книги / Промышленный экологический анализ
..pdfРис.6.1 .Схема лабораторного анализа снеговой пробы
снега, так как при хранении талой воды в течение 4 - 5 часов на стенках сосуда, у поверхности образуется несмываемая жирная сажистая пленка углеводород ных соединений, захватывающая часть тонкодисперсной фракции твердых час тиц, что приводит к непригодности пробы для. анализа на углеводородные со единения и искажает истинное содержание в пробе других ингредиентов; осадок твердых частиц должен быть полностью перенесен на фильтр. Фильтр должен плотно прилегать к стенкам воронки, при фильтровании к нему прикасаться нельзя. Во избежание повреждения фильтра следует предохранять его от попа дания комков нерастаявшего снега.
Для растапливания снег переносят в стаканы, при этом из него пинцетом выбирают и отбрасывают веточки, листья, хвою, траву и другие растительные остатки. Выбирать их с поверхности фильтра нельзя. Крупные одиночные рас тительные включения следует извлечь из талой воды в стакане, так как они не являются составной частью антропогенного загрязнения. Извлечение из пробы растительных включений необходимо потому, что включения, попадая на фильтр, увеличивают его массу и, следовательно, снижают значение опреде
Доставленную со снегового маршрута пробу растапливают при комнатной температуре в закрытом крышкой или пленкой полиэтиленовом ведре и отстаи вают в течение 1 суток (предварительно ведро тщательно промывают дистил лированной водой). 2 дм' отстоявшейся воды осторожно, не взмучивая осадок, переливают в бутылку, замерив ее объем. Бутылки герметично закрывают пробкой, наклеивают этикетки с надписью «Не отфильтрована». Затем измеря ют всю оставшуюся в ведре воду и фиксируют общий объем талой воды из пробы снега. Бутылки упаковывают и отсылают в химическую лабораторию.
Исследования проб на содержание химических соединений выполняют по специальным методикам, используя общепринятые физико-химические методы исследования.
При написании главы было использовано «Руководство по контролю за грязнения атмосферы» РД 52.04.186-89 (М., 1991).
7. АВТОМАТИЗАЦИЯ АНАЛИТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Управление качеством окружающей среды невозможно без адекватной информации о ее состоянии.
Успешное решение проблемы охраны окружающей среды возможно толь ко при наличии средств, обеспечивающих оперативное получение информации о загрязнениях воздушного и водного бассейнов. В настоящее время многие фирмы, научно-исследовательские и конструкторские организации в нашей стране и за рубежом разрабатывают и выпускают различные средства контроля загрязнений окружающей среды, в том числе автоматические системы (стан ции), основой которых являются автоматические анализаторы концентраций отдельных компонентов.
Различают следующие формы мониторинга - глобальный, региональный, локальный (линейный), точечный.
7.1. Средства получения, обработки и передачи
информации в составе комплексного мониторинга
Инструментальной базой систем контроля природной среды является ком плекс технических средств автоматизированных систем контроля (АСК) за грязнения окружающей среды. Разработка таких АСК ведется в настоящее вре мя во всех промышленно развитых странах, в том числе и в России. Цель по добных разработок - создание развитой сети информационно-измерительных систем контроля загрязнения окружающей среды, начиная от низовых систем контроля для промышленных предприятий до общегосударственной службы наблюдения и контроля.
В зависимости от задач, решаемых АСК, их можно классифицировать по следующим типам: промышленные, городские, региональные, общегосударст венные и глобальные.
Промышленные АСК предназначены для контроля выбросов промышлен ных предприятий, а также оценки степени загрязнения в районе его санитарно защитной зоны. Обычно такие АСК входят в состав АСУ предприятия и ис пользуют датчики, характерные для выбросов данного предприятия, а также метеодатчики. Места контрольных пунктов выбирают в зависимости от мест выбросов предприятия, розы ветров и размещения жилых зданий в районе предприятия.
Городские АСК используются для измерения уровня загрязнения город ской сферы выбросами многих предприятий, автотранспортом, а также гидро метеорологических параметров. Они позволяют анализировать степень чистоты окружающей среды в зависимости от погоды, сезона, определяют степень опасности каждого из источников загрязнения, выявляют его роль в общем за
грязнении среды, информируют об уровне загрязнения различные службы и ор ганизации. В состав городских АСК входят отдельные подсистемы сбора дан ных, выполненные в виде специализированных устройств на базе микроЭВМ с определенным набором датчиков, и связанные через подсистемы передачи дан ных с подсистемами обработки данных; промышленные системы могут входить на правах подсистем низшего ранга.
Региональные АСК предназначены для статистической обработки данных о загрязнении окружающей среды на значительных ^территориях. Они могут включать в себя несколько городских АСК. С помощью региональных АСК проводятся исследования условий загрязнения и соблюдения требуемых стан дартов качества среды, разработка усовершенствованных методов контроля и регистрации загрязнений, оценка последствий загрязнения, выдается необхо димая информация непосредственными пользователями данных - инспектора ми по охране окружающей среды и через сети передачи данных в федеральную АСК.
В рекомендациях специальной комиссии СКОПЕ (Научный комитет по проблемам окружающей среды) при ЮНЕСКО в 1972 г появились первые предложения по Глобальной системе мониторинга окружающей среды (Сток гольмская конференция ООН по окружающей среде). Однако такая система не создана по сей день из-за разногласий в объемах, формах и объектах монито ринга, распределении обязанностей между уже существующими системами на блюдений Такие же проблемы и у нас в стране, поэтому, когда возникает ост рая необходимость режимных наблюдений за окружающей средой, каждая от расль должна создавать свою локальную систему мониторинга.
Общая структура аппаратных средств сети наземных измерений в системе комплексного мониторинга:
1.Для низового уровня:
•стационарные посты по воздуху и воде;
•передвижные и стационарные лаборатории по состоянию атмосферы, во ды, почвы, снега;
•передвижные станции контроля выбросов и сбросов;
•инспекционные службы;
•службы получения данных от населения.
Число стационарных и передвижных станций и постов определяется в ре зультате проведения исследований и расчетов на имеющихся моделях конкрет ной природно-технической геосистемы (или природно-территориального ком плекса), а также на основании накопленного опыта наблюдений за окружающей
средой.
2. Для среднего уровня: центры сбора и обработки информации, полученной в низовых сетях, отличающиеся друг от друга спецификой и сложностью решаемых задач.
3.Для высшего уровня: пользователи информации, полученной в центрах
еесбора и обработки.
Непосредственными пользователями данных являются инспектора по ох ране окружающей среды.
К числу основных составляющих сети мониторинга относятся датчики и анализаторы; устройства загрузки данных; устройства передачи данных и др.
В качестве устройств загрузки данных используются либо универсальные программируемые логические контроллеры, либо специализированные микро процессорные контроллеры.
Устройства передачи данных состоят из передающей и принимающей ап паратуры. В качестве передающей аппаратуры применяются серийные теле фонные модемы, использующие стандартные протоколы CCITT. В качестве принимающей аппаратуры при небольшом числе локальных узлов сети на пер вой стадии работы можно использовать те же модемы, стыкуя их с персональ ными компьютерами типа IBM. По мере увеличения числа узлов и доведения их до 100-150 шт. для работы в реальном времени необходимо использовать коммутаторы (отечественные или зарубежные).
7.1.1.Требования к средствам обработки информации
Виерархически построенной сети наземных измерений вычислительные средства обработки информации используются практически на всех уровнях сети. В стационарных и передвижных постах загрузчик данных не только управляет работой анализаторов, но и производит первичную обработку соб ранных данных. В локальных и центральном вычислительных центрах вычис ляются по моделям уровни загрязнения среды по основным и дополнительным ингредиентам, строятся карты изолиний, рассчитываются прогнозы, вычисля ются вероятные источники загрязнений и т. п. Специфику решаемых задач, требования надежности и работы в реальном времени необходимо учитывать при проектировании вычислительных центров.
Вычислительный центр мониторинга загрязнений выполняет следующие функции:
• управление работой сети наземных измерений в оперативном, штормо вом режимах и режиме проверки работоспособности;
• сбор информации от стационарных постов и передвижных лабораторий контроля загрязнений;
•ведение банков данных оперативного и долговременного хранения ин формации с обеспечением надежности хранения информации и защиты от не санкционированного доступа;
•обработка информации для получения общей картины загрязнений, для вычисления прогнозов, интегральных оценок экологического состояния среды
идр.;
•подготовка и выдача информации о загрязнениях в плановом порядке в виде сводных таблиц, картографического материала и т. п.;
•передача информации в автоматическом режиме в главный вычислитель ный центр.
Вычислительный центр мониторинга выбросов выполняет следующие функции управления работой всех служб наблюдения:
•автоматический и автоматизированный сбор информации от арбитраж
ных стационарных постов и передвижных лабораторий контроля выбросов;
• ведение банков данных информации о выбросах и информации, собран ной службами наблюдения с обеспечением надежности хранения информации
изащитой от несанкционированного доступа;
•обработка информации для определения вероятных источников выбро сов, вычисление объемов выбросов по предприятиям, подготовка предложений по природоохранным мероприятиям, вычисление ущерба от выбросов в окру жающую среду ит. п.;
•подготовка в плановом порядке и по запросам справок, сводок о текущем состоянии по загрязнению и выбросам в окружающую среду,.ходе и эффектив ности проведения природоохранных мероприятий.
Сравнение функций, выполняемых центрами мониторинга загрязнений и выбросов, показывает, что состав вычислительных центров может быть доста точно близок по аппаратурной части и отличаться лишь составом программно го обеспечения. Естественно, возникает желание объединить оба центра в один. Однако более целесообразно оставить две независимые службы контроля за грязнений и контроля выбросов и соответственно два вычислительных центра.
Приведем некоторые аргументы в пользу данного технического решения:
•контроль загрязнений в нашей стране исторически проводился в системе Госкомгидромета и существенно связан с комплексом гидрометеорологических наблюдений;
•разработка и проведение природоохранных мероприятий в России пору чены природоохранительным комитетам. Эта деятельность предполагает нали чие развитых инспекционных служб, в том числе и для слежения за выбросами от предприятий;
•две службы контроля окружающей среды лишь частично перекрывают функции друг друга. В то же время наличие двух служб существенно повышает достоверность получаемой информации и надежность работы системы назем ного мониторинга в целом;
•стоимость собственно вычислительного центра незначительна по сравне нию с измерительными средствами и стоимостью системы передачи данных, поэтому наличие двух центров ие увеличивает заметно стоимость системы мо ниторинга в целом и число обслуживающих специалистов.
В целом аппаратура вычислительных центров включает в себя централь ную ЭВМ. коммуникационную систему для приема и передачи данных и неко-
торое количество специальных автоматизированных рабочих мест (АРМ) для решения прикладных задач обработки и отображения информации.
7.1.2. Задачи регионалынш сети и основные требования к ней
Сеть передачи данных наземных измерений со станций комплексного мо ниторинга решает следующие задачи:
•регулярная (один раз в 10 мин, 30 мин, 1 ч и т. п.) передача данных изме рений от стационарных постов и передвижных лабораторий;
•передача данных, поступающих от населения о тревожных и аварийных ситуациях:
•передача данных по каналам связи от вычислительного центра пользова телям информации (исполнительной власти, населению и т. п.).
Данные, передаваемые от стационарных постов и передвижных лаборато рий, невелики по объему (сотни байт), но передаются достаточно часто. Ско
рость передачи данных невелика - сотни бит в секунду. Требования к надежно сти передаваемых данных не предельно жесткие, так как протекающие процес сы в атмосфере и воде имеют скорость распространения десятки минут, часы.
Данные от вычислительного центра пользователям должны передаваться 1-2 раза в сутки, объем их достаточно велик (единицы и десятки килобайт). По этому скорость передачи и требования к надежности передачи данных должны быть достаточно высоки.
При передаче данных отточек измерения передатчиком является загрузчик данных, а приемником - оконечная. ЭВМ типа IBM в вычислительном центре. При передаче данных пользователям передатчиком является оконечная ЭВМ типа IBM, а приемником выступает АРМ эколога, установленное в исполни тельных и других заинтересованных службах. Наконец, при передаче данных от населения передатчиком и приемником является человек. Во всех случаях рас стояние между абонентами сети передачи данных может измеряться десятками километров.
Важным вопросом npoeicrapoBàHHfl сети передачи данных является выбор каналов связи и технических средств передачи. В качестве каналов связи могут выступать радио, сотовая телефонная связь и традиционные телефонные линии, телеграф, телетайп, радиорелейные линии.
Использование автоматической радиотелефонной связи, широко распро страненной в развитых странах, - дело будущего для России. При использова нии телеграфных, телетайпных, радиорелейных линий для передачи данных от точек измерения возникает необходимость в разработке дополнительного аппа ратного и программного обеспечения для стыковки каналов связи с оконечны ми ЭВМ, что затягивает и удорожает разработку сети наземных измерений.
Таким образом, для передачи данных от стационарных постов и передвиж ных лабораторий в настоящее время целесообразно использовать в основном
телефонные линии, тем более,что эксперименты показали достаточную надеж ность телефонных линий при низкой скорости передачи (до 300 Бод).
7.1.3. Информационное и программное обеспечение
Информационное обеспечение системы комплексного; экологического мо ниторинга должно содержать:
•упорядоченную структуру информационных.потоков (входных, внутрен них, выходных);
•инфраструктуру собственно информационной базы данных;
•методики сбора данных от стационарных и передвижных постов;
•методики передачи данных, полученных от постов различного уровня, включая лидары;
•методики обработки данных и расчета интегральных показателей состоя ния окружающей среды;
•методики определения источников выбросов;
•структуру пользовательских организаций сети и эксплуатационных служб.
Программное обеспечение сети комплексного экологического мониторин га должно включать:
•развитые операционные системы;
•стандартные базы данных типа dBASE, ORACLE с драйверами для пере дачи данных между различными ЭВМ;
•картографическое и трафопостроительное обеспечение типа MERKATOR;
•мониторы для управления сбором данных;
•прикладные пакеты программ, работающие в реальном времени, для об работки и передачи данных от стационарных и передвижных постов наблюде ния;
•прикладные пакеты программ для построения прогнозов и определения источников выбросов.
7.1.4.Базы данных сети мониторинга
Базой данных называют совокупность хранимых операционных данных, используемых прикладными системами некоторого потребителя. Основопола гающим при проектировании или выборе структуры базы данных является мо дель представления данных.
По способу организации баз данных различают реляционные, иерархиче ские и сетевые базы данных.
Реляционные базы данных строятся на основе реляционной модели дан ных, использующей математическое понятие теоретико-множественного отно шения. База данных при этом представляется в .виде совокупности таблиц.
Иерархические базы данных строятся на основе иерархической модели данных, в которой данные имеют структуру простого дерева. База данных представляется при этом в виде совокупности деревьев.
Сетевые базы данных строятся на основе сетевой модели данных, в кото рой данные имеют структуру ориентированного графа. База данных представ ляется ориентированной сетью.
Выбор конкретной базы данных зависит от характера выполняемых задач. В соответствии с общей структурой сети наземных измерений должны быть созданы следующие основные базы данных: по воздуху, выбросам и отходам, водным объектам, картографии и др. Большинство из них целесообразно стро ить как реляционные, используя, например, dBASE. В то же время, скажем, для картографических систем могут быть использованы базы данных иерархиче ского типа.
Способы доступа в базу данных должны быть простыми и «направляемы ми» самой системой. Порядок доступа должен зависеть от организации базы данных.
Уровень доступа определяет точку входа в базу данных и область ее выво да на экран: чем выше уровень доступа, тем более обширной будет представ ленная информация.
Частная, с точки зрения потребителей, база данных создается на трех уровнях:
1 ) уровень доступа в базу данных;
2)уровень прикладных программ;
3)уровень данных.
На уровне доступа в базу данных осуществляется управление авторизо ванным доступом и собственно доступ в базу данных. Затем потребитель вхо дит в уровень прикладных программ, в котором он может выполнить опреде ленное число функций в зависимости от разрешенного уровня доступа. Выпол нив функции, потребитель попадает в уровень данных.
Способы взаимодействия потребителя с архивом, прикладными програм мами и данными не должны зависеть от деталей построения базы данных. Тех нико-конструктивные аспекты должны входить в исключительную компетен цию ответственного администратора и операторов системы, а потребитель должен подключаться только к прикладным функциям системы.
База должна иметь защиту от несанкционированного доступа на любом уровне.
7.2. АСК загрязнения окружающей среды
7.2.1. Общая характеристика АСК
Рассмотрим известные отечественные и зарубежные АСК загрязнения во ды, воздуха и почвы, включая системы контроля промышленных выбросов.