Экологическая маркировка продукции в мукомольной отрасли

Имеют преимущественно южное и смежное (юго-восточное и юго-западное) направление. Повторяются в феврале-марте и ноябре-декабре. Средняя продолжительность 7,3 ч (от 5 до 58 ч) Шторм 9 18,3−21,5 Сильный шторм 10 21,6−25,1 (буря) Жесткий шторм 11 25,2−29,0 Ураган 12 <29,0.

Для рассеивания ЗВ наибольшую опасность представляют штиль (нулевой) и первые скорости ветра, при которых происходит максимальное накопление примесей, загрязнение воздуха, ухудшение видимости. Сильные ветры хорошо проветривают территорию, но создают природные динамические нагрузки на здания, высотные сооружения, вызывают ветровую (эоловую) эрозию (разрушение), дефляцию (выдувание рыхлого грунта, почв) вплоть до экологических катастроф, ограничивают или приостанавливают работу на открытом воздухе.

Роза ветров.

Неустойчивость направлений ветра в течение года характеризуется величиной повторяемости ветра данного направления. Повторяемость — доля (%) ветров, обладающих определенным баллом или скоростью. Графически оба показателя получают отображение в розе ветров. Построение розы ветров является необходимой процедурой при разработке раздела «Оценка воздействия на окружающую среду» (ОВОС) каждого технико-экономического проекта вновь строящегося или реконструируемого предприятия.

ю ' ' ю.

Рис.. Повторяемость (%) направлений ветра в г. Томске: — январь; июль; апрель; октябрь Приложение 8.

Санитарно-защитная зона предприятия «Мельница Кирова» (продолжение).

При строительстве новых предприятий и реконструкции города необходимо тщательно учитывать совместную повторяемость скорости и направления ветра. Состояние воздушного пространства в целом определяется и скоростью, и направлением ветра. Так, при умеренных скоростях ветра (до 5 м/с), длительное время дующего со стороны промышленного предприятия (для Томска это ветер южного сектора), концентрация вредных примесей в атмосфере, как правило, существенно превышает допустимые нормы (ПДК для населенных пунктов). Поэтому для уменьшения аэрогенного загрязнения целесообразнее размещать селитебные зоны в южной части территории города.

Устойчивая стратификация атмосферы и температурная инверсия Годовой ход скорости ветра в тропосфере в большой степени определяется годовым ходом горизонтальных градиентов давления. По характеру движения воздушных масс тропосферу делят на слои:

приземный слой (высота 50−100 м, турбулентность ограничивается процессами трения о поверхность Земли, зависит от ее состава, рельефа и застройки);

пограничный слой высотой до 1000−1500 м;

свободная атмосфера.

Наибольший вертикальный градиент скорости ветра наблюдается в нижнем 200-метровом слое (1−1,5 м/с на каждые 100 м высоты).

Самопроизвольное развитие турбулентности в атмосфере связано с гравитационной устойчивостью атмосферы. Процессы стратификации атмосферы характеризуются величиной критерия Ричардсона (R,).

R, = g (dp/p ■ dz)/ (5м / dzf,.

где gускорение силы тяжести; р — плотность среды, кг/м3; др / dz-градиент плотности по вертикали, кг/м4; ди / dz-градиент скорости и в направлении Z, С~1.

Вертикальные пульсации переносят вниз более теплый воздух (против сил всплывания) а вверх — холодный воздух (против сил тяжести). Более обычной является именно такая стратификация (структура) атмосферы, когда по мере набора высоты температура воздуха уменьшается. Она соответствует так называемым сверхадиабатическим условиям, когда R,> 0 или неустойчивой температурной (плотностной) стратификации.

Гравитационная устойчивость атмосферы достигается тогда, когда более легкие (менее плотные) слои воздуха располагаются над более тяжелыми (плотными). Поскольку между плотностью и температурой имеется прямая связь, выражаемая уравнением Клаузиуса — Клапейрона, то можно ожидать, что устойчивая стратификация атмосферы соответствует условиям, когда на всех высотах температура воздуха оказывается выше, чем по закону адиабатического расширения.

Это означает, что по каким-то причинам расширяющийся при поднятии вверх воздух теряет температуру медленнее, чем по закону адиабатического расширения. Экологическим следствием является то, что новые возмущения, появляющиеся по каким-то причинам в потоке газа, не развиваются, а наоборот гаснут. Поэтому процесс рассеяния выбросов загрязняющих веществ (из высоких труб стационарных источников, самолетов и т. п.) происходит медленнее, в результате чего дольше сохраняется более концентрированный шлейф газа.

Критерий Rjявляется показателем возможности образования в атмосфере состояний, которые называются инверсиями температуры. Инверсия температуры — это повышение температуры воздуха с высотой в некотором слое атмосферы вместо обычного понижения. Различают приземные инверсии, начинающиеся непосредственно от поверхности Земли, и инверсии температуры в свободной атмосфере. Первые чаще всего связаны с охлаждением приземного слоя воздуха от холодной земной поверхности и проявляются в виде смога, а вторые — с нисходящими движениями воздуха, адиабатически повышающими его температуру. Как было отмечено выше, инверсия температуры соответствует гравитационной устойчивости атмосферы. При инверсии температуры величина др/dzпринимает отрицательное значение и R,< 0. Такой ход плотности и, соответственно, температура называется нададиабатическим.

Приложение 8.

Санитарно-защитная зона предприятия «Мельница Кирова» (продолжение).

Наконец, при = 0 осуществляется нейтральная стратификация, когда плотность при подъеме потока воздуха уменьшается не больше и не меньше, чем на др / дz, т. е. в полном соответствии с адиабатическим градиентом плотности.

При нейтральной стратификации (безразличном состоянии) атмосфера характеризуется снижением температуры воздуха каждые 100 м высоты на 1 °C (сухоадиабатический градиент). Температура любого слоя воздуха определяется только его высотой и, что весьма существенно, она постоянно одинакова с окружающей его атмосферой. В результате не будет перемещения этого объема воздуха ни вверх, ни вниз (безразличное состояние атмосферы). С точки зрения рассеяния загрязняющих веществ, такое состояние не самое худшее, но и особо благоприятным оно не является. Рассеяние примесей происходит с равной вероятностью как по вертикали, так и по горизонтали (рис.

9.5, б). Отсюда следует еще один важный вывод. Утверждения о более теплых или холодных слоях нельзя понимать буквально. Нужно осознать, что в общем случае речь идет о сравнении с температурой, которая была бы при адиабатическом расширении воздуха при его подъеме на данную высоту.

Рассеивание факелов и облаков ЗВ в чистом воздухе при сверхадиабатических (гравитационно-неустойчивых) условиях характеризуется большими коэффициентами турбулентного переноса и, как следствие, быстрым рассеянием ЗВ. Распространение выходящих из труб выбросов в атмосфере определяется аэродинамикой самой нижней части атмосферы. Потоки воздуха вблизи Земли могут быть турбулентными и ламинарными. В солнечный день прогрев природных сред усиливается по сравнению с верхними слоями воздуха, поэтому поднимающиеся потоки теплого воздуха поддерживают атмосферу в состоянии турбулентности (задымленности или фумигации приземного слоя) и нестабильных условий (рис. 9.5, а). Во второй половине такого дня инсоляция может стать причиной инверсии и застоя в верхних слоях приземного слоя. Такая инверсия, характеризующаяся высотой своего расположения и протяженностью ослабленного смешения, называется приподнятой (рис. 9.5, г).

Если приподнятая инверсия находится несколько выше устья дымовой трубы, то дым может и не пробить верхний слой атмосферы, и в таком случае выбросы прижимаются к Земле, создавая максимальное загрязнение приземных слоев. Все разнообразие типологических ситуаций, возникающих при рассеянии шлейфов дымовых выбросов в зависимости от вертикальных профилей температуры, скорости ветра и других атмосферных условий.

В ясную ночь земля охлаждается быстрее, и холодный воздух вблизи земли плохо перемешивается с более теплыми верхними слоями, ветер у земли стихает. В период зимнего антициклона, особенно когда дым или туман ослабляют солнечное тепло, такое устойчивое состояние может наблюдаться в течение всего дня (см. рис. 9.5, б). Утром приповерхностный слой прогревается быстрее, чем более верхние слои, и вновь появляется турбулентность.

В облачную погоду солнечная радиация минимальна, и температурный градиент становится нейтральным. Температура воздуха с высотой падает за счет охлаждения поднимающегося воздуха при адиабатическом расширении. Турбулентность в воздухе зависит от ветра и рельефа местности (см. рис. 9.5, б).

Концентрация загрязнителей во всех случаях максимальна в центре струи и уменьшается к периферии, особенно резко в состоянии инверсии.

Установление размеров санитарно-защитной зоны (L0).

Ширина СЗЗ определяется двумя способами:

по нормативным показателям;

расчетным путем.

Первый вариант применяем, когда на внешней границе СЗЗ концентрация всех ЗВ С0бЩ ^ ПДКм р, и ширина СЗЗ принимается в соответствии с нормативами (Р 2.

2.2006;05).

Второй вариант используют в тех случаях, когда Собщ > ПДКмр на внешней границе СЗЗ. Здесь ширина СЗЗ устанавливается в соответствии с расчетами.

В обоих вариантах учитываются климатические факторы и неблагоприятные метеорологические условия (НМУ). Учет одного из них — опасной скорости ветра — рассмотрен во П-ой части методических указаний «Экология атмосферного воздуха» (2000 г.).

Приложение 8.

Санитарно-защитная зона предприятия «Мельница Кирова» (продолжение).

Общие принципы расчета расстояния Lq от центра СЗЗ до ее внешней границы в заданном направлении Рассчитывается Zo;, на котором С0бщ = ПДК.

Lotкорректируется в соответствии с вытянутостью розы ветров в рассматриваемом направлении.

Методика расчета расстояния от центра СЗЗ до ее внешней границы в заданном направлении Для каждого источника определяется максимальная приземная концентрация каждой примеси — См, и расстояние, на котором она образуется Рассчитывается С0бЩ1 при средневзвешенной опасной скорости ветра UMCдля высоких организованных источников выбросов:

Собщ1 = ЕСМу — U = иыс + ЕСШ-1 U = иыс + Сф/,.

где Сш — вклад низких неорганизованных источников.

Если С0бЩ1< ПДК, то определяют С0бЩ2 при скорости ветра равной 1 м/с:

С0бщ2 = ЕС/о, у I U=1 т / с + ЕСНI U=1 т / с + Сф,-.

Если С0бщ1< ПДК и С0бщ2 ^ ПДК, то принимают нормируемую ширину СЗЗ = Со;

Если С0бщ1> ПДК, то расчет ведут по методу координатных сеток, рассчитывая С0бЩ (и = имс, м/с) в узлах координатной сетки с центром координат, совпадающим с центром СЗЗ (шаг сетки — для объектов I и II классов вредности — 250 м, для III — 100 м, IV — 25 м, до тех пор пока С0бЩ ^ ПДК).

Если С0бщ1< ПДК, а С0бЩ2> ПДК, то расчет ведут по методу координатных сеток, рассчитывая С0бЩ (и = 1 м/с) в узлах координатной сетки с центром координат, совпадающим с центром СЗЗ, до тех пор пока С0бЩ ^ ПДК.

Затем рассчитывают окончательный размер СЗЗ L (м) — расчетное расстояние от центра СЗЗ до ее внешней границы — с учетом вытянутости розы ветров:

L = L0pn/po,(м),.

где р"/ро — вытянутость среднегодовой розы ветров в рассматриваемом направлении.

Приложение 9.

Схема экологического рециклинга производства экомаркировки предприятия «Мельница Кирова».

Приложение 10.

Входные и выходные потоки воздействий на окружающую среду, связанных с жизненным циклом продукции Приложение 11.

Модель интегрирования экологических аспектов в процесс проектирования и разработки продукции с экознаком предприятия «Мельница Кирова».

Приложение 12.

Контроль качества производства «Мельница Кирова».

Фундаментальная для геоэкологии окружающей среды потребность в современных экспрессных, надежных, высокочувствительных и селективных методах контроля становится все более острой, в настоящее время данные анализа всё чаще служат для принятия решений о регулирующих мерах и санкциях. При этом число методов, которые сейчас доступны аналитику, так возросло, что при их выборе возникают трудности. Это в свою очередь и определяет необходимость знания некоторого минимума обобщенных характеристик и систематизации контрольных методов. Разбору и обсуждению данной весьма обширной области и посвящен настоящий раздел.

Это сделано, с одной стороны, специально, а с другой — вынужденно, так как глубокое рассмотрение этих вопросов вряд ли возможно без знания физико-химических принципов основных методов анализа.

Касаясь классификации важнейших методов анализа загрязняющих веществ, необходимо отметить её некоторую условность и возможную спорность. Автор настоящего пособия счел возможным при классифицировании опереться на традиционные подходы, свойственные известным школам геохимии и аналитической химии.

Физико-химические принципы основных методов анализа Гравиметрия (весовой анализ) — основывается на выделении и взвешивании труднорастворимого соединения определяемого элемента. Например, железо (III) осаждают из раствора аммиаком в виде гидроксида, последний отфильтровывают на беззольном фильтре, прокаливают в муфельной печи до оксида железа (III), который и взвешивают:

Fe+3+ Na (OH) = Fe (OH)3miQ Fe203.

Осаждение должно проводиться так, чтобы другие элементы полностью оставались в растворе, что достигается подбором селективного осадителя или «маскировкой» примесей (переводом их в неосаждаемые формы).

Титрование (титриметрический анализ) основывается на постепенном добавлении к исследуемому раствору некоторого реагента до достижения эквивалентности, которая определяется с помощью индикаторов или приборов.

Например, для определения концентрации кислоты к ее раствору добавляют раствор щелочи до pH = 7, что фиксируется с помощью индикатора, который изменяет свою окраску при pH, близком к 7, или рН-метра.

По тому же принципу определяют концентрации окислителя (его титруют восстановителем), ионов тяжелых металлов (их титруют комплексообразователями) и т. п. Во всех случаях существуют подходящие индикаторы или приборы, позволяющие определять точку эквивалентности.

Расчет концентрации в любом варианте ведется на основе уравнения.

C, F, = C2F2,.

где С] и С2 — концентрации первого и второго растворов (одна из них известна); Vи F2- их объемы.

Спектрофотометрня основывается на измерении интенсивности поглощения или испускания излучения в той или иной части спектра (видимой, УФ, ИК и т. д.), которое обусловлено переходом атома, иона или молекулы в возбужденное состояние или из такового в нормальное. Для этого используются спектрофотометры различных конструкций.

Перед определением концентрации спектрофотометр калибруется, т. е. определяются его показания при использовании растворов с точно известными концентрациями, на основании чего строится калибровочный график — зависимость показания прибора от концентрации, по которому и находят концентрацию исследуемого раствора.

Нейтронно-активационный анализ основывается на измерении радиоактивности изучаемой пробы после ее облучения потоком нейтронов. Количество определяемого элемента находят путем сравнения радиоактивности изучаемой пробы с радиоактивностью эталона, облученного в тех же условиях.

Приложение 12 (продолжение).

Методы концентрирования поллютантов Выделяют следующие методы концентрирования поллютантов:

Экстракция — процесс распределения некоторого вещества между двумя несмешивающимися жидкими фазами (наиболее часто водой и органической жидкостью, иногда расплавами металлов или солей). Например, йод практически полностью переходит из водной фазы в эфир или хлороформ.

Хроматография — процесс распределения между подвижной (элюентом) и неподвижной фазами используется в методах разделения и анализа смесей. Хроматография может быть основана на различной способности компонентов к адсорбции (адсорбционная хроматография), абсорбции (распределительная хроматография), ионному обмену (ионообменная хроматография) или др. В зависимости от агрегатного состояния элюента различают газовую и жидкостную хроматографию.

Хроматографическое разделение проводят в трубках, заполненных сорбентом (колоночная хроматография); в капиллярах длиной несколько десятков метров, на стенки которых нанесен сорбент (капиллярная хроматография); на пластинках, покрытых слоем адсорбента (тонкослойная хроматография); на бумаге (бумажная хроматография). Хроматография широко используется в лабораториях и в промышленности для контроля производства и выделения индивидуальных веществ.

Количественно оба метода можно охарактеризовать степенью извлечения (обычно выраженная в процентах доля вещества, перешедшая в ту фазу, которая обогащается этим веществом), коэффициентом или степенью обогащения (концентрирования), показывающими, во сколько раз концентрация вещества в более богатой им фазе выше концентрации в исходном растворе, или коэффициентом распределения, равным отношению концентрации распределяющегося вещества в органической (или твердой) фазе к концентрации его в водной фазе в состоянии равновесия. Полярография — электрохимический метод качественного и количественного анализа, а также исследования кинетики химических процессов, основанный на изучении вольтамперных кривых (полярограмм), получаемых при электролизе исследуемого вещества. Все шире применяется для определения токсических, благородных и других металлов. Физико-химическая титриметрия — совокупность электро-, радио-, оптикои т. п. методов количественного химического анализа, заключающихся в измерении объема раствора реактива известной концентрации, расходуемого на реакцию с данным количеством (объемом) определяемого вещества. В титриметрическом анализе используются реакции нейтрализации, окислениявосстановления, осаждения и комплексообразования. Титриметрический анализ осуществляется путем титрования, конечную точку которого находят при помощи химических индикаторов (например, pH) или по резкому изменению каких-либо физических характеристик исследуемого раствора с помощью точных приборов. Спектроскопия — раздел физики, изучает спектры электромагнитного излучения. По диапазонам длин волн различают: радиоспектроскопию, инфракрасную спектроскопию, спектроскопию видимого излучения, ультрафиолетовую спектроскопию, рентгеновскую спектроскопию и гамма-спектроскопию.По иерархическим типам атомных систем различают: атомную спектроскопию, молекулярную спектроскопию, спектроскопию кристаллов. В зависимости от источников излучения, используемых приборов и других экспериментальных особенностей существует еще одна классификация методов спектроскопии: лазерная спектроскопия, фурье-спектроскопия, вакуумная спектроскопия, ультрафиолетовая спектроскопия и т. п.

Ультрафиолетовая спектроскопия — спектроскопия в УФ-области спектра. В интервале 200−10 нм она называется вакуумной, так как воздух в этой области непрозрачен и для исследования применяют вакуумные спектральные приборы. Области приложения вакуумной спектроскопии в геоэкологии очень широки: спектральный анализ, физика плазмы, астрофизика и др. Люминесцентные методы — методы анализа неорганического и органического веществ по характеру их люминесценции. Качественная люминесценция определяется по виду ее спектра, количественная люминесценция — по интенсивности характеристических линий в спектре люминесценции анализируемого вещества и эталона. Кинетические методы анализа — основаны на измерении зависимости реакций от концентраций реагирующих веществ. Они являются особо чувствительными и используются для определения следовых элементов в металлах и биологических объектах. Радиометрия — представляет собой совокупность физикохимических методов измерений активности (числа распада в единицу времени) нуклидов в природных и искусственных источниках. Для выполнения инструментальных измерений при радиоэкологическом обследовании объектов строительства используются различные типы измерительной аппаратуры.

Приложение 12 (продолжение) Классификация приборов и оборудования для регистрации радиоактивных излучений предусматривает некоторое их функциональное разделение на радиометры, дозиметры и спектрометры. Радиометры — приборы, предназначенные для измерения числа актов радиоактивного распада в единицу времени. Дозиметры — устройства для измерения дозы радиоактивного излучения. Спектрометры — устройства, предназначенные для измерения распределения радиоактивного излучения по энергии, массе, заряду или времени. В последнее время также получили распространение универсальные (или экспертные) приборы и измерительные комплексы, которые в той или иной степени одновременно совмещают в себе функции радиометрической, дозиметрической и спектрометрической аппаратуры.

Радиометры радона портативные РРА-01 и РРА-01М (рис. .1) предназначены для измерения текущих значений ОА радона в воздухе в диапазоне от 20 до 2,0−104 Бк/м3 с экспозицией от 10 до 99 мин. Они способны работать при температуре от +5 до +35 °С и его относительной влажности воздуха до 86%.

Рис. .

1. Радиометр радона портативный РРА-01М.

Конструктивно радиометры состоят из блоков детектирования, регистрации, управления и питания. Модификации РРА-01 иРРА-01М отличаются расположением этих блоков и внешним оформлением.

В качестве детектора в радиометре используется поверхностно-барьерный полупроводниковый детектор (ПГТД) типа ДКПС-100 или ДКПС-200, который располагается в измерительной камере и находится под отрицательным потенциалом относительно её стенок. В процессе измерения окружающий воздух, содержащий Rn-222, переводится в измерительную камеру радиометра. Атомы Ро-218, образующиеся при распаде радона в объёме камеры, находятся в ионизированном состоянии и несут положительный заряд. Поэтому они собираются на поверхности детектора. В результате ОА Rn-222 определяется по количеству альфа-частиц, зарегистрированных при распаде атомов Ро-218, осевших на поверхности ППД.

Численная оценка объёмной активности радона в воздухе производится умножением количества альфа-частиц, зарегистрированных за время измерения, на ряд переводных коэффициентов, устанавливаемых для каждого прибора индивидуально.

Радиометры радона РРА-01МП и РРА-01М-01 (рис. .2) по основным техническим характеристикам подобны основной модификации прибора РРА-01, но отличаются от него рядом особенностей внутреннего устройства и внешнего оформления.

Приложение 12 (продолжение) Рис. .

2. Радиометр радона РРА-01 М-01 «Альфарад».

В частности, они имеют:

улучшенный дизайн с использованием гибкой плёночной клавиатуры на лицевой панели;

— встроенный микропроцессор, позволяющий рассчитывать и отражать на матричном жидкокристаллическом индикаторе значения ОА Rn-222 (Бк/м3) и их относительные погрешности;

— специальные режимы для измерения ОА Rn-222 в воде и подпочвенном воздухе;

возможность вывода спектрометрической информации на многоканальный анализатор;

фильтр очистки воздуха от твёрдой дисперсной фазы аэрозолей и избыточной влаги;

— встроенную автоматическую воздуходувку с производительностью 1 л/мин;

— устройства для автоматического учёта фона измерительной камеры и корректировки результатов на влажность воздуха и неустановившееся радиоактивное равновесие между Rn-222 и Ро-218 В измерительной камере.

Радиометр радона РРА-03 является более поздней разработкой и предназначен для автоматизированного или ручного измерения ОА радона и торона в воздухе, воде и подпочвенном воздухе с использованием приставки ПОУ-02.

В радиометре предусмотрена возможность автоматического накопления результатов последовательных измерений ОА радона и торона, температуры окружающего воздуха и его влажности с последующей передачей их на внешнюю ПЭВМ. Количество результатов, хранимых в ОЗУ радиометра, более 1500; продолжительность одного измерения может быть установлена равной 10 или 40 мин.

Пробоотборное устройство ПОУ-04 (рис. 3.3) является приставкой к радиометрам радона серии РРА. ПОУ предназначено для измерения ОА радона в воде в диапазоне от 250 до 200 000 Бк/м3, а также отбора проб воздуха с целью последующего лабораторного измерения ОА радона в диапазоне от 46 до 50 000 Бк/м3. Предусмотрена возможность доукомплектования этого устройства специальными пробоотборниками для измерения О, А радона в подпочвенном воздухе.

Прибор имеет в своем составе пробоотборники воздуха, воздуходувку с таймерным блоком, барботёры и блок аккумуляторного питания с зарядным устройством.

Принцип определения содержания Rn-222 в воде заключается в способности газа радона легко покидать водную среду при её активном перемешивании (барботирование). При помощи воздуходувки воздух, проходящий через толщу воды в барботёре, насыщается радоном и переводится в измерительную камеру радиометра типа РРА.

Приложение 12 (продолжение) Рис. 3. Пробоотборное устройство ПОУ-4.

Радиометр объемной активности радона-222 AlphaGUARDPQ2000радиометр разработан и изготавливается германской фирмой GenitronInstrumentsGmbH (рис. 4). Он предназначен для мгновенных (инспекционных) измерений ОА Rn- 222 в диапазоне от 20 до 2106.

Бк/м3 в воздухе помещений жилищного, общественного и производственного назначения, в шахтах, горных выработках, пещерах и др. объектов с одновременной регистрацией температуры воздуха, влажности и атмосферного давления. Продолжительность измерения может быть установлена равной 10 или 60 мин. Кроме того, в приборе предусмотрен режим активного поиска источников радона с экспозицией 5 мин при погрешности результатов до +50% без сохранения данных в памяти. Различают два вида моделей прибора AlphaGUARD, адаптированных для разных систем мировых единиц: PQ2000 и модель МС50 (США).

Рис. 4. Радиометр объемной активности радона-222 AlphaGUARDPQ2000.

Эксплуатационные характеристики радиометра позволяют выполнять измерения при температуре окружающего воздуха от -10 до +50 °С и его относительной влажности до 99%.

В памяти радиометра может храниться свыше 7000 результатов измерения ОА радона и других физических параметров окружающей среды. Это обеспечивает возможность использования радиометра в режиме длительного мониторинга, причём одновременно полученные результаты позволяют изучать зависимость ОА радона от изменчивости внешних факторов и оценивать их средние интегральные значения за период мониторинга.

Специальная версия прибора AlphaGuardPQ2000 PROоснащена дополнительным каналом измерения мощности дозы гамма-излучения, содержащим встроенный датчик мощности дозы (счетчик Гейгера-Мюллера), а также разъёмом для подключения внешних датчиков параметров окружающей среды.

Приложение 12 (продолжение) Диапазон измерения эквивалента мощности дозы внешнего гамма-излучения составляет от 0,02 до 10 м3в/ч.

Модификация радиометра AlphaGuardPQ2000;Sпредназначена для определения ОА радона в почвенном воздухе в диапазоне от 1 до 2 ООО ООО Бк/м3 при продолжительности одного измерения 1 или 10 мин с ёмкостью цифровой памяти до 3400 результатов.

Устройство радиометра AlphaGuardдопускает возможность измерений ОА не только радона, но и торона с использованием специальной методики.

Измерение объёмной активности радона выполняется в объёме рабочей камеры, которая представляет собой импульсную ионизационную камеру.

В процессе измерения окружающий воздух в режиме пассивной диффузии через стекловолоконный фильтр поступает в ионизационную камеру объемом 0,56 л. Фильтр пропускает в камеру газообразные компоненты воздуха, но задерживает дочерние продукты распада радона, содержащиеся в окружающем воздухе в виде твёрдых аэрозольных частиц, а также защищает внутреннюю поверхность ионизационной камеры от загрязнения пылью. Сигнал с выхода ионизационной камеры поступает на вход аналого-цифрового преобразователя спектрометрического тракта, где определяются характеристики сигнала не только по его амплитуде, но также производится его классификация по форме импульса.

Данные, получаемые прибором, могут быть представлены как трехмерный спектр с Х-координатой, отражающей амплитуду импульсов, пропорциональную энергии альфа-частиц, У-координатой, характеризующей количество импульсов в единицу времени, и Z-координатой, описывающей форму импульсов. В результате такого трёхмерного описания становится возможной высокоэффективная сортировка импульсов с определением их принадлежности регистрируемым альфа-частицам и отбраковкой импульсов, обусловленных различными помехами, такими как микрофонный, электромагнитный и другие мешающие эффекты.

Устройство прибора обеспечивает передачу данных в IBMPCпо кабелю со стандартным разъёмом RS-232. Для обработки данных, в зависимости от модели радиометра, в комплекте с прибором поставляются пакеты специализированных программ AlphaView, AlphaExpert, AlphaExpert-UPSuper+2. Они позволяют отслеживать изменение во времени ОА радона, гамма-фона, атмосферного давления, температуры и влажности воздуха; вычислять их средние значения и стандартные отклонения, коэффициенты корреляции между ними; рассчитывать разнообразные математические функции (кратность воздухообмена, кривую распада Rn-222 и др.); наконец, контролировать правильность функционирования отдельных узлов и устройств радиометра.

Штатное математическое обеспечение допускает преобразование данных в форматы, удобные для работы с различными программными приложениями, такими как MathCad, MicrosoftExcelи Statistica.

В комплекте с прибором по требованию заказчика поставляются: 1) герметичные металлические контейнеры емкостью от 10 до 220 л, предназначенные для определения эманирующей способности различных материалов и изделий, градуирования и поверки радиометров радона, изучения воздействия радона и его ДПР на биологические объекты;

специальная камера-ёмкость объёмом 34 л (570×370×165 мм) для измерений эксгаляции радона из почвы; 3) пробоотборные приставки для определения ОА радона в пробах воды и почвенного воздуха; 4) бустерная (внешняя) батарея, обеспечивающая работу радиометра независимо от сети в течение 30 суток; 5) многофункциональная механическая воздуходувка AlphaPumpпроизводительностью 0,3; 0,5; 1 л/мин, обеспечивающая два режима работы — нагнетание воздуха и его вытяжку, с автономным источником питания.

Измерительный комплекс TN-WL-02производится канадской фирмой Thomson&NielsenElectronicsLTDи предназначен для регистрации дочерних продуктов распада радона в воздухе. В процессе измерения воздух, содержащий радон и его ДПР, прокачивается небольшой помпой через бумажный фильтр, на котором происходит осаждение ДПР радона. Скорость воздуха регулируется и контролируется ротаметром. Альфа-частицы, испускаемые осевшими на фильтре Ро-218 и Ро-214, регистрируются полупроводниковым детектором и обрабатываются цифровой интегральной схемой. Количество альфа-частиц, зарегистрированных за время измерения, которое может быть установлено в пределах от 0,5 до 24 ч или без ограничений, отображается на цифровом дисплее. Объём прокачанного воздуха и количество зарегистрированных альфа-частиц в совокупности со временем экспозиции определяют уровень ДПР в воздухе.

Приложение 12 (продолжение).

Измерительный комплекс совместим с радиометром AlphaGuard PQ2000 PRO. Это позволяет, используя модуль TN-WL-02 в качестве внешнего датчика радиометра, выполнять одновременные измерения как ОА Rn-222, так и дочернего короткоживущего нуклида Ро-218 с сохранением результатов в памяти радиометра. Специальная версия программного приложения радиометра обеспечивает расчёт уровня скрытой энергии дочерних продуктов распада радона, а также расчет значений коэффициента равновесия и эквивалентной равновесной объёмной активности радона.

Методы и аппаратура, предназначенные для измерения средних значений ОА радона, характерных для длительных интервалов времени, основаны на использовании трековых, адсорбционных и электретных детекторов. Эти способы регистрации радона носят название интегральных методов. Они лишь недавно стали применяться в отечественной практике и поэтому недостаточно хорошо известны специалистам-радиоэкологам. Поэтому описание приборов предваряется изложением физической сущности этих методов.

Метод трековой радиометрии радона основан на способности альфа-частиц при прохождении через тонкие органические плёнки образовывать в них линейные дефекты, или треки, причём между ОА радона в воздухе, окружающем детектор, и количеством треков при определённых условиях сохраняется пропорциональность.

Трековый детектор (ТРД) для измерения ОА радона представляет собой тонкую плёнку из органического материала, помещённую в контейнер, снабжённый крышкой с диффузионным фильтром. Этот фильтр пропускает газообразный радон, но предотвращает попадание внутрь контейнера пыли, аэрозолей, содержащих дочерние продукты распада радона, и паров воды. Среднее время диффузии воздуха, содержащего радон, внутрь контейнера составляет около 2 ч. За этот период другие радиоактивные эманации — торон и актинон, период полураспада которых составляет около 56 и 4 с, распадаются, и их влияние на результаты измерений исключается.

На рис. .5 показано устройство одной из измерительных камер. Она состоит из корпуса 2 объёмом 100 см³ и крышки 3 с многочисленными отверстиями. В крышку вкладывается диффузионный фильтр 5. Воздух, содержащий радон, проходит в камеру через отверстия в крышке и диффузионный фильтр. Внутри камеры на специальных направляющих устанавливается рамка 1 размерами 50×50 мм, в окне которой закреплён ТРД 9 — нитроцеллюлозная (НЦ) плёнка толщиной 10−15 мкм с рабочей поверхностью 16×23 мм. Рамка имеет отверстия 7, располагаемые в индивидуальном порядке, необходимом для её автоматической идентификации.

Рис. 5. Сборка пассивного трекового радиометра:

I — рабочее окно рамки; 2 — пластмассовый стакан; 3 — крышка с отверстиями; 4 — диффузионный фильтр; 5 — прижимное кольцо; 6 — направляющие грани; 7 — маркировочные отверстия; 8 — прижимная рамка; 9- НЦ иченка.

В процессе экспонирования в атмосфере, содержащей радиоактивные эманации, в НЦ-плёнке образуются микроотверстия по следу (треку) альфа-частиц. Эти треки можно наблюдать в электронный микроскоп. Бесспорно, это дорогой способ, непригодный для практического счёта треков.

В 1972 г. в США был запатентован метод химического травления треков, который делает их видимыми в обычные оптические микроскопы с увеличением в 100−500 раз. Однако визуальный счёт плотности треков в детекторах с применением микроскопа является субъективной операцией, отнимающей достаточно много времени.

Приложение 12 (продолжение) В настоящее время для подсчёта количества треков используется метод искрового счёта, идея и принципы которого были предложены еще в 1968 г. Его основным достоинством является объективность и возможность быстрого подсчёта треков на большей площади.

Обработка пленочного детектора после экспонирования и травления составляет три этапа. Целью первого, предварительного, этапа является создание сквозных отверстий в НЦплёнке по следам всех треков, включая не до конца протравленные, приповерхностные и наклонные.

Для этого протравленная НЦ-плёнка покрывается тонкой алюминизированной лавсановой (тефлоновой) пленкой и помещается между двумя электродами. На один из электродов подаётся напряжение, и при разности потенциалов, равной 700−900 В, происходит разряд через один из треков, канал которого представляет для электрического тока путь с наименьшим сопротивлением. Искра, образующаяся при разряде, прожигает отверстие в тонком слое алюминия. В результате проводящий путь для тока через трек прерывается и цепь короткого замыкания разрывается. Повторный пробой через тот же трек невозможен из-за наличия отверстия в алюминизированной плёнке. Напряжение на электродах вновь поднимается до тех пор, пока не произойдёт разряд через другой трек. Процесс продолжается до тех пор, пока все треки, включая не до конца протравленные, наклонные и приповерхностные, не станут сквозными.

Целью следующего, основного, этапа является подсчёт количества треков. Он выполняется при более низком напряжении, равном приблизительно 500 В и достаточном для проскока искры через сквозные отверстия треков. Возникающие при этом последовательные импульсы тока регистрируются специальными электронными схемами.

После окончания счёта на алюминиевой фольге видны пробитые током отверстия — реплики. Количество реплик равно числу сосчитанных треков и соответствует их пространственному распределению. Эти сведения могут быть использованы для контроля полученных результатов.

Наконец, цель третьего, заключительного, этапа состоит в расчёте ОА радона. Для этого используется градуировочная зависимость, построенная в координатах «количество треков —.

ОА радона" путём экспонирования партии ТРД в атмосфере с известной концентрацией Rn-222.

Существуют определённые ограничения на продолжительность экспонирования ТРД. При уровнях ОА радона, обычных для помещений жилищного и общественного назначения, время измерения, как правило, не должно превышать трёх месяцев. Причина этого заключается в способности НЦ-плёнки со временем частично «залечивать» радиационные повреждения. Это явление называют федингом. При больших экспозициях могут возникнуть затруднения с правильным учётом влияния фединга на результаты измерений.

Другая причина проявляется при экспонировании ТРД в атмосфере с высокими значениями ОА радона. Она заключается в том, что две или несколько альфа-частиц могут попасть в одно и то же место на поверхности плёнки с образованием одного или нескольких практически совпадающих треков. При ОА радона, равной сотням или тысячам Бк/м3, количество совпавших треков может стать очень большим. Это приводит к вырождению градуировочной зависимости с образованием на ней практически горизонтального участка — плато. В результате ТРД становится неспособным к правильной регистрации объёмной активности радона и показывает резко заниженные результаты.

С учётом сказанного для ТРД с НЦ-плёнкой типа ДНЦ в зависимости от ожидаемой ОА радона в воздухе обследуемых помещений рекомендуются продолжительности экспонирования, представленные в табл.

С учётом этого перед установкой ТРД целесообразно выполнять экспрессную оценку ОА радона в воздухе помещений с использованием инспекционных (мгновенных) методов. Это позволяет выбрать оптимальную продолжительность их экспонирования.

Другой интегральный метод измерения ОА радона основан на его способности адсорбироваться из воздуха на активированном угле. Определение ОА радона в этом случае производят путём измерения удельной активности радионуклидов РЬ-214 и Bi-214, образующихся при распаде радона, адсорбированного на угле. Сделать это оказывается достаточно просто, так как указанные радионуклиды обладают удобным для измерения спектром гамма-излучения.

Рекомендуемая продолжительность экспонирования трековых детекторов при различных значениях ожидаемой ОА радона Ожидаемая ОА радона, Бк/м3 Рекомендуемая экспозиция, сут минимальная максимальная 190 47 000 1 95 23 500 2 63 15 600 3 38 9400 5 27 6700 7 19 4700 10 14 3350 14 9 2240 21 6 1570 30 Примечание. Рекомендуемые значения являются минимальными для минимальной ОА и максимальными для максимальной ОА.

Периоды полураспада РЬ-214 и Bi-214 составляют около 20 мин. Поэтому они быстро приходят в состояние радиоактивного равновесия с радоном, при котором активности материнского Rn-222 и дочерних РЬ-214 и Bi-214 равны.

Для удобства в работе активированный уголь обычно помещают в специальные ёмкости. Их устройство и внешний вид могут быть различными и определяются особенностями конкретных методик измерения. В частности, адсорбция радона может осуществляться в режимах пассивной диффузии воздуха в объёме адсорбера (это так называемые пассивные угольные адсорберы ПУА) или активной прокачки воздуха через адсорбер

(это — активные угольные адсорберы). Одна из возможных конструкций ПУА представляет собой сосуд Маринелли, изготовленный из перфорированной стали, с наружным диаметром 107 и высотой 78 мм при диаметре колодца 76 и глубине 50 мм. Сосуд заполнен активированным углем марки СКТ-2БПУА, засыпанным в мешок из стеклоткани. При экспонировании ПУА помещается в специальный мешок, ткань которого препятствует попаданию ДПР радона из воздуха помещения на уголь.

При проведении геоэкологических исследований, включая геомониторинг, загрязнители определяются в атмосфере, воде, почве и биоте. Для каждой природной среды установлены перечни приоритетных загрязнителей, подлежащие определению.

В атмосферном воздухе — взвешенные частицы, оксиды серы, азота и углерода, озон, сульфаты, свинец, кадмий, ртуть, мышьяк, 3,4-бенз (а)пирен, ДДТ и другие пестициды.

В атмосферных выпадениях (осадках, снежных покровах, сухих выпадениях) — свинец, кадмий, ртуть, мышьяк, сульфаты, 3,4-бенз (а)пирен, ДДТ и другие пестициды, pH, главные катионы и анионы (катионы калия, натрия, магния и кальция; сульфат-, хлорид-, нитрати гидрокарбонат-анионы).

В пресных водах — свинец, кадмий, ртуть, мышьяк, сульфаты, 3,4-бенз (а)пирен, ДДТ и другие пестициды, биогенные элементы (фосфор, азот, кремний).

В почве и донных отложениях — те же вещества, что и в пресных водах.

В биоте (растительность, объекты животного мира) — свинец, кадмий, ртуть, мышьяк, сульфаты, 3,4-бенз (а)пирен, ДДТ и другие пестициды. Исключение — биогенные элементы.

Одновременно проводятся гидрометеонаблюдения, в ходе которых определяют температуру воздуха и воды, атмосферное давление, направление и силу ветра, вид и количество осадков, характер облачности, влажность; на водоемах — уровень, течения, волнение, соленость, ледяной покров.

Микроанализ (микроопределения, миллиграммовый метод) — выполнение аналитических операций со средними навесками проб (1(Г3−1(Г2 г) и со средними объемами анализируемых растворов (около 1 мл). Для взвешивания проб пользуются аналитическими весами, более точной микропосудой, а для титрования — микробюретками вместимостью 1−5 мл, с ценой деления соответствующей 1 (Г2 мл.

Ультрамикроанализ (микрограммовый метод) — совокупность приемов и методов анализа весьма малых образцов вещества (1(Г6−1(Г3 г) в растворах обычных или малых концентраций, но малых объемов проб (10−3— 10−6 мл).

Анализируемую пробу обычно взвешивают на ультрамикроаналитических весах. Операции с ультрамикрообъемами и титрование таких объемов (порядка 1(Г3 мл и менее) осуществляются капиллярными пипетками (микрошприцами) и капиллярными бюретками с внутренним диаметром 0,05−0,01 см и менее. Некоторые операции выполняют под микроскопом и с применением микроманипуляторов.

Субмикроанализ (нанограммовый метод) — метод анализа сверхмалых навесок проб с количествами порядка 10−9— 10−6 г или в растворах с микроконцентрациями, но в ультрамикрообъемах.

Следовый анализ — определение «следов» примесей в особо низких концентрациях. Следовые концентрации начинаются с млн-1(ppm) — миллионной доли (1 часть следового компонента в 1 миллионе частей матрицы), что соответствует 1 (И %, или 1 мкг/мл (1(Г2 мг/мл).

В аналитической химии следовых количеств наиболее часто применяются следующим образом связанные между собой обозначения и единицы измерения концентраций веществ:

млн-1 (ppm) (частей на миллион) 1:10б = 1(Г4% (мкг/мл) млрд-1 (ppb) (частей на миллиард) 1:109 = 10−7% (нг/мл) трлн-1 (ppt) (частей на триллион) 1:1012 = 10 10% (пг/мл) квдрл-1 (ppquad) (частей на квадриллион) 1:1015—10 13% (фг/мл).

1мг-миллиграмм (Ю-Зг).

1 мкгмикрограмм (КГ6 г = 10−3 мг).

1 нг — нанограмм (10−9 г = 10−6 мг = КГ3 мкг).

1 пгпикограмм (10−12 г= КГ9 мг = 10−6 мкг = 10−3 нг).

1 фг — фемтограмм (1015 г = 10−12 мг = 1(Г9 мкг = КГ6 нг =10−3 пг).

1 агаттограмм (10−18 г = 10−15 мг = 10−12 мкг = 10−9 нг = 10−6 пг) Методы определения следовых количеств веществ не следует путать с микро-, ультрамикрои субмикрометодами. В следовом анализе принципиально речь идет о сверхмалых концентрациях, а в указанных микрои т. д. методах — о малых и сверхмалых количествах (объемах или массах) проб. В последнем случае концентрации веществ в этих микропробах могут быть достаточно большими — порядка 10₂−10 мг/мл, или 1СГ3—1,0%.

В процессе геоэкологических исследований предусмотрено выполнение необходимого объема лабораторных анализовсобранных проб горных пород, почв, пылеаэрозольных выпадений, биомассы, поверхностных и подземных вод, воздушной атмосферы на широкий комплекс химических элементов. В результате получается всесторонняя характеристика их природного состава, а также степени загрязнения токсичными, радиоактивными элементами и другими веществами.

По существующим нормативам (ГОСТ 17.

4.3. 04−85) в группу анализов для характеристики природного состава и физикохимических свойств отдельных компонентов геологической среды входят:

гранулометрический состав по 4 фракциям (0,05 ммпесчаная фракция; 0,05−0,01 мм — крупная пыль; 0,01−0,001 мммелкая и средняя пыль; < 0,001 мм — илистая фракция);

определение или расчет удельной поверхности;

определение емкости поглощения;

определение содержания органического вещества;

кислотность;

сумма поглощенных оснований;

количество валовых и подвижных концентраций азота, фосфора, калия, фтора, кремнезема, алюминия, железа;

состав поверхностных, грунтовых и подземных вод;

состав основных и специфических загрязнителей в выбросах стационарных и передвижных источников и т. д.

В группу анализов для характеристики степени загрязнения отдельных компонентов геологической среды входят: определение тяжелых металлов различных классов опасности, определение содержаний естественных (уран, торий, калий) радиоактивных элементов, дочерних продуктов распада урана-238 и тория-232 (ГОСТ 17.

4.3. 04−85) и других веществ (серы, нефтепродуктов), а также редких и редкоземельных элементов.

Научным советом по аналитическим методам (НСАМ) составлен перечень существующих ГОСТов, ОСТов, отраслевых методик и методик предприятий, пригодных для определения компонентов при геоэкологических и геохимических исследованиях.

Аналитические исследования содержаний микрои макрокомпонентов выполняются по отраслевым методикам и ГОСТам. Возможен выбор аналитических методов. Он осуществляется в соответствии с уровнем развития аналитической базы и требованиями экологии к значениям нижних границ количественных определений. Предпочтение отдается методам, позволяющим анализировать комплекс элементов по возможности с минимумом финансовых и временных затрат.