книги / Промышленный экологический анализ
..pdfотбор 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
150...250 л/мин, сажи |
0,1 л/мин. Пределы измерений: скорости ветра |
1.5.. .50 м/с; направления |
ветра 0...3600; температура окружающего воздуха |
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
устанавливаются по согласованию с заказчиком; по NOx |
0... 1 • 10Эмлн1; |
- погрешность измерения 2 %, при измерении NOx - |
0,5 % от конечного |
значения диапазона измерения. |
|
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.
|
|
|
Таблица 7.3 |
|
Характеристики лидара кругового обзора |
|
|||
Характеристика |
Измерение |
Измерение |
Измерение |
|
S02 |
NOx |
аэрозолей |
||
|
||||
Дальность действия, км (день/ночь) |
5/7 |
4/6 |
10 |
|
Предельная чувствительность, |
(3-5)1011 |
(1-3)1011 |
- |
|
моль/см’' |
(0,5 ПДК) |
(0,5 ПДК) |
- |
|
Точность измерения, % |
20 |
20 |
10 |
|
Время измерения всех параметров |
- |
30 |
- |
|
вдоль трассы, с |
_ |
|
|
|
Потребляемая мощность, кВт |
20 |
|
||
Масса, кг |
|
3000 |
- |
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