Важнейшим звеном обеспечения качества атмосферного воздуха является система контроля его состояния, которая включает: наблюдение за состоянием воздуха и прогнозирование его изменений; установление и оценка источников загрязнения; предупреждение повышенного уровня загрязнений.

Контроль качества воздуха населенных пунктов предусматривает организацию и функционирование стационарных, маршрутных и передвижных постов наблюдения за загрязнением атмосферы.

Стационарный пост наблюдений предназначен для обеспечения непрерывной регистрации загрязняющих веществ (СО,SO 2 ,NO 2 , аммиак, формальдегид, пыль и др.) и регулярных проб атмосферы для дальнейшего анализа. Отбор проб чаще всего осуществляется 4 раза в сутки в течение всего года. Полученные данные используются для расчета среднесуточной концентрации загрязняющих веществ за год

Маршрутный пост предназначен для регулярного отбора проб воздуха в нескольких точках местности согласно временному графику.

Передвижной пост предназначен для отбора проб под газовым факелом. При этом пробы должны отбираться по направлению ветра в точках пересечения оси факела и концентрических окружностей с радиусами: от 0,2 до 0,5; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 15 и 20км.

Размещение стационарных и маршрутных постов должно способствовать установлению максимальных концентраций загрязняющих веществ. Обычно посты размещают концентрическими кругами в точках пересечения с радиальными линиями, показывающими стороны света. В центре круга должен находиться источник загрязнения.

Минимальное количество постов зависит от численности населения города:

Численность, млн чел. 0,5…1,0 1…2 >2

Количество постов, шт. 5…10 10…15 15…20

При определении приземных концентраций отбор проб осуществляется на высоте 0,5…3,5м от уровня земли.

Наблюдения по полной программе проводят ежесуточно в 1, 7, 13 и 19 часов по местному времени. При неблагоприятных метеорологических условиях наблюдения выполняют каждые 3 часа. Продолжительность отбора проб при определении разовых концентраций – 20 мин.

В крупных городах Украины контроль состояния атмосферного воздуха осуществляют с помощью автоматизированных систем качества воздуха. Наличие непрерывной информации о состоянии атмосферного воздуха в таких городах позволяет оперативно принимать необходимые меры для устранения чрезмерных загрязнений путем снижения выбросов загрязнителей промышленных предприятий и потоков автотранспорта.

4.3. Эффект суммации и его учет

В реальных условиях производства в выбросах и сбросах предприятий (а, следовательно, в атмосферном воздухе и водных объектах) присутствует не одно, а смесь различных загрязняющих веществ.

В воздухе населенного пункта, например, могут содержаться вещества от разных предприятий, ТЭС, транспорта. Многие из этих веществ обладают сходным токсическим действием на организм человека, а значит, в подобных случаях суммарная концентрация таких веществ может превышать предельно допустимую для каждого в отдельности . Кроме того, ряд соединений обладают синергетическим эффектом, т.е. токсичность одного в присутствии другого усиливается. Эффект синергизма хорошо виден на следующем примере: диоксид серы ослабляет защитные механизмы дыхательной системы и тем самым делает организм более восприимчивым к канцерогенам, и неблагоприятное воздействие от их совместного присутствия возрастает примерно в два раза.

Это явление называют эффектом суммации вредного воздействия, и его необходимо учитывать при нормировании как содержания, так и поступления загрязняющих веществ в окружающую среду.

Эффектом суммации при совместном присутствии обладают, в частности: ацетон и фенол; диоксид азота, озон и формальдегид; оксид углерода, диоксид азота и формальдегид; диоксид серы, оксид углерода, фенол и пыль; диоксид азота, диоксид серы и аммиак; диоксид серы и фенол; диоксид азота и диоксид серы. Перечень наиболее распространенных загрязнителей атмосферного воздуха, обладающих эффектом суммации, приведен в табл. 4.1.

Таблица 4.1 – Перечень некоторых веществ, для которых необходим

учет эффекта суммации (+) в атмосферном воздухе

	Вещество	Номера веществ, приведенных по вертикали
	Диоксид азота
	Диоксид серы
	Оксид углерода
	Сероводород
	Формальдегид

Рассмотрим следующий пример. Допустим, что в воздухе населенного пункта одновременно присутствуют диоксид азота и диоксид серы в концентрациях 0,06 и 0,04мг/м 3 соответственно. Установленные для них ПДК составляют 0,085 и 0,05мг/м 3 соответственно. Следовательно, концентрация каждого вещества отвечает нормативу ПДК. Но ихсуммарная концентрация составляет 0,06+0,04=0,1 мг/м 3 , т.е. превышает ПДК для каждого из них в отдельности, а, следовательно, и уровень загрязнения воздуха превышает допустимую норму.

Поэтому известное условие: СПДК следует записать в иной форме, которая учитывает эффект суммации: С/ПДК1. Совершенно очевидно, что, сколько бы вредных веществ ни присутствовало в воздухе одновременно, последнее условие должно строго соблюдаться.

Таким образом, качество воздуха будет отвечать установленным нормативам, если

где С 1 , С 2 ,….С n – концентрация вредных веществ, обладающих эффектом суммации; ПДК 1 , ПДК 2 ,…ПДК n – соответствующие им предельно допустимые концентрации.

Уравнение (4.1) показывает, что сумма отношений концентраций вредных веществ, обладающих эффектом суммации, к соответствующим им ПДК не должна превышать единицы.

Поэтому в приведенном выше примере в соответствии с уравнением (4.1) концентрация NO 2 не должна превышать 0,045 мг/м 3 , SO 2 – 0,023 мг/м 3 . Только в этом случае сумма отношений С/ПДК для этих соединений окажется меньше единицы:

и качество воздуха будет соответствовать установленным нормативам.

Аналогичным образом эффекты суммации учитывают и для водных объектов.

Вместе с тем, следует заметить, что суммарные ПДК не отражают реальную норму эффекта, вызываемого воздействием тех же токсичных веществ на организм человека, поскольку они вычисляются расчетным путем, исходя из соотношения наблюдаемой концентрации загрязнителей и принятыми для них ПДК.

Для исправления этого недостатка предлагают использовать другие показатели. Так, для интегральной оценки состояния воздушного бассейна применяют индекс суммарного загрязнения атмосферы:

(4.2)

где q i – средняя за год концентрация і-го вещества в воздухе;

А і – коэффициент опасности і-го вещества, обратный ПДК этого вещества: А і =1/ПДК і ;

С і – коэффициент, зависящий от класса опасности вещества: С і =1,5; 1,3; 1,0 и 0,85 соответственно для 1, 2, 3 и 4 классов опасности (сведения о классах опасности веществ приведены в разделе 7).

Индекс І m является упрощенным показателем и рассчитывается обычно для m=5 – т.е. наиболее значимых концентраций веществ, определяющих суммарное загрязнение воздуха. В эту пятерку чаще других входят такие веществ, как диоксиды азота и серы, аммиак, формальдегид, 3,4-бензпирен, пыль. Значение индекса І m изменяется от долей единицы до 15…20 – чрезвычайно опасных уровней загрязнения. Высокий индекс загрязнения имеют такие города Украины, как Кривой Рог, Мариуполь, Запорожье, Днепродзержинск, Алчевск.

Кроме того, чтобы определить состояние загрязнения воздуха несколькими веществами, которые действуют одновременно, очень часто используют комплексный показатель – индекс загрязнения атмосферы (ИЗА). Для его расчета, нормированные на соответствующие значения ПДК, средние концентрации примесей с помощью расчетов приводят к концентрации SO 2

а полученные значения К і складывают. Полученный таким образом показатель ИЗА указывает, в сколько раз суммарный уровень загрязненности атмосферы несколькими веществами превышает ПДК двуокиси серы.

Для каждого населенного пункта определен конкретный перечень пяти приоритетных примесей, по которым рассчитывается индекс загрязнения атмосферы ИЗА 5 .

МОНИТОРИНГ АТМОСФЕРЫ

Регулярные наблюденияза загрязнением воздуха проводят на постах, которые подразделяются согласно ГОСТу 17.2.3.01-86 «Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населенных пунктов» на 3 категории:

1. Стационарные посты.

2. Передвижные посты.

3. Маршрутные посты.

Стационарные посты – это специальные павильоны, оснащенные оборудованием и приборами для отбора и анализа проб воздуха и определения метеорологических параметров, служащие для систематических наблюдений

Минимальное число стационарных постов наблюденийустанавливается в зависимости от численности населения:

До 50 тыс. чел. – 1; от 100 тыс. чел. – 2; от 100 - 200 тыс. чел. – 2 - 3;

от 200 - 500 чел. – 3 - 5; от 0,5 - 1 млн. чел. – 5-10; от 1- 2 млн. чел. – 10 - 15;

более 2 млн. чел. – 15-20.

Сеть стационарных постов наблюдения должна охватывать различные участки города из расчета 1 стационарный пункт на 3-5 кв. км.

Выбранные пункты должны быть расположены на площадках с непылящим или мало пылящим покрытием, на проветриваемых местах.

Целесообразно организовать за пределами города 1 стационарный пост на расстоянии 1- 3 км с наветренной стороны по преобладающему ветру и на расстоянии 2 - 5 км с подветренной стороны.

Размещение стационарных постов наблюдений выбирается совместно с гидрометеорологической и санитарно-эпидемиологической службами, и согласовываются с главным архитектором города.

Передвижные посты служат для разовых наблюдений над дымовыми и газовыми факелами (в зависимости от направления ветра) и оценки пространственной изменчивости загрязнения на прилегающих территориях.

Основное назначение передвижных лабораторий – выявление зон с чрезмерным уровнем загрязнения компонентов биоты, отбор проб для тщательного анализа, а также для осуществления контрольных функций.

Маршрутные посты представляют собой автолаборатории для постоянных наблюдений за состоянием атмосферного воздуха на территориях, примыкающих к автомобильным магистралям с интенсивным движением

Контроль загрязнения атмосферы и метеонаблюдения проводятся строго в соответствии с международными стандартами – по полной, неполной и сокращенной программам.

По полной программе сроки отбора проб воздуха производятся в строго фиксированное время суток, через равномерные промежутки (в 1, 4, 7, 10, 13, 16, 19, 21 ч. местного дискретного времени) для того, чтобы охватить возможные изменения концентраций примесей, в связи с суточными колебаниями метеорологических факторов и выбросов вредных веществ.

По неполной программе (в 7, 13, 19. ч.) измеряются концентрации только основных и специфических загрязнителей.

По сокращенной программе (в 7, 13. ч.) измеряются концентрации основных загрязнителей и 1- 2 наиболее распространенных специфичных загрязнителя.

Измерения метеопараметров для сравнимости во всём мире проводятся одновременно (синхронно) по Гринвичскому времени (времени нулевого, Гринвичского, меридиана). Это так называемые синопти­ческие сроки.

Результаты измерений немедленно передаются в службу погоды по компьютерной связи, телефону, телеграфу или радио. Там составляются синоптические карты и разрабатывают­ся метеопрогнозы.

Для определения концентраций вредных примесей в атмосферном воздухе в близи автомагистралей и в отработавших газах двигателей используют анализаторы непрерывного действия, основанные на использовании следующих методов табл. 2.3.

Таблица 2.3

1. Абсорбционный* метод спектрального анализа, основан на свойстве веществ, избирательно поглощать часть проходящего через них электромагнитного излучения.

*Абсорбция (лат. поглощаю) – объемное поглощение газов или паров жидкостью (абсорбентом) с образованием раствора.

Специфичность спектра поглощения позволяет качественно определять состав газовых смесей, а его интенсивность связана с количеством поглощающего энергию вещества. Каждому газу присуща своя область длин волн поглощения и соответственно свой цвет.

2. Пламенно-ионизационный* метод, основан на ионизации углеводородов в водородном пламени.

*Ионизация (греч. идущий) – превращение атомов и молекул в ионы.

Ионы – электрически заряженные частицы, образующиеся в результате потери или присоединения одного или нескольких электронов к атомам или химически связанным атомным группам, (катионы (+) или анионы (-)).

В чистом водородном пламенисодержание ионов незначительно. При введении углеводородов в пламя, количество образующихся ионов значительно возрастает и под действием приложенного электрического поля между коллектором и горелкой возникает ионизационный ток,пропорциональный содержанию углеводородов.

3. Хемилюминесцентный* метод, основан на реакции оксидов азота и озона, попадающих одновременно в реакционную камеру, которая имеет вид:

NO + O 3 → NО 2 (NO 2 *) +О 2

Возбужденная молекула NO 2 * (образует 5-10% от общего количества молекул NO 2) отдает избыток энергии в виде излучения.

NО 2 * → hv+NО 2

Интенсивность излучения, измеряемого фотоумножителем, пропорциональна концентрации оксидов азота.

*Люминесценция (лат. свет) – свечение веществ, избыточное над их тепловым излучением при данной температуре и возбужденное какими-либо источниками энергии.

Хемо – часть сложных слов, указывающая на отношение к химии или к химическим процессам.

Для определения концентрации озона применяется газ-реагент этилен (Н 2 С = СН 2) высокой очистки (99,95%). Под действием ультрафиолетового излучения между озоном и этиленом протекает реакция, сопровождающаяся люминесцентным излучением.

4. Метод ультрафиолетовой флуоресценции* основан на облучении пробы газа, содержащего диоксид серы и (или) сероводород, ультрафиолетовым светом.

*Явление флуоресценции – свойство вещества излучать свет под воздействием источника возбуждения.

В коротко волновой области спектра (200-500 нм) молекулы SО 2 и Н 2 S из возбужденного состояния переходят в нормальное состояние, разряжаясь через флуоресценцию. Интенсивность разряжения пропорциональна содержанию диоксида серы и сероводорода.

5. Пламенно-фотометрический метод основан на внесении молекул диоксида серы в пламя смеси водород /воздух.

При этом диоксид серы восстанавливается до атомарной серы, из которой вновь образуется молекулы серы (S 2), часть из которых возбуждена.

Возвращаясь в исходное состояние, возбужденные молекулы испускают характерные для серы излучения.

6. Гравиметрический метод – традиционный метод определения концентрации твердых частиц в газовых смесях, связанный с отбором пробы, пропусканием ее через фильтр, взвешиванием фильтра или определением его степени черноты по эталону.

7. Радиоизотопный метод применяется для определения концентрации твердых частиц, которая вычисляется по результатам измерений на фильтре (лента из стекловолокна) до и после нанесения пробы.

8. Электрохимический метод основан на использовании химических сенсорных датчиков, состоящих из двух чувствительных элементов и определенного химического покрытия, на котором происходит адсорбция анализируемого вещества.

9. Хроматографический* метод основан на использовании свойства разделения сложных смесей на хроматографической колонке, заполненной сорбентом.

*Хроматография (греч. – цвет) – метод разделения и анализа смесей, основанный на различном распределении их компонентов между двумя фазами – неподвижной и подвижной.

Проба газа вводится в поток соответствующего газа-носителя простейшей форсункой и вместе с ним пропускается через колонки с твердыми адсорбирующими поверхностями (адсорбентная газовая хроматография), или с нанесенными на твердые поверхности нелетучими жидкостями (газожидкостная хроматография). Отдельные компоненты смеси с различными скоростями перемещаются в колонке, выходят из нее раздельными фракциями и регистрируются. Количественная оценка осуществляется по интенсивности сигнала детектора.

10. Лазерно-локационный* метод (лидарная система контроля) основан на комбинационном рассеивании и дифференциальном поглощении загрязняющих веществ с использованием источника лазерного излучения и предназначен для дистанционного зонирования качества атмосферы.

*Лазер – прибор, испускающий световой луч очень острой направленности, т.е. с очень малой расходимостью лучей. Все излучение лазера собирается в пятнышко площадью ~ 10- 6 см 2 , в котором создается огромная плотность мощности (до 10 т Вт/см 2). Лазерный луч при своем распространении – рассеивается молекулами, частицами, неоднородностями воздуха, поглощается и изменяет свои физические параметры (частоту, форму импульса и др.), при этом появляется свечение (флюоресценция), что позволяет качественно и количественно судить о тех или иных параметрах среды.

Лидар кругового обзора, устанавливается в промышленных зонах, вблизи автомагистралей на доминирующих строениях и предназначен для непрерывного контроля выбросов аэрозолей SО 2 , СО на территориях радиусом от 7 до 15 км.

МЕТОДИКИ МОНИТОРИНГА ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ

Основными веществами, загрязняющими атмосферу, явля­ются – окислы азота, серы, и углерода, фенолы, аммиак, хлор, ра­диоактивная пыль и суперэкотоксиканты.

На уровень загрязнения атмосферы влияют следующие условия погоды*:

1. Инверсия (особенно приподнятая инверсия) возника­ет, когда массы теплого воздуха распространяются над регионом и препятствуют выносу загрязнителей в атмосферу. При этом температура почвы ниже температуры воздуха.

2. Ураганы, при которых скорость ветра превышает 30 метров в секунду. Они возникают в определенных местах Мирового океана при резком повышении температуры морской воды; при движении ураганы разрушают все на своем пути.

3. Туман (промышленный и фотохимический смог) отрицательно воздействующий на окружающую среду (в частности, приводит к выпадению кислотных дождей) и создает неблагоприятные условия для жизни человека.

4. Штиль. При отсутствии ветра (V в = 0 – 0,5 м/с) над поверх­ностью земли создаются условия для застоя воздуха. Запирающий слой кислых газов и пыли при этом снижается над местностью. От высоких источников загрязнения (высоких дымовых труб) дым не поднимается столбом вверх. С низкими источниками за­грязнения (выхлопные трубы автотранспорта) дело обстоит ещё хуже отходящим газам некуда деться, и это усугубляется плохим качеством сжигаемого в автомобилях бензина и дизельного топлива.

5. Осадки. При определенной метеорологической обстановке создаются условия для образования кислотных дождей, что отрицательно сказывается на здоровье человека, снижает урожай­ность сельскохозяйственных культур и является причиной кор­розии металлов.

6. Видимость в атмосфере. На состояние этого метеорологи­ческого фактора влияет наличие в воздухе взвешенных жидких и твердых частиц (капли воды, пыль).

7. Излучения. Электромагнитные излучения, в том числе инсоляция, магнитные и радиационные излучения, в той или иной мере зависят от метеоусловий. Солнечная радиация инициирует магнитные бури; электромагнитные явления в атмосфере вызывают грозы; радиационные явления ионизирующего ха­рактера зависят от наличия в атмосфере частиц пыли с высоким уровнем радиации.

Знание законов метеорологии позволяет оценить такие экологические явления, как рассеяние загрязняющих веществ, обра­зование смогов (ядовитых туманов), инверсия (способность на­гретого загрязненного воздуха опускаться к охлажденной земле), образование шлейфа дыма от труб промышленных предприятий, проветриваемость жилых массивов.

НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ВЫХЛОПНЫМИ ГАЗАМИ АВТОМОБИЛЕЙ.

Для оценки загрязнения атмосферы на постах при дорожном мониторинге чаще всего используют отечественные контрольно-измерительные комплексы «Пост-1» «Воздух-1», АСКЗА, «Атмосфера-2», где наряду с эколо­гическими параметрами измеряются и метеорологические харак­теристики, что позволяет прогнозировать природную ситуацию.

Место для размещения приборов выбирается на тротуаре и на середине разделительной полосы, при ее наличии. При отсутствии тротуара приборы размещают на расстоянии от проезжей части равном половине ширины проезжей части одностороннего движения.

Оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха на автомагистралях и в прилегающей жилой застройке дается на основе натурных наблюдений и включает в себя:

1. Определение в воздухе основных компонентов выхлопных газов.

2. Определения уровня транспортного шума.

3. Определение метеорологических параметров.

Наличие этих данных наблюдений позволяют изучить:

1. Влияние транспортного потока на уровень загрязнения атмосферного воздуха.

2. Отработать методику осуществления экологического мониторинга автомобильных, дорог и транспортных потоков.

3. Управление потоками в режиме реального времени.

Контроль содержания токсичных выбросов в отработавших газах (ОГ) автомобилей проводится в два этапа:

На первом (визуальном) этапе проводится осмотр дороги:

1. Дорога разбивается на участки. Из них выбирают наиболее загруженные и характерные.

Характерные участки автомобильной дороги можно представить по типам:

1 тип - перегонные участки, где движение транспорта происходит с постоянной скоростью. Удельные выбросы токсичных компонентов ОГ наименьшие.

2 тип - перекрестки, где происходит снижение скорости, торможение, разгон, возможны остановки (светофор), работа двигателя на холостом ходу.

3 тип - места остановок транспорта, площадки и стоянки отдыха.

На стоянках автомобильный двигатель значительное время работает на холостом ходу, а при отъезде часто используется режим разгона. Эти режимы работы двигателя характеризуются повышенными объемами выбросов угарного газа, углеводородов, оксидов азота и т.д.

На втором этапе на выбранных участках дороги производится инструментальная оценка уровня загрязнения в соответствии с действующими методиками.

Предварительно перед вторым этапом определяется интенсивность движения на характерных участках дороги:

1. В течение 2-3 недель ежедневно, в период с 5 - 6 ч утра до 21- 23 ч вечера, а на транзитных автомагистралях в течение суток, подсчитывают количество проходящих в прямом и обратном направлениях транспортных средств по пяти основным категориям: легковые, грузовые, автобусы, автомобили и автобусы с дизельными двигателями, мотоциклы.

2. Подсчет количествапроходящих транспортных единиц производится в течение 20 минут каждого часа, а в 2-3 часовые периоды наибольшей интенсивности движения через каждые 20 минут.

3. На основании результатов натурных исследовании вычисляют средние значения интенсивности движения автотранспорта в течение суток в каждой из точек измерений.

Во время проведения замеров определяются:

1. Средние за 20 минут величины концентраций углеводородов (С n Н m), озона (О 3), окислов азота (NО Х), соединений серы (Н 2 S, S0 2).

2. Средние за час концентрации оксида углерода (СО).

3. Средние трехчасовые концентрации пыли.

4. 30 минутные данные о метеорологических величинах.

На основании полученных данных определяют:

1. Максимальные значения концентраций основных примесей, выбрасываемых автотранспортом в районах автомагистралей.

2. Периоды их наступления при различных метеорологических условиях и интенсивности движения автотранспорта.

3. Определяют границы зон и характер распространения примесей

с удалением от отдельной автомагистрали или группы автомобилей, расположенных параллельно на некотором расстоянии друг от друга.

4. Выявляют особенности распространения примесей в жилых кварталах различного типа застройки и в зеленных зонах, примыкающих к автомагистралям.

5. После чего строят блок-схему алгоритма инвентаризации источников выбросов рис. 2.1.

Разрешение на функционирование.

Рис. 2.1. Блок-схема алгоритма инвентаризации источников выбросов.

Согласно данной схеме, на основании расчетов и прямых измерений:

На первом этапе определяется номенклатура вредных веществ, поступающих в окружающую среду в нормальном (проектном) режиме функционирования.

Полученныезначения концентраций вредных веществ сопоставляют с фоновыми концентрациями для зоны влияния.

Суммарныезначения концентраций сопоставляют с действующими ПДК и по результатам сравнения принимают соответствующие решения о дальнейшем функционировании источников.

ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ C ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БИОИНДИКАЦИОННЫХ МЕТОДОВ

Наиболее информативными являются различные виды лишайников (Lесаnога, Usnога, Аlесtоriа, Сеtrаriа.).

Даже незначительное наличие антропогенных загрязнений (диоксид серы, оксиды азота, углеводороды и т.д.) в воздухе ими очень хорошо диагностируются: сначала исчезают кустистые, потом листоватые и, наконец, накипные формы.

Из высших растений повышенную чувствительность к антропогенным загрязнениям имеют хвойные породы – кедр, ель, сосна.

БИОИНДИКАЦИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУХА ПО СОСТОЯНИЮ СОСНЫ .

Считается, что для условий лесной полосы России наиболее чувствительны к загрязнению воздуха сосновые леса. Это обуславливает выбор сосны как важнейшего индикатора антропогенного влияния, принимаемого в настоящее время за«эталон биодиагностики». Информативными по техногенному загрязнению являются морфологические и анатомическиеизменения, а также продолжительность жизни хвои. Так как при хроническом техногенном загрязнении лесов наблюдается повреждение и преждевременное опадение хвои сосны, отмечается снижение массы хвои на 30-60% в сравнении с контрольными участками.

100 р бонус за первый заказ

Выберите тип работы Дипломная работа Курсовая работа Реферат Магистерская диссертация Отчёт по практике Статья Доклад Рецензия Контрольная работа Монография Решение задач Бизнес-план Ответы на вопросы Творческая работа Эссе Чертёж Сочинения Перевод Презентации Набор текста Другое Повышение уникальности текста Кандидатская диссертация Лабораторная работа Помощь on-line

Узнать цену

Для дистанционного (неконтактного) глобального контроля загрязнений и состава атмосферы используются способы радиолокационного, акустического и лидарного (лазерного) зондирования. Это довольно сложные и дорогостоящие установки. Для контроля воздуха в приземном слое в отдельных точках планеты обычно используются более простые установки. Мы здесь рассмотрим только два принципа контроля состава воздуха: оптико-акустический и термохимический.

Известно, что интенсивность излучения (радиация) света в инфракрасном диапазоне изменяется по закону I=I0·e-·cr·d, где I0 - интенсивность падающей радиации; I - интенсивность радиации, прошедшей через поглощающий слой;  - коэффициент поглощения инфракрасной радиации определенным газом; Сr - концентрация этого газа; d - толщина поглощающего слоя.

Видимо, зная , d и изменение радиации можно определить концентрацию контролируемого газа - Сr. Из инфракрасных анализаторов наибольшее распространение получили приборы с акустическим преобразователем (оптико-акустические преобразователи).

На рисунке представлена схема простейшего газоанализатора с селективным лучеприемником акустического типа.

Газоанализатор состоит: из источника инфракрасного излучения 1; обтюратора 2; рабочей камеры 4; лучеприемника 7; оптически прозрачных для инфракрасного излучения окон 3, 5, 6; микрофона 8. Поток инфракрасной радиации, излучаемый источником и периодически прерываемый обтюратором с определенной частотой, сначала поступает в рабочую камеру, через которую проходит анализируемая смесь, а потом в лучеприемник, заполненный газом, концентрация которого определяется. Под действием прерывистого потока инфракрасной радиации газ в лучеприемнике будет периодически нагреваться и охлаждаться и внутри лучеприемника будут возникать периодические колебания температуры газа T, вызывающие колебания давления величиной Р (на том же рисунке – часть "б"). Амплитуда этих колебаний будет пропорциональна концентрации анализируемого газа. (чем больше концентрация, тем большая часть радиации поглощается в рабочей камере, тем меньше будет амплитуда колебаний.

Рассмотренная схема оптоакустического газоанализатора дает представление о сущности метода анализа, но обладает рядом недостатков, среди главных из которых неизбирательность, а также зависимость от параметров смеси (температура, давление, плотность и т.д.). В реальных случаях используют многоканальные дифференциальные оптические схемы с устройствами подготовки и фильтрации газовой смеси (как оптической, так и механической).

Другим очень перспективным в наше время является термохимический (термокаталитический) метод контроля газовых смесей, применяемый для обнаружения и измерения концентраций горючих газов и паров воздуха.

В основе этого метода лежит использование специальных чувствительных элементов, представляющих собой микроспираль из микропровода в термостойкой изоляции, на которой сформирован шарик из‑окиси алюминия. Рабочий чувствительный элемент покрыт сверху еще катализатором на основе платино-паладиевой черни, сравнительный элемент этого покрытия не имеет. Работает газоанализатор следующим образом: обычно рабочий и сравнительный элементы включаются в одну ветвь мостовой электрической схемы, и помещается в одну пористую реакционную камеру. Сравнительный элемент используется для компенсации влияния неизмеряемых параметров газовой смеси. При подключении к мостовой схеме определенного напряжения, под влиянием протекающего тока спираль нагревается до определенной величины, нагревая шарики из‑окиси алюминия. Анализируемая газовая смесь попадает через поры реакционной камеры в ее внутреннюю полость и, подходя к шарикам, начинает процесс беспламенного горения на рабочем чувствительном элементе, в ходе которого выделяется тепло, которое дополнительно разогревает спираль рабочего чувствительного элемента. Материалы микропровода обычно используются с большим положительным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС). Сопротивление спирали рабочего элемента резко увеличивается, и на диагонали выхода мостовой схемы появляется напряжение, пропорциональное концентрации горючей составляющей в воздухе.

Такие схемы отличаются большой надежностью, избирательностью и простотой. Для избирательного определения горючих компонентов газовой смеси необходимо менять температуру первоначального нагрева спирали.

На приведенном ниже рисунке изображен чувствительный элемент (часть рисунка "а") и общая мостовая схема первичного преобразователя, термохимического газоанализатора (часть "б").

На этом рисунке: 1 – платино-паладиевый катализатор; 2 – g-окись алюминия; 3 – микроспираль; Рчэ – рабочий чувствительный элемент; Счэ – сравнительный чувствительный элемент; R1 и R2 – сопротивления плеч отношения; Uпит – напряжение питания; Uвых – выходное сопротивление первичного преобразователя, пропорциональная концентрации горючего компонента, Р.К. – пористая реакционная камера.

Количество вредностей, выделяющихся из оборудования определяется по следующим формулам:

а) Для оборудования работающего под давлением:

Gg=m·rн·V (кг/час), где rн – плотность газа при рабочем давлении и температуре, кг/м3; V – объем газовой фазы в оборудование, м3; m – показатель (коэффициент) негерметичности, час-1 (является функцией давления газовой фазы, вида газовой смеси, конструкции оборудования - берётся из справочных таблиц).

б) Для оборудования, работающего под разрежением (вынос вредных веществ происходит молекулярной диффузией навстречу потоку воздуха):

Gp=F··Co·exp(г/с), где F – площадь отверстий в корпусах оборудования, м2; – скорость, входящего через отверстия воздуха, м/с; а – длинна канала, м; С – концентрация газа внутри оборудования, г/м3; D – коэффициент диффузии газа в воздухе, м2/с.

Концентрация газовой смеси при авариях от точечного (размер разрушений мал, по сравнению с расстоянием от источника) источника, определяется по формуле:

Мг/м3, где М – мощность выброса, мг/с; t – продолжительность аварии, с; х – расстояние от источника аварии, м; А – константа (А=0,11).

Разбор некоторых аспектов экологической доктрины Российской Федерации

2.3.1 Мониторинг и контроль состояния атмосферы

Наблюдение за состоянием атмосферного воздуха могут производить как в местах интенсивного техногенного воздействия (городах, промагломерациях) так и в удаленных от источников загрязнения районов. Сеть наблюдающих станций РФ включена в Единую Государственную Службу Экологического Мониторинга (ЕГСЭМ), исследования проводят по физическим, химическим и биологическим показателям.

Для получения информации о изменчивости состояния атмосферного воздуха проводят предварительное обследование состояния атмосферного воздуха на определенной территории с помощью передвижных средств, так можно определить границы промышленных комплексов, окрестности их влияния. После обработки полученной информации устанавливаются границы, контрастность загрязнения. Об общем состоянии воздушного пространства может сообщать наблюдательный пост, также он может контролировать источники выбросов. На таких постах обязательно производят замеры пыли, SO 2 , CO, NO 2. Выбор других веществ определяется спецификой производства и частотой превышений ПДК (предельно допустимых веществ). Пост должен находиться вне аэродинамических тени зданий и зоны зеленых насаждений, территория должна хорошо проветриваться, не подвергаться влиянию источников возможного выброса загрязнителей (автостоянок, мелких предприятий). Количество таких постов зависит от рельефа, особенностей промышленности, от структуры местности (жилая, промышленная, зеленая зона и т.д.), а также от численности населения. Ниже представлена таблица (2.2), представляющая зависимость количества постов от численности населения

Таблица 2.2 - Зависимость количества постов от численности населения

В недавно установленных постах могут быть установлены газоанализаторы и использоваться приборы «Компонент» с узлом отбора проб для определения запыленности воздуха и автоматическим контроля температуры и относительной влажности. Наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха должны проводиться круглогодично и независимо от природных условий.

Самым важным элементом контроля атмосферного воздуха является отбор проб, если он выполнен неправильно, то дальнейший анализ теряет свой смысл. Возможны два способа отбора проб атмосферного воздуха: аспирационный (поглощение воздуха специальным прибором) и заполнением сосудов ограниченной емкости. Для исследования газообразных примесей пригодны оба способа, для контроля за веществами в виде аэрозолей только первый. При аспирационном способе анализируемое вещество концентрируется в поглотительной среде. Для точного определения расход воздуха в приборе должен быть большим: десятки и сотни литров в минуту. Лучшим способом определения концентраций вредных веществ в атмосфере является непрерывный отбор воздуха в течение 24 часов.

Лабораторно-аналитическое обеспечение деятельности в области обращения с опасными отходами

Экологический контроль в соответствии со ст...

Механизм регулирования состояния водоемов

Прогнозирование состояния водоемов или других природных систем основывается на изучении и анализе закономерностей их развития, изменчивости при действии антропогенных и других факторов. Оно базируется на стандартах...

Мониторинг загрязнения вод суши

Мониторинг окружающей среды в Московской области

Главной водной артерией является р. Волга, которая протекает на небольшом (12 км) участке Верхне-Волжской низменности, по которому проходит граница с Тверской областью. Остальные реки являются ее притоками или притоками следующих порядков...

Мониторинг среды обитания

Задание 6.Какова допустимая концентрация ртути в воздухе? Чувствительность индикаторной бумаги для регистрации паров ртути (способ приготовления рассмотрен в предыдущей задаче) составляет 5*10-7мг/мл. Определите...

Проблема загрязнения биосферы

Под мониторингом (от лат. «монитор» -- напоминающий, надзирающий) понимают систему наблюдений, оценки и прогноза состояния окружающей среды. Основной принцип мониторинга -- непрерывное слежение...

Проблема загрязнения водных объектов

Практикуются три основных метода очистки сточных вод. Первый существует давно и наиболее экономичен: сброс сточных вод в крупные водотоки, где они разбавляются пресной проточной водой, аэрируются и нейтрализуются естественным образом...

Для получения реальной информации о состоянии и уровне загрязнения различных объектов окружающей среды (согласно подпункту экологической доктрины - «обеспечение достоверности и сопоставимости данных экологического мониторинга по...

Разбор некоторых аспектов экологической доктрины Российской Федерации

Основными задачами по контролю и мониторинга природных является систематическое получение отдельных и/или обобщенных данных о качестве воды и обеспечение этими данными заинтересованные организации...

Разбор некоторых аспектов экологической доктрины Российской Федерации

В качестве загрязнителей почвы рассматривают такие загрязняющие вещества как газы и гидрозоли, сложные органические соединения (бензол, диоксин, пиридин). Негативные последствия проявляются на региональном и даже глобальном уровне...

Система экологического менеджмента нефтегазодобывающего предприятия на примере ООО "Лукойл - Западная Сибирь"

ОССЖ должны быть оборудованы техническими средствами для контроля уровней, давления, расходов при хранении, транспортировании и внесении животноводческих стоков...

Экология

В соответствии со Статьей 1 Федерального закона «Об охране окружающей среды» экологический контроль это система мер, направленная на предотвращение, выявление и пресечение нарушения законодательства в области охраны окружающей среды...

Большое значение имеет лабораторный контроль за состоянием атмосферного воздуха населенных мест. Санитарно-эпидемиологические станции Министерства здравоохранения СССР на стационарных точках определяют диффузное загрязнение атмосферного воздуха, ведут наблюдение на территории промышленных предприятий и вокруг них, изучают зональное распространение выбросов, осваивают и внедряют в практику новые методы определения различных, ингредиентов. Сотрудники станций обобщают результаты лабораторного исследования атмосферы для использования их в практической работе, издают совместно с местными органами Госкомгидромета ежемесячные бюллетени о состоянии воздушной среды городов.

Государственному комитету СССР по гидрометеорологии и контролю природной среды (Госкомгидромет) и его органам на местах предоставлено право проверять соблюдение норм и правил по охране атмосферного воздуха предприятиями, учреждениями, организациями, стройками и другими объектами независимо от их ведомственной подчиненности, а также при нарушении вносить предложения остановить действующие производственные объекты. В наиболее крупных городах наблюдения за загрязнением воздуха ведутся одновременно в нескольких пунктах. Сеть контроля загрязнения воздуха имеет более тысячи стационарных и 500 маршрутных постов систематических наблюдений, а также подфакельные наблюдения, пункты которых выбираются в зависимости от направления ветра и других факторов. Она решает и оперативные и прогностические задачи оценки загрязнения воздушного бассейна вредными веществами.

Программы включают ежесуточный трехразовый отбор проб на основные загрязняющие вещества: пыль, двуокись серы, двуокись азота, окись углерода, а также специфические--характерные для промышленных предприятий данного города.

Дальнейшее развитие получило и прогнозирование высоких уровней загрязнения атмосферного воздуха. Прогнозы составляются по 122 городам. В соответствии с ними более чем на тысяче крупных предприятий принимаются оперативные меры по уменьшению вредных выбросов. Новая обязанность Госкомгидромета-- выявлять такие источники и вести надзор за соблюдением норм допустимых выбросов.

Должностным лицам комитета разрешено посещать и контролировать промышленные предприятия, а также налагать соответствующие санкции.

Мукачевский завод комплектных лабораторий выпускает контрольно - измерительный комплекс для исследования загрязнения атмосферы «Пост-1». Это -- стационарная лаборатория. Ее услугами пользуются гидрометеослужба, санитарно-эпидемиологические станции, промышленные предприятия. Она эффективно работает во многих городах страны. Комплекс оснащен автоматическими анализаторами для непрерывной регистрации загрязнения воздуха, имеет оборудование для отбора проб воздуха, которые анализируются в лаборатории. Кроме того, он выполняет и чисто метеорологические функции: измеряет скорость и направление ветра, температуру и влажность воздуха, атмосферное давление.

В 1982 г. завод освоил производство станции «Воздух-1». Назначение станции то же, но проб она отбирает почти в 8 раз больше. Стало быть, повышается и объективность общей оценки состояния воздушного бассейна в радиусе действия станции. Автоматическая станция атмосферы берет на себя функции наблюдательного пункта автоматизированной системы наблюдений и контроля за состоянием атмосферы (АНКОС-А). Именно за такими системами будущее. В Москве действует первая очередь экспериментальной системы АНКОС-А. Кроме метеорологических параметров (направление и скорость ветра) они измеряют содержание в воздухе окиси углерода и двуокиси серы. Создана новая модификация станции «АНКОС-А», которая определяет (кроме вышеупомянутых параметров) и содержание суммы углеводородов, озона и окислов азота.

Информация от автоматических датчиков тут же поступит в диспетчерский центр, и ЭВМ в считанные секунды обработает сообщения с мест. Они будут использоваться для составления своеобразной карты состояния городского воздушного бассейна.

И еще одно преимущество автоматизированной системы: она не просто будет осуществлять контроль, но и даст возможность научно прогнозировать состояние атмосферы в определенных районах города. А значение своевременного и точного прогноза велико. До сих пор фиксировали загрязнения, помогая тем самым устранять их. Прогноз позволит улучшить профилактическую работу, избежать загрязнений атмосферы. Следить за чистотой воздуха--дело очень трудное. И прежде всего потому, что необходимы дистанционные методы исследования.

Первые попытки использовать световой луч для изучения атмосферы относятся к началу XX столетия, когда с этой целью был применен мощный прожектор. С помощью прожекторного зондирования в дальнейшем были получены интересные сведения о строении земной атмосферы. Однако только появление принципиально новых источников света--лазеров--позволило использовать известные явления взаимодействия оптических волн с воздушной средой для исследования ее свойств.

Что это за явления? Прежде всего к ним относится аэрозольное рассеяние. Распространяясь в земной атмосфере, лазерный луч интенсивно рассеивается аэрозолями--твердыми частицами, каплями и кристаллами облаков или туманов. Одновременно лазерный луч рассеивается и за счет колебаний плотности воздуха. Такой вид рассеяния называют молекулярным или релеевским-- в честь английского физика Джона Релея, установившего законы рассеяния света.

В спектре рассеяния света, кроме линий, характеризующих падающий свет, наблюдаются дополнительные, сопровождающие каждую из линий падающего излучения. Различие в -частотах первичной и дополнительных линий характерно для каждого рассеивающего свет газа. Например, послав в атмосферу зеленый луч лазера, сведения об азоте можно получить, определив свойства возникающего красного излучения.

Остановимся на принципиальном устройстве лазерного локатора--лидара--прибора, использующего лазер для зондирования атмосферы.

Лидар по своему устройству напоминает радиолокатор, радар. Антенна радара принимает радиоизлучение, отраженное, например, от летящего самолета. А антенна лидара может принять световое лазерное излучение, отраженное не только от самолета, но и от инверсионного следа, возникающего за самолетом. Только антенна лидара представляет собой светоприемник--зеркало, телескоп либо объектив фотоаппарата, в фокусе которых расположен фотоприемник светового излучения.

Импульс лазера излучен в атмосферу. Длительность лазерного импульса ничтожна (в лидарах часто применяют лазеры с длительностью импульса, равной 30-миллиардным долям секунды). Это означает; что пространственная протяженность такого импульса составляет 4,5 м. Лазерный луч, в отличие от лучей других световых источников, по мере распространения в атмосфере расширяется незначительно. Поэтому светящийся зонд--импульс лазера в каждый момент времени--информирует о всем, что встретилось на его пути. Информация поступает практически мгновенно на антенну лидара--скорость лазерного зонда равна скорости света. Например, с момента лазерной вспышки до регистрации сигнала, вернувшегося с высоты 100 км, пройдет меньше тысячной доли секунды.

Представим, что на пути лазерного луча находится облако. За счет повышенной концентрации частиц в облаке число световых фотонов, рассеянных назад к лидару, увеличится. При работе с электроннолучевым устройством оператор будет наблюдать характерный импульс, аналогичный импульсу от цели при радиолокационном обзоре. Однако облако представляет собой диффузную цель с распределенными в пространстве каплями воды или кристаллами льда. Расстояние до первого сигнала определяет величины нижней границы облачности, последующие сигналы свидетельствуют о толщине облака и его структуре. Основываясь на известных закономерностях, по сигналу рассеяния лазерного излучения можно определить распространение водности, получить сведения о кристаллах в облаке.

В дальнейшем лидарная техника интенсивно развивалась. Современные лидары позволяют обнаруживать скопление частиц на высоте 100 км и более, следить за временной изменчивостью аэрозольных слоев.

Одним из самых перспективных применений лидаров является определение загрязнения воздушного бассейна городов. Лидары позволяют определять газовый состав непосредственно в шлейфах выбросов, на автострадах, по мере удаления источников выбросов. Чувствительность измерений, проводимых с помощью разработанных методов, высока. На приземных трассах протяженностью в сотни метров--километры удалось измерить концентрации двуокиси азота, сернистого ангидрида, озона, этилена, окиси углерода, аммиака.

Если выбрать несколько опорных точек для установки лидара, то можно исследовать площадь в десятки квадратных километров. Получив таким образом картосхемы загрязнений, градостроители анализируют их и результаты используют в проектных работах.

Каковы возможности лазерной локации? Просмотр картосхем дает объективную картину качества городского воздуха. Выявляются зоны повышенных концентраций, тенденции их распространения в зависимости от конкретных метеорологических факторов. Сопоставляя картосхемы загрязнений воздушного бассейна со схемами размещения промышленных предприятий, легко определить вклад каждого из них. На основе этих данных разрабатываются конкретные мероприятия, направленные на оздоровление воздушного бассейна. В перспективе возможно создание автоматизированной системы контроля качества атмосферы города.