия, и позволяет выполнить трудную  задачу практического воплощения научного подхода к проведению и интерпретации исследований загрязнения почвы. Самыми значительными "подземными" факторами, которые обуславливают загрязнение поч-вы, являются следующие:

     Присутствие метана: Как продукт естественных биологических процессов, метан в различных концентрациях встречается повсюду, под слоем почвы.

     Проницаемость почвы: почвы с различной величиной  проницаемости создают различные  условия для образования газов, которые, в свою очередь, оказывают  значительное влияние на результаты измерений. Благодаря внутренней структуре, относительно плотные почвы, такие как глина, образуют почвенные газы за значительно более короткий период времени, по сравнению с проницаемыми почвами, такими как песок.

     Присутствие метана и широкое разнообразие значений проницаемости почвы являются двумя основными факторами, которые вносят искажения в измерение содержания почвенных газов. Оба они оказывают существенное влияние на измеренные величины концентрации загрязнений. Без внедрения нового метода ECOPROBE, эти ошибочные результаты могут привести к серьезным ошибкам в интерпретации как полевых, так и лабораторных измерений.

     Для обычных исследований прибор ECOPROBE 5 предлагает специальный режим, показывающий максимальную измеренную величину на каждом пункте измерения. Этот режим обеспечивает компенсацию измерений для почв с различной проницаемостью (красные стрелки на графиках).

     Примеры полученных результатов

     Самые современные технологические решения, заложенные в прибор ECOPROBE 5, позволяют выполнять точное и эффективное нанесение на карту подповерхностных загрязнений почвы. Комплексная процедура измерения, примененная в приборе, идеально подходит для мониторинга биовосстановительных процессов, при протекании которых бактерии вырабатывают кислород и выделяют тепло, а также метан и углекислый газ

     Комбинация  параметров помогает отличить различные  виды загрязнений, и обеспечивает более точную картину их присутствия. Концентрация CO2, кислорода, и уровни температуры указывают на подповерхностную активность бактерий Измерение давления дает информацию о процессах микровентиляции Графики, показывающие последовательности измеренных величин (на предыдущей странице), отражают структуру почвы и ее пористость

     Пояснение

     На  корреляционных графиках справа представлены протяженные загрязнения, с интервалом 20-40 м. Масштабная активность бактерий (вырабатывающих метан) видна на графике для метана. ТР канал измеряет содержание углеводородов нефти, включая метан. На графике ТР протяженные загрязнения видны большей частью как метан. Канал ФИД показывает загрязнения в форме летучих органических соединений (за исключением метана). Последние загрязнения расположены с интервалом 70-80 м. Концентрация слишком высока, чтобы измерять ее с помощью ФИД. Активность бактерий еще не началась. На графике метана нет указаний не его присутствие. График ТР показывает, что в последнем загрязнении присутствуют соединения углеводородов

     Регистрация данных и компьютерная оценка результатов  измерений

     Прибор ECOPROBE 5 обеспечивает стандартную регистрацию  данных, и дополнительную регистрацию GPS. Обе функции предоставляют  свободу перемещения к любой  точке измерения в данном месте. Все данные сохраняются на диске прибора ,в соответствии с координатами Х и Y, или GPS. Такая система регистрации данных предоставляет мощный и разносторонний инструмент для быстрого получения результатов интерпретации.

     Коммуникационное программное обеспечение ECOPROBE PLUS для Windows9x/NT обеспечивает передачу данных от прибора к компьютеру, и предоставляет основную информацию для интерпретации. Карты изолиний (при использовании, например, программ Grapher, Surfer, или Rockware) готовы примерно через 10 минут

     II. Прибор для экспресс  анализа токсичности  «Биотокс-10М»

     Назначение  и область применения

     Настоящий документ устанавливает методику быстрого и количественного контроля степени  интегральной химической токсичности  водных вытяжек из почвы в лабораторных условиях с использованием в качестве тест-объекта препаратов лиофилизированных бактерий «Эколюм»; и измерительного прибора серии «Биотокс». Тест-система реагирует на токсические соединения разнообразной химической природы и смеси веществ.

     Документ  предназначен для учреждений Государственной  санитарно-эпидемиологической службы Российской Федерации и специальных  служб федеральных органов исполнительной власти, осуществляющих ведомственный  санитарно-эпидемиологический надзор.

     Опасность загрязнения почв определяется уровнем ее возможного отрицательного влияния на контактирующие среды (вода, воздух), пищевые продукты и прямо или косвенно на человека.

     Результаты  обследования почв учитывают при  определении и прогнозе степени  их опасности для здоровья и условий проживания населения в населенных пунктах, разработке мероприятий по их рекультивации, технических решений по реабилитации и охране водосборных территорий, оценке эффективности санитарно-экологических мероприятий и текущего санитарного контроля за объектами, воздействующими на окружающую среду населенного пункта.

     Принцип методики

     Методика  основана на определении изменения  интенсивности биолюминесценции генно-инженерного  штамма бактерий при воздействии  токсических веществ, присутствующих в анализируемой пробе, по сравнению с контролем. Люминесцентные бактерии оптимальным образом сочетают в себе различные типы чувствительных структур, ответственных за генерацию биоповреждений (клеточная мембрана, цепи метаболического обмена, генетический аппарат), с экспрессностью, объективным и количественным характером отклика целостной системы на интегральное воздействие токсикантов. Это обеспечивается тем, что люминесцентные бактерии содержат фермент люциферазу, осуществляющую эффективную трансформацию энергии химических связей жизненно важных метаболитов в световой сигнал на уровне, доступном для экспрессных и количественных измерений.

     Критерием токсического действия является изменение  интенсивности биолюминесценции тест-объекта  в исследуемой пробе по сравнению с контролем. Уменьшение интенсивности биолюминесценции пропорционально токсическому эффекту.

     Острое  токсическое действие исследуемой  пробы на бактерии определяется по ингибированию их биолюминесценции за 30-ти минутный (в экспрессном варианте - 5 минут) период экспозиции. Количественная оценка параметра тест-реакции выражается в виде безразмерной величины - индекса токсичности «Т», равной отношению Т=100(1о-1)Ло, где 1о и I соответственно интенсивность свечения контроля и опыта при фиксированном времени экспозиции исследуемого раствора с тест-объектом.

     Методика  допускает три пороговых уровня индекса токсичности:

     1. допустимая степень токсичности:  индекс токсичности Т меньше 20;

     2. образец токсичен: индекс Т равен  или больше 20 и меньше 50;

     3. образец сильно токсичен: индекс токсичности Т равен или более 50.

     Характеристики  погрешности

     Метрологические характеристики биотеста в соответствии с аттестацией 4/7-93, проведенной органами Госстандарта: сходимость результатов  определения тест-параметра - 5%, воспроизводимость результатов определения тест-параметра - 5%.

     Характеристика  прибора «Биотокс-10М»

     Специализированный  люминометр «Биотокс-10М» является измерительным  прибором, предназначенным для проведения токсиколого-гигиенического мониторинга  объектов окружающей среды, с использованием микробных биолюминесцентных сенсоров серии «Эколюм». Сочетание биохимического датчика с современной электронной аппаратурой позволяет обнаруживать с высокой достоверностью чрезвычайно малые количества токсических соединений и их смесей. В приборе используется простая и надежная технология отбора и предъявления проб, которая безопасна при проведении экологической экспертизы, как в лабораторных, так и полевых условиях.

     Портативный прибор «Биотокс-10М» может осуществлять следующие функции в автоматическом режиме: определение интенсивности биолюминесценции тест-объекта, индекса токсичности пробы, усредненной величины индекса токсичности, вычисление стандартного отклонения показателя токсичности, определения величин ЕС20 и ЕС50 - пороговых значений допустимой степени и острой степени токсичности образца, исследование динамики процесса взаимодействия токсикантов с тест-объектом, компьютерная обработка данных, наличие сигнала для оператора в случае превышения пробой допустимого уровня токсичности.