книги / Промышленный экологический анализ

отбор двух проб на пыль, сажу и 4-5 проб воздуха на выбранные ингредиенты непосредственно из приборного отсека, контроль метеорологических парамет­ ров в рабочем диапазоне измерительных приборов: скорости и направления ветра, температуры и относительной влажности окружающего воздуха.

Основными приборами этого комплекса являются: газоанализатор кулоно­ полярографический типа ГКП-1, газоанализатор «Атмосфера» и метеостанция М-49. Оборудование станции смонтировано в кузове автофургона типа УАЗ452А, салон которого разделен на два отсека - приборный и вспомогательный. В приборном отсеке размещены приборы и оборудование для отбора проб воз­ духа на газовые примеси, пыль и сажу, а также приборы инструментального анализа; во вспомогательном отсеке - распределительный щит, кабельная ка­ тушка, аккумуляторные батареи и др. На крыше автомобиля-монитора укреп­ лена съемная платформа с датчиками скорости и направления ветра, а также штанги и мачты установки в рабочее положение метеодатчиков.

Электроснабжение лаборатории осуществляется от автономного источника напряжения 220 В (50 Гц) или от сети с теми же номиналами. Автономный ис­ точник располагается на одноосном прицепе и подключается на стоянке за чер­ той города.

Технические данные передвижной станции «Атмосфера-П» следующие. Производительность (при трехразовом отборе в сутки на 6 ингредиентов) до 3600 отборов проб в год. Скорость отбора проб: воздуха 1...20 л/мин, пыли

0...50°С; относительной влажности 10...80 %. Потребляемая мощность 4 кВт. Габаритные размеры в развернутом состоянии не более 5900x3500x4300. Масса без прицепа 2620 кг. Приборы и оборудование станции работают при темпера­ туре Ю...35°С; температуре наружного воздуха -20...+35°С; относительной влажности до 80 % (при 20°С) и атмосферном давлении 750 ±30 мм рг. ст. (99,75 ±4) кПа.

Разработкой передвижных АСК атмосферного воздуха занимается целый ряд зарубежных фирм: в США - Ainnotoring centre (АМС), Research Triangle In­ stitute (RTI), California International Trade Corporation (СГТ), в Германии - Kroline, BIS, Unvelt and Process Kontrol (PK), Hartmain and Braun; во Франции - Ecopol; в Японии - Horiba.

АСК источников загрязнения воздуха включают системы контроля кон­ центрации выбросов организованных источников различных предприятий и в воздухе рабочих зон, а также газоаналитические системы и установки для из­ мерения основных параметров выхлопных газов автомобилей.

Известна отечественная система автоматического контроля состояния ат­ мосферы. Она предназначена для обнаружения предельно допустимых выбро­ сов на газораспределительных площадках подземных хранилищ газов, преду­

преждения загрязнения воздушного бассейна в населенных пунктах меркаптановыми соединениями и контроля за утечками природного газа в атмосферу.

Система позволяет обнаруживать содержание предельных углеводородов в приземном слое атмосферы промплощадок на уровне (1 - 5) ПО'1 %. Система может выполнять следующие функции:

- непрерывный контроль содержания предельных углеводородов одновре­ менно в 22 точках промплощадки, который осуществляется газоанализаторами типа «Маяк»;

визуальное наблюдение и запись информации о газосодержании;

.- определение влияния метеопараметров на распределение поля концен­ траций в контролируемых зонах;

-выбор предварительного направления опроса датчиков о содержании газа

ихарактере его распределения в зависимости от направления ветра, флуктуа­ ций поперечной и вертикальной составляющей ветра; информация о состоянии метеопараметров снимается дискретно с интервалом в 10 с.

Разработка автоматизированных систем синхронного наблюдения, анали­ тического контроля и оценки состояния окружающей среды в точках локализо­ ванного пространства или разнесенных на значительной площади в точках кон­ троля физико-химических параметров среды требует поиска новых техниче­ ских средств дистанционного мониторинга. Одним из перспективных направ­ лений таких разработок является использование световолоконной техники в со­ четании с ЭВМ.

ВРоссии разработана волокнооптическая автоматизированная система контроля полевых выбросов в атмосферу. Она может быть использована в каче­ стве контрольно-замерных постов для диагностики отходящих в атмосферу га­ зопылевых потоков промышленных производств в установках сушки, вентиля­ ции и др.

Всистеме для передачи оптического излучения применены световоды, ко­ торые в сочетании с элементами геометрической оптики позволили создать фо­ тометрические датчики; пассивная оптоволоконная часть датчиков размещается

на контролируемом участке газохода, а оптоэлектронная помещается вместе с микропроцессором в помещении с нормальными условиями эксплуатации, уда­ ленном от точек контроля на значительное расстояние (десятки-сотни метров).

Пассивные части датчиков соединяются с активной частью системы с по­ мощью многоходовых световодов. Рабочий диапазон пассивной оптоволокон­ ной части датчика определяется в основном типом используемых световодов.

Интерфейс таймера обеспечивает опрос датчиков с интервалами от 1 до 30 мин. Интерфейс печати связывает микроЭВМ с двухцветным печатающим устройством, которое позволяет осуществлять печать данных с буквенной ин­ дексацией датчика перед значением контролируемого параметра. В случае вы­ хода этого параметра за пределы установленного допуска производится распе­ чатка красным цветом с одновременной звуковой сигнализацией таймера.

Вывод результатов измерения осуществляется цифровым индикатором на выдвижном блоке управления. Диапазоны измерения анализаторов могут изме­ няться по согласованию с заказчиком.

Микропроцессорное устройство может осуществлять управление 6 - 1 0 анализаторами. В его функции входит: управление процессом анализа газов, линеаризация статических характеристик анализаторов, калибровка газоанали­ заторов.

Связь с ЭВМ более высокого уровня осуществляется последовательным интерфейсом.

Основные технические характеристики системы:

- диапазоны измерения: по С,Н« 0-.. Н 0Эмлн"1, по О2, СО, СО2 и СбНм

Для анализа СД* в системе используется анализатор FIDPM.

Фирмы Drager и Foxboro, имеющие значительный опыт в разработке сис­ тем контроля различных технологических процессов и определении концентра­ ции газов, выделили значительные средства для создания АСК загрязнений ра­ бочей и санитарно-защитной зоны предприятий.

Система базируется на современных сенсорах фирмы Drager для измере­ ния различных газов и пыли и цифровой технике фирмы Foxboro. В системе используются промышленные компьютерные системы модульной конструкции, имеющие вывод информации на дисплей и печать.

В НПО «Аналитприбор» разработан комплекс газоаналитических прибо­ ров для измерения в выбросах транспортных средств N0, N02, NOx - 344 ХЛ10 и углеводородов (1С„НШ) - 334 КЛИОЗ. Комплекс основан на современных ме­ тодах измерения - хемилюминесцентном для окислов азота и пламенно­ ионизационном для углеводородов. Отбор пробы для анализа осуществляется гибкой обогреваемой линией.

Диапазоны измерения концентраций 10 - 20000 мг/м3для углеводородов и 0 - 5000 рр для окислов азота. Среднее квадратическое отклонение случайной составляющей погрешности - менее 1 %, а предел допускаемой систематиче­ ской составляющей основной приведенной погрешности составляет ±10 %. Бы­ стродействие 10 - 15 с.

В газоанализаторах применена однокристальная микроЭВМ типа КМ 1816 ВЕ51, которая позволяет автоматизировать управление работой приборов и об­ работку информации. Комплекс газоанализаторов представляет результаты из­ мерения в цифровой форме на цифровом табло, выдающем цифровую и знако­ вую информацию о кодах режимов работы, характеристиках неисправностей, работе клапанов, побудителе расхода, номере диапазона, времени работы каж­ дого газоанализатора и ряда других параметров.

Лидарные системы контроля атмосферы. Разработка этих систем зару­ бежными фирмами началась с середины 70-х годов. В основном разрабатыва­ лись передвижные комплексы, использующие принцип комбинационного рас­ сеяния и дифференциального поглощения. Лидарные системы производились в виде единичных экспериментальных приборов. Выходная энергия лазерного излучения в таких системах достигала нескольких десятков джоулей, что ограничивало дальность действия таких систем по аэрозольным образованиям, N02 и SO: ДО 1,5 -5 км. Дальность действия лидаров комбинационного рассея­ ния составляла 100-200 м.

Лидарная система, разрабатываемая НИИ приборостроения, использует источники лазерного излучения с повышенной выходной энергией, что сущест­ венно увеличивает их дальность действия. Лидарная система НИИ приборо­ строения, получившая наименование «Комплекс автоматизированной аппара­ туры дистанционного зондирования с целью контроля выбросов вредных ве­ ществ в атмосферу для автоматизированной системы экоинформации», предна­ значена для контроля выбросов вредных веществ лазерно-локационным мето­ дом.

Система состоит из двух типов лидарных систем: лидара кругового обзора, передвижной лидарной установки.

Лидар первого типа устанавливается в промышленных зонах на домини­ рующих строениях и предназначен для непрерывного круглосуточного контро­ ля выбросов аэрозоля, NOx и S02 на территории с радиусом 7 - 15 км и измере­ ния азимута и расстояния до источника загрязнения. В случае обнаружения по­ вышенных концентраций загрязнения в атмосфере оператор подает команду на выезд передвижной лидарной установки в указанный район для уточнения об­ становки. Характеристики этого лидара указаны в табл. 7.3.

Лидар второго типа - лидар комбинационного рассеяния, смонтированный на базе автомобиля для многокомпонентного дистанционного анализа загряз­ няющих выбросов. Он предназначен для определения газового состава шлей­ фов промышленных выбррсов из дымовых труб, вентиляционных вытяжек и т. д., а также для определения границ опасных зон в аварийных ситуациях (раз­ рывы газопроводов, транспортные аварии и т. д.). Предельная чувствительность передвижного лидара составляет 10 моль/см*\ дальность действия - от 0,5 до 1 км. Число определяемых компонентов равно 10, погрешность измерения рав­ на 20 %, а время измерения - 2 мин. Передвижной лидар весит 1000 кг и мощ­ ность его не более 10 кВт.

7.2.4. АСК почв

Широкое использование химических удобрений и средств защиты расте­ ний, с одной стороны, и общее увеличение масштабов загрязнений, с другой стороны, требует уделять вопросам контроля загрязнения почв не меньшее внимание, чем загрязнению других геофизических сред.

В отличие от других сред информация о содержании тех или иных веществ антропогенного происхождения в контролируемой почве в редких случаях под­ дается оценке с помощью ПДК, однако нормативы для почв разработаны лишь для очень ограниченного количества веществ антропогенного происхождения. Нормативами охвачены пестициды с достаточной продолжительностью «жиз­ ни», например ДДТ, гексахлорциклогексан (ГХЦГ) и некоторые другие. При контроле остальных органических веществ оценка сводится пока лишь к выяв­ лению статистических пространственных и временных закономерностей.

Наиболее сложно обстоит дело с оценкой данных по содержанию в почвах тяжелых металлов, которые, как известно, входят в естественный состав почв. Из тяжелых металлов наиболее токсичны ртуть, свинец,.кадмий, и поэтому на­ блюдения за их содержанием в почве является повсеместным. Такие металлы, как мышьяк, молибден, бериллий, селен, сурьма, кобальт, хром, медь, могут по­ ступать на поверхность почв вместе с промышленными выбросами, и контроль за их содержанием осуществляется локально в соответствии с их возможным появлением.

Из органических веществ промышленного происхождения следует контро­ лировать прежде всего, естественно, вещества, обладающие способностью по­ ступать и накапливаться в сельскохозяйственной продукции, а также вещества, способные к миграции вместе с поверхностным и подземным стоком. Полный перечень веществ этой группы недостаточно изучен, однако контроль таких сильных канцерогенов, как полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) и бенз(а)пирен, необходим.

Кроме того, в общую программу контроля входят наблюдения за кислот­ ностью, засоленностью почв и др.

Особенность инструментального анализа почв заключается в подготовке пробы почвы к проведению анализа. Общий ход анализа почв можно предста­ вить следующими этапами:

-предварительная подготовка пробы (подготовка исходных проб);

-подготовка пробы к измерению;

-измерение полезного сигнала;

-обработка сигнала и выдача результатов измерения.

По такой структуре разработана отечественная автоматизированная систе­ ма типа АСВА-П. Система позволяет определять фосфор, калий, алюминий, марганец, магний, кальций, нитраты и ряд других веществ в почвах с произво­ дительное! ью 2000 образцов в смену при одновременном измерении до 10 эле­ ментов, содержащихся в пробе.

Для анализа состава почв в системе используются современные методы измерения - пламенно-фотометрический, фотоколориметрический и атомно­ абсорбционный.

В развитии систем контроля окружающей среды наблюдаегея устойчивая тенденция к интегрированию локальных АСК в систему высокого уровня, по­ этому локальные стационарные и передвижные станции контроля окружающей среды имеют соответствующие выходы в системы высшего ранга. Кроме того, в*настоящее время существенное внимание уделяется созданию АСК источни­ ков загрязнения, которые могут включаться в качестве подсистем в систему управления технологическими процессами. Известные АСК загрязнения окру­ жающей среды отличаются числом станций контроля, способами и средствами передачи, обработки и представления информации, возможностью контроля нескольких ингредиентов. Наиболее совершенными следует считать цифровые телеметрические системы, отличающиеся точностью, быстродействием, поме­ хоустойчивостью и совместимостью со средствами вычислительной техники.

В современных системах контроля загрязнения окружающей среды приме­ няются анализаторы, основанные на перспективных методах измерения: хеми­ люминесцентном, флуоресцентном, хроматографическом, ионизационном, спектрофотометрическом и лазерном. Значительное внимание уделяется разра­ ботке и использованию сенсоров, особенно в АСК воздуха. При этом для опре­ деления отдельных загрязнителей, как правило, применяются автономные дат­ чики, комплексные измерения одним анализатором используются редко.

Для современных АСК загрязнения окружающей среды характерно обяза­ тельное применение микропроцессорной техники на всех уровнях преобразова­ ния, передачи и обработки информации, что позволяет существенно улучшить их метрологические характеристики, а также автоматизировать процесс изме­ рения и обработку результатов, осуществлять автоматическую калибровку дат­ чиков и диагностику.

Список литературы

Артемьев Б.Г., Голубев С.М. Справочное пособие для работников метро­ логических служб: В 2 кн. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Изд-во стандартов, 1990. -К н. 2 .-С . 529-960.

Герасимов Б.И., Кораблев И.В., Козлов В.Р., Мищенко С.В. Методы и при­ боры экологического мониторинга: Учеб, пособие / Тамб. гос. техн. ун-т. Там­ бов, 1996.

Герасимов Б.И., Глинкин Е.И. Микропроцессорные аналитические прибо­ ры. - М.: Машиностроение, 1989.

Израэль IO.A. Контроль окружающей среды. -М.: Гидрометеоиздат, 1990. Ковалев А.Е. Газоаналитический комплекс для контроля загрязнения атмо­

сферы и воздуха производственных помещений АНКАТ 7621 // Современное состояние аналитического приборостроения в области газовых сред и радио­ спектроскопии: Тез. докл. Всесоюз. конф. ТПО «Аналитприбор». Смоленск, 1991.

Кораблев И. В. Расчет и проектирование автоматических средств контроля технологических процессов: Учеб, пособие / МИХМ. - М., 1985.

Кулаков М. В. Технологические измерения и приборы для химических производств. - М.: Машиностроение, 1984.

.Мазур И.И., Молдаванов О.И. Курс инженерной экологии: Учеб, для ву­ зов / Под ред. И.И. Мазура. - М.: Высш. шк., 1999.

Фарзане Н. Г., Илясов Л. В., Азим-заде А. Ю. Технологические измерения и приборы: Учеб, для студ. вузов по спец. «Автоматизация технологических процессов и производств». - М.: Высш. шк., 1989.

Baum F. Umweltschutz in der Praxis : mit 187 Tabellen / von Fritz~Baum. - 3., verb. Aufl. - München ; Wien : Oldenbourg, 1998. - S. 608-659.

Richly W. Mess-und Analyseverfahren; mit 151 Bilder/ - Würzburg: Vogel, 1992.

Т.С. Уланова, С.А. Онорин, А.Г. Шумихин, Г.М.Батракова, Т.Н. Белоглазова, Р Штайнер

ПРОМЫШЛЕННЫЙ ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

Учебное пособие

Лит. редактор, корректор Н.В. Бабинова

Лицензия ЛР № 020370 от 29.01.97

Подписано в печать 18.04.01. Формат 60 х 90/16. Набор компьютерный. Печать офсетная. Уел. печ. л. 11,25.

Уч.-изд. л. 13,5. ТирайфОО. Заказ 40.

Редакционно-издательский отдел Пермского государственного технического университета

Адрес: 614600. Пермь, Комсомольский пр., 29а

Типография ЗАО ''Диалог-Пермь" 614007, г. Пермь, ул. Горького, 76