книги / Методы и автоматизированные системы аналитического контроля технологических процессов и окружающей среды. Методы и автоматизированные системы промышленного аналитического экологиче

матической составляющей основной приведенной погрешности ±10 %. Быстродействие 10–15 с.

В газоанализаторах применена однокристальная микроЭВМ типа КМ 1816 ВЕ51, которая позволяет автоматизировать управление работой приборов и обработку информации. Комплекс газоанализаторов представляет результаты измерения

вцифровой форме на цифровом табло, выдающем цифровую и знаковую информацию о кодах режимов работы, характеристиках неисправностей, работе клапанов, побудителе расхода, номере диапазона, времени работы каждого газоанализатора и ряда других параметров.

Газоанализаторы оснащены встроенным автоматическим генератором нулевого газа, с помощью которого производится калибровка нуля шкалы приборов.

Газоанализатор окислов азота работает в двух режимах:

врежиме измерения концентрации NO и в режиме измерения

концентрации NOx (NO + NО2). NO2 восстанавливается до NO при помощи высокотемпературного катализатора. Степень восстановления не менее 90 %.

Газоанализаторы комплекса соответствуют правилам Европейской экономической комиссии ООН по транспорту, регламентирующей выбросы автомобилей.

ВНПО «Аналитприбор» разработана передвижная станция контроля выбросов в атмосферу «Скат-II». Станция предназначена для измерения температуры, скорости потока и концентрации вредных веществ в выбросах органических источников асфальтобетоновых заводов и в воздухе рабочей зоны.

Станция построена по блочно-модульному принципу. В ее состав входят: устройство пробоотбора, блок холодильников, блок пробоподготовки, линия транспортирования, линии электрических соединений, приборная стойка, блок обработки информации, балонная стойка и побудитель расхода. В состав блока обработки информации входит контроллер и печатающее устройство.

171

Система позволяет контролировать следующие ингредиенты в выбросах: пыль неорганическая, углеводороды нефти, SО2,

NO, CO.

В качестве измерительных приборов предполагается использовать: газоанализаторы – ГИАМ-15; ГИАМ-23; пылемер «Лаза-1», измеритель скорости потока «Поток». Измерение параметров осуществляется во время стоянки станции.

Отечественная передвижная лаборатория контроля промышленных выбросов типа ПЛКПВ-1 обеспечивает непрерывный отбор проб из контролируемой зоны, автоматическое измерение содержания в газовоздушной смеси следующих ингреди-

ентов: SO2, NО, NО2, NOx, CO, ΣСnНm, ΣСnНm–CH4, CH4;

измерение параметров газового потока (скорость, температура

идавление) в зоне контроля; вычисление количества выбросов с усреднением за 20 мин, 1 ч и за сутки как автоматически, так

ис помощью оператора. Передвижная АСК включает в себя компьютерное устройство для обработки информации по заданному алгоритму с распечаткой полученных данных; многоканальный регистратор аналоговых сигналов с устройством коммутации; комплект устройств для автономного отбора проб на пыль; вспомогательное оборудование.

Передвижная станция ПЛКПВ-1 создана на базе многокомпонентного газоанализатора 305ФА-01. В прибор вмонтирован микропроцессор, позволяющий рассчитать концентрацию каждого компонента. Анализатор имеет специальное устройство для проверки чувствительности по всем измерительным каналам без применения поверочных разовых смесей.

5.2.4. Лидарные системы контроля атмосферы

Разработка лидарных систем зарубежными фирмами началась с середины 70-х годов. В основном разрабатывались передвижные комплексы, использующие принцип комбинационного рассеяния и дифференциального поглощения. Лидарные системы производились в виде единичных экспериментальных приборов. Выходная энергия лазерного излучения в таких системах составляла до нескольких десятков джоулей, что ограничивало

172

дальность действия таких систем по аэрозольным образованиям, NO2 и SO2 до 1,5–5 км. Дальность действия лидаров комбинационного рассеяния составляла 100–200 м.

Лидарная система, разработанная НИИ приборостроения, использует источники лазерного излучения с повышенной выходной энергией, что существенно увеличивает дальность их действия. Лидарная система НИИ приборостроения, получившая наименование «Комплекс автоматизированной аппаратуры дистанционного зондирования с целью контроля выбросов вредных веществ в атмосферу для автоматизированной системы экоинформации», предназначена для контроля выбросов вредных веществ лазерно-локационным методом.

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

Лидар первого типа устанавливается в промышленных зонах на доминирующих строениях и предназначен для непрерывного круглосуточного контроля выбросов аэрозоля, NOx и SO2 на территории радиусом 7–15 км и измерения азимута и расстояния до источника загрязнения. В случае обнаружения повышенных концентраций загрязнения в атмосфере оператор подает команду на выезд передвижной лидарной установки в указанный район для уточнения обстановки. Характеристики этого лидара указаны в табл. 8.

Таблица 8

Характеристики лидара кругового обзора

Лидар второго типа – лидар комбинационного рассеяния, смонтированный на базе автомобиля, для многокомпонентного дистанционного анализа загрязняющих выбросов. Он предназначен для определения газового состава шлейфов промышленных выбросов из дымовых труб, вентиляционных вытяжек и т.д., а также для определения границ опасных зон в аварийных ситуациях (разрывы газопроводов, транспортные аварии и т.д.). Предельная чувствительность передвижного лидара составляет 0,5 ПДК, дальность действия – от 0,5 до 1 км. Число определяемых компонентов равно 10, погрешность измерения 20 %, время измерения 2 мин. Передвижной лидар весит 1000 кг, и мощность его не более 10 кВт.

5.3. АСК загрязнения почв

Бурный рост применения химических удобрений и средств защиты растений, с одной стороны, и общее увеличение масштабов загрязнений, с другой стороны, требует уделять контролю загрязнения почв не меньшее внимание, чем контролю загрязнений других геофизических сред.

Почвы отличаются от других сред тем, что информация о содержании тех или иных веществ антропогенного происхождения в контролируемой почве в редких случаях поддается оценке с помощью ПДК, однако нормативы для почв разработаны лишь для очень ограниченного количества веществ антропогенного происхождения. Нормативами охвачены пестициды с достаточной продолжительностью «жизни», например ДДТ, гексахлорциклогексан (ГХЦГ) и некоторые другие. При контроле остальных органических веществ оценка сводится пока лишь к выявлению 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 наблюдения за

174

их содержанием в почве являются повсеместными. Другие металлы, такие как мышьяк, молибден, бериллий, селен, сурьма, кобальт, хром, медь, могут поступать на поверхность почв вместе с промышленными выбросами, и контроль их содержания осуществляется локально в соответствии с их возможным появлением.

Из органических веществ промышленного происхождения следует контролировать, прежде всего, естественно, вещества, обладающие способностью поступать в сельскохозяйственную продукцию и накапливаться в ней, 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 кислотностью, засоленностью почв и др.

Особенность инструментального анализа почв заключается в подготовке пробы почвы к проведению анализа. Общий ход анализа почв можно представить 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 система типа АСВА-П. Система позволяет определять фосфор, калий, алюминий, марганец, магний, кальций, нитраты и ряд других веществ в почвах с производительностью 2000 образцов в смену при одновременном измерении до 10 элементов, содержащихся в пробе.

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

175

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Вразвитии систем контроля окружающей среды наблюдается устойчивая тенденция к интегрированию локальных АСК

всистему высокого уровня. Поэтому локальные стационарные и передвижные станции контроля окружающей среды имеют соответствующие выходы в системы верхнего уровня. Кроме того, в настоящее время существенное внимание уделяется созданию АСК источников загрязнения, которые могут включаться

вкачестве подсистем в систему управления технологическими процессами. Известные АСК загрязнения окружающей среды отличаются друг от друга 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, помехоустойчивостью и совместимостью со средствами вычислительной техники.

Всовременных системах контроля загрязнения окружающей среды применяются анализаторы, основанные на перспективных методах измерения: хемилюминесцентном, флюоресцентном, хроматографическом, ионизационном, спектрофотометрическом и лазерном. Значительное внимание уделяется разработке и использованию сенсоров на основе современных материалов, особенно в АСК воздуха. При этом для определения отдельных загрязнителей, как правило, применяются автономные датчики, комплексные измерения одним анализатором используются редко.

Для современных АСК загрязнения окружающей среды характерно обязательное применение вычислительной техники и информационных технологий на всех уровнях преобразования, передачи и обработки информации, что позволяет существенно улучшить метрологические характеристики, а также автоматизировать процесс измерения и обработку результатов, осуществлять автоматическую калибровку датчиков и диагностику.

176

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.Артемьев Б.Г., Голубев С.М. Справочное пособие для работников метрологических служб: в 2 кн. / предисл. канд. техн. наук И.Х. Сологяна. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Издво стандартов, 1990. – Кн. 2. – 960 с.

2.Baum F. Umweltschutz in der Praxis. – München ; Wien :

Oldenbourg, 1998. – 659 S.

3. Методы и приборы экологического мониторинга: учеб. пособие / Б.И. Герасимов [и др.]; Тамб. гос. техн. ун-т. – Тамбов,

1996. – 112 с.

4.Герасимов Б. И., Глинкин Е. И. Микропроцессорные аналитические приборы. – М.: Машиностроение, 1989. –256 с.

5.Израэль Ю.А. Контроль окружающей среды. –М.: Гидрометеоиздат, 1990. – 528 с.

6.Ковалев А. Е. Газоаналитический комплекс для контроля загрязнения атмосферы и воздуха производственных помещений АНКАТ 7621 // Современное состояние аналитического приборостроения в области газовых сред и радиоспектроскопии: тез. докл. Всесоюзной конференции / НПО «Аналитприбор». –

Смоленск, 1991. – С. 93–96.

7.Кораблев И. В. Расчет и проектирование автоматических средств контроля технологических процессов: учеб. пособие / Моск. ин-т хим. машиностроения. – М., 1985. – 84 с.

8.Колтыпин С.И., Петрулевич А.А. Автоматизированные системы экологического мониторинга: интегрированный подход // Современные технологии автоматизации. – 1997. – №1. – С. 28–33.

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

486 с.

10. Richly W. Messund Analyseverfahren. – Würzburg: Vo-

gel, 1992. – 256 S.

11. Промышленный экологический анализ: учеб. пособие /

177

Т.С. Уланова [и др.]; под науч. ред. Я.И. Вайсмана; Перм. гос.

техн. ун-т. – Пермь, 2001. – 179 с.

12.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. – 456 с.

13.Мазур И.И., Молдаванов О.И. Курс инженерной экологии: учеб. для вузов / под ред. И.И. Мазура. – М.: Высш. шк.,

1999. – 447 с.

178

Учебное издание

Шумихин Александр Георгиевич, Вялых Илья Анатольевич

МЕТОДЫ И АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ АНАЛИТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Часть 1

Методы и автоматизированные системы промышленного аналитического экологического контроля

Учебное пособие

Редактор и корректор Е.В. Копытина

______________________________________________________

Подписано в печать 19.09.12. Формат 60× 90/16. Усл. печ. л. 11,25. Тираж 100 экз. Заказ № 185 / 2012

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета.

Адрес: 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, к. 113.

Тел. (342) 219-80-33.

179