Методы анализа и технические средства мониторинга загрязнителей воздушной среды

РефератПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Методы анализа и технические средства мониторинга загрязнителей воздушной среды (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Ниже представлены наиболее распространенные методы анализа и примеры газоанализаторов непрерывного действия, используемых в ПЭМ. Приведенные ниже методы обладают достаточно высокой чувствительностью и селективностью (табл. 8.2).

Таблица 8.2

Методы анализа воздуха на содержание загрязнителей.

Метод анализа.	Анализируемый компонент.
Абсорбционный метод спектрального анализа'. инфракрасная область спектра (0,2—0,4 мкм) ультрафиолетовая область спектра (2—10 мкм).	Оксид углерода (I) Озон.
Пламенно-ионизационный.	Углеводороды, органические вещества.
Хемилюминесцентный.	Оксид, диоксид, сумма оксидов азота; озон.
Пламенно-фотометрический.	Оксид серы (IV), сероводород.
Радиометрический.	Пыль.
Г равимстрический.	Пыль.
Фотометрические (по измерению разности оптических плотностей измеренного и контрольного растворов); стационарные и переносные приборы.	Почти все газовые примеси (кроме угарного газа).
Спектроскопические (контроль спектров излучения в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях спектра); стационарные и переносные приборы.	Большинство газовых примесей.
Флуоресцентные (измерение спектра интенсивности или продолжительности затухающего люминесцентного излучения, стационарного или вынужденного; облучатель — источник ультрафиолетового излучения); стационарные и переносные приборы.	Оксид серы (IV), сероводород.
Оптоакустические (измерение скорости распространения звука в различных средах); стационарные приборы.	Большинство газовых примесей.
Интерферометрические (измерение изменений длин волн спектральных линий, их структуры, коэффициента прозрачности среды); главным образом стационарные приборы.	Большинство газовых примесей.
Электрохимические (измерение концентраций подвижных ионов в растворах); стационарные и переносные приборы.	Оксид углерода (И), сероводород, оксид серы (IV).

Метод анализа.	Анализируемый компонент.
Лидарные: активная лазерная локация в видимой или ИК-области спектра путем измерения изменения интенсивности спектра отражения газовой смеси (воздушной среды), содержащей загрязняющие компоненты; источник излучения — газовый или твердотельный лазер. Используются стационарные и передвижные установки.	Большинство газовых примесей.
Хроматографические-, селективное разделение компонентов смесей между подвижной и неподвижной фазами.	Углеводороды, органические кислоты, пестициды и др.
Хроматографические-, селективное разделение компонентов смесей между подвижной и неподвижной фазами. Преимущество методов — позволяют определять вещества с малыми концентрациями и вещества, не имеющие специальных реакций. Недостаток: применение новых сорбентов, способных поглотить 100% загрязняющих веществ. Применяют стационарные приборы.	Углеводороды, органические кислоты, пестициды и др.
Атомно-абсорбционные (используется способность атомов элементов селективно поглощать резонансное излучение); стационарные приборы.	Содержание тяжелых металлов в воздухе и др.
Масс-спектрометрические (определение спектра масс частиц, содержащихся в веществе); стационарные приборы.	Большинство газовых примесей.

Помимо контроля концентраций загрязняющих веществ проводятся также наблюдения за радиационной обстановкой и контроль физических параметров в целом. При этом используются следующие методы:

• ионизационные (измерение ионизации газа в камере под воздействием внешнего радиационного источника), в том числе газоразрядные (измерение явления ударной ионизации в электрическом поле, способном усиливать величину ионизационного тока);
• химические (количественное измерение результата радиационнохимических превращений, протекающих в веществе под действием ионизирующих излучений);
• фотографические (регистрация воздействия ионизирующего излучения, возникающего в веществе, на чувствительный слой фотоматериалов);
• сцинтилляционные (регистрация видимого излучения под действием высокоэнергетического излучения).

Перечисленные методы реализованы и в стационарных, и в переносных измерительных приборах, а также в приборах «сигнализационного» и дозиметрического типа.

Тепловое загрязнение определяется с помощью различного рода термометров:

• инфракрасных-, измеряется величина интенсивности потока излучения в спектральной области 8—14 мкм («дальняя тепловая область»);
• пирометрических', регистрируют инфракрасное и оптическое излучения от нагретых тел (выше 1000°С), применяются для контроля высоких температур;
• ртутных и спиртовых (жидкостных): действие основано на изменении объема вещества с изменением температуры, применяются для измерения температуры воздуха, воды и почвы, а также влажности воздуха;
• биметаллических: действие основано на разном температурном линейном расширении паров металлов — все перечисленные выше приборы переносные.

Шумовое загрязнение контролируется с помощью шумометрических методов. Спектральными методами определяется звуковое давление в отдельных участках диапазона, а интегральными — интегрально во всем звуковом диапазоне (16—20 000 Гц). Звуковые давления в области инфранизких звуковых частот (0,1 — 16 Гц) и ультравысоких звуковых частот (более 20 кГц), находящихся за пределами слышимости человека, измеряются отдельно. Приборы контроля — переносные.

Методы контроля вибрационного загрязнения включают:

• пьезоэлектрические: используют пьезоэффект, т. е. явление преобразования механических колебаний в электрический сигнал; переносные приборы;
• виброакустические: основаны на преобразовании механических назкочастотных колебаний в электромагнитный сигнал; переносные приборы.

Для контроля светового загрязнения используют фотометрические методы, основанные на регистрации изменения проводимости различных полупроводниковых приборов под воздействием света.

Контроль электромагнитного загрязнения проводится радиометрическим методом, основанным па измерении плотности потока электромагнитной энергии в разных частотных диапазонах — от промышленных частот (50—60 Гц) до сверхвысоких частот (сотни ГГц). Приборы контроля — переносные.

В случае контроля биологического загрязнения применяется биоиндикационный метод, основанный на визуальном и количественном наблюдении за состоянием и развитием видов, выбранных в качестве «биоиндикаторов»^[1]. Особое внимание должно быть уделено чувствительности и производительности индикаторного вида, а также технике и технологии отбора и подготовки проб к измерениям. Необходимо организовать многократные (не менее 3 раз) определения (измерения). Измерения требуют сопоставления с аттестованными эталонами или стандартами, а измерительные приборы должны подвергаться периодической государственной поверке.

На практике используются как отдельные приборы (как указывалось выше — стационарные либо переносные), так и измерительные комплексы. В каждом конкретном случае инструментальное обеспечение формируется в зависимости от программы мониторинга и спектра приоритетных загрязнителей. На крупных нефтеперерабатывающих и химических производствах ПЭМ проводится одновременно с технологическим контролем с применением однотипного оборудования. Такой вид мониторинга больше приближен к мониторингу воздуха рабочей зоны и протекающих сложных технологических процессов. Примеры приборов контроля приводятся в приложении 5.

В современных системах ПЭМ на отечественных и зарубежных предприятиях активно используются автоматизированные аппаратные комплексы мониторинга воздушного бассейна. Они должны учитывать специфику конкретных предприятий и в первую очередь — приоритетные для контроля загрязняющие вещества и ограничения по срокам анализа (время получения результатов).

В качестве примера можно привести измерительный комплекс «СКАТ». Комплекс обеспечивает непрерывное автоматическое измерение, сбор, обработку, регистрацию и передачу по телефонному каналу результатов измерения концентраций основных атмосферных загрязнителей: СО, С0₂, NO, N0₂, S0₂, H₂S, 0₃, NH₃ и пыли (аэрозоля). Приведем сведения, предлагаемые поставщиком.

Измерительный комплекс «СКАТ» — конструктивно объединенная совокупность компонентов, представляющих собой пробоподготовку, автоматические измерительные приборы и регистратор данных (DATA LOGGER), обеспечивающий сбор информации от приборов, ее обработку и хранение в энергонезависимом запоминающем устройстве, а также передачу данных через модем и телефонную линию на центральный пульт измерительной системы. Комплекс может иметь от двух до девяти измерительных каналов в различных сочетаниях. В качестве пробоотборного устройства используется зонд ПЗВЗ «Атмосфера». Также возможна комплектация комплекса метеооборудованием. Измерительный комплекс может эксплуатироваться при следующих условиях:

• диапазон температуры окружающего воздуха: +10… +35°С;
• диапазон относительной влажности окружающего воздуха: до 95% при 25 °C (без конденсации влаги);
• диапазон атмосферного давления: 84—106,7 кПа (630—800 мм рт. ст.).

Средняя наработка на отказ — не менее 10 000 ч. Средний срок службы комплекса — не менее 6 лет (без учета смены датчиков, встроенных источников микропотока и других расходных материалов).

Измерительные каналы имеют следующие виды выходных сигналов:

• цифровую индикацию;
• последовательный интерфейс RS232;
• токовый, аналоговый сигнал 4—20 мА или 0—5 мА.

Метрологические характеристики измерительного комплекса «СКАТ».

приведены в табл. 8.3.

В России получили распространение стационарные посты, оборудованные комплексными лабораториями. В состав комплексных лабораторий входят системы: измерения метеорологических параметров, отбора проб для дальнейшего анализа в лаборатории, автоматических измерений.

(диоксид серы, оксиды азота, оксид углерода, метан, прочие УВ), отопления и освещения. Кроме этого в лаборатории включаются¹:
— ионохроматографический комплекс «ИНЛАН-ИХ» «Контроль-К» на базе ионного хроматографа «ХПИ-1» с автоматизированным преобразователем газовых проб для определения концентраций оксидов азота, серы, аммиака, паров азотной, серной, ортофосфорной, соляной и плавиковой кислот при их совместном присутствии;
— спектрофотометрический и спектролюминесцентный комплекс «ИНЛАН-СФ» на базе прибора «ЭКО», в состав которого входят два комплекса — спектрофотометрический и спектролюминесцентный «ИКАТ-02» и спектрофотометрический «ИКМЕТ-02», работающие на основе флуориметра «ЭКО-02» для определения концентраций диоксидов азота и серы, оксида углерода, соляной и плавиковой кислот, формальдегида, хлора и сероводорода.

Таблица 83

Метрологические характеристики и диапазон измерительных каналов измерительного комплекса «СКАТ».

Измерительный канал. (определяемый компонент).	Диапазон измерений, мг/м³	Предел основной допускаемой погрешности.		Средство измерения.
Измерительный канал. (определяемый компонент).	Диапазон измерений, мг/м³	приведенной у, %	относительной а, %	Средство измерения.
Оз.	0−0,03, 0,03−0,5	±20.	±20.	Газоанализатор «3.02П-А».
Оз.	0—0,1, свыше 0,1−1, свыше 1 — 10.	Абсолютной Д, +0,02 мг/м³ ±. ± (0,014 + 0,06С_Д.) мг/м³	±7.	Газоанализатор «Ф-105».
so₂	0−0,05, 0,05−2	±25.	+25.	Газоанализатор «С-310А».
so₂	0−0,05, 0,05−5	Абсолютной Д, ±0,01 мг/м³	+20.	Газоанализатор «С-105А».
NO.	0−0,08, 0,08−1	±25.	+25.	Газоанализатор
N ()₂	0−0,08, 0,08−1	+25.	+25.	«Р-310А».
СО.	0−3, 3−50.	±20.	+20.	Г азоанализатор «К-100».
co₂	0−300, 300−3000*	+20.	— 20.	Газоанализатор «Оптогаз-500.4».
H, S.	0−0,02, 0,02−0,2	±25.	±25.	Газоанализатор «СВ-320».
NH₃	0−0,2, 0,2−1.	+25.	±25.	Газоанализатор «Н-320».

¹ См.: Абросимов А. А. Экология переработки углеводородных систем. М.: Химия, 2002.

Измерительный канал. (определяемый компонент).	Диапазон измерений, мг/м³	Предел основной допускаемой погрешности.		Средство измерения.
Измерительный канал. (определяемый компонент).	Диапазон измерений, мг/м³	приведенной у, %.	относительной ст, %.	Средство измерения.
Пыль (аэрозоль).	0,04−100.	;	+20.	Пылемер «ОМПН-Ю.О».
	0−0,01, 0,01−0,2	±20.	±20.	Пылемер «ДАСТ».
	0−0,05, 0,05−2	±20.	±20.
	0−0,5, 0,5−30	+20.	±20.

* ppm.

Отечественные производители предлагают широкий спектр передвижных лабораторий: «Авто-ЭКОЛАБ» (МГП Центр «Метрметалл»), «Атмосфера-П», «АМ-73» (ЫТЦ атмосферного мониторинга «Атмон» ГГО им. А. И. Воейкова), передвижную лабораторию серии ПЛ (НПО «Химавтоматика»), передвижную комплексную лабораторию экологической безопасности (ГОСНИТИ), передвижную станцию экологического контроля загрязнения воздуха на основе спектрального акусто-оптического газоанализатора САГА (АОЗТ «СИГМА-ОПТИК») и др.

Зарубежные автоматизированные посты (например, Rancon (Италия), Antechnica (Германия), Thermo Environmental (США), Seres (Франция) и др.) чаще всего включают:

• хемилюминесцентный газоанализатор оксидов азота, инфракрасный газоанализатор оксида углерода (II), ультрафиолетовый газоанализатор озона, пламенно-ионизационный газоанализатор углеводородов, флуоресцентный газоанализатор диоксида серы, радиометрический анализатор пыли;
• метеостанцию для определения температуры, влажности воздуха, направления и скорости ветра, давления и т. д.;
• автоматический пробоотборник;
• загрузчик данных со стандартным математическим обеспечением;
• оборудование передачи данных на базе IBM-совместимого компьютера.

Состав комплекса определяется потребностями пользователя. Например, совместное применение газоанализаторов разных типов (работающих на основе разных методов анализа) не дает возможности использовать единую аппаратную базу, что усложняет сервисное обслуживание, ухудшает стоимостные характеристики систем. Однако такие системы представляют интерес для инспекционных органов.

Передвижные лаборатории. Использование передвижных лабораторий позволяет проводить пробоотбор из атмосферы или источника выбросов; автоматически определять концентрации загрязняющих веществ; контролировать скорость газового потока в газоходе и рассчитывать валовые выбросы; контролировать метеопараметры; реализовывать обработку, регистрацию и передач)'данных в центр обработки данных; автоматически управлять входящими в состав станции техническими средствами. В состав оборудования передвижных станций могут входить переносные газоанализаторы для оперативного контроля параметров атмосферы и специальные средства, использующиеся при анализе промышленных выбросов.

Среди зарубежных производителей передвижных лабораторий — фирмы Biotonic (Германия), PPM-systems (Финляндия), Seres (Франция), ETI (Германия) и др. В данных лабораториях используется оборудование, аналогичное оборудованию на стационарных постах.

Для мониторинга источников промышленных выбросов используются наряду с автоматическими газоанализаторами и дистанционные средства измерения. Наиболее распространены системы для контроля выбросов вредных веществ лазерно-локационным методом (лидарные системы) и системы аэрокосмического мониторинга. В лидарных системам с мощным источником излучения — лазерами различного типа — используются принципы комбинационного рассеяния и дифференциального поглощения. Лидарные системы предназначены прежде всего для регионального мониторинга (крупные города и промышленные регионы), так как методом лазерной локации получают цифровые карты загрязнения региона диоксидами серы, азота и аэрозоля радиусом до 10 км (НИИ космического приборостроения).

[1] См.: Мониторинг и методы контроля окружающей среды: учеб, пособие: в 2 ч. /Ю. А. Афанасьев [и др. ]; Марченко А. В. Комплексный экологический мониторинг нефтяных месторождений.

Показать весь текст

Заполнить форму текущей работой