Н.А. Собгайда МОНИТОРИНГ АТМОСФЕРНОГО

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Саратовский государственный технический университет
Н.А. Собгайда
МОНИТОРИНГ
АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
Учебное пособие по дисциплине
«Экологический мониторинг»
для студентов специальности 280201
Саратов 2006
УДК 504.03.054
ББК 28.088
СРецензенты
Кафедра «Химии и методики обучения» Саратовского государственного
университета»
Доктор химических наук, профессор
Саратовского государственного университета
Маркова Людмила Ивановна
Одобрено
редакционно-издательским советом Саратовского государственного
технического университета
Собгайда Н.А. Мониторинг атмосферного воздуха: учеб. пособие/ Н.А.
Собгайда.- Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т СГТУ, 2006 -68с. ISBN 5-7433
В настоящем пособии по курсам «Экологический мониторинг» и
« Мониторинг фоновых загрязнений» рассматриваются
возможность
наблюдения и анализа экологического состояния атмосферного воздуха.
Даны необходимые студентам теоретические основы мониторинга
атмосферного воздуха. Для лучшего усвоения теоретического материала в
работе представлен пример организации виртуального стационарного
поста экологического мониторинга атмосферного воздуха, предложены
методики определения содержания в атмосферном воздухе некоторых
загрязняющих веществ.
Предназначено для студентов специальностей «Охрана окружающей
среды и рациональное использование природных ресурсов», «Экология».
УДК 504.03.054
ББК 28.088
© Саратовский государственный
технический университет,2006
© Собгайда Н.А.
. ISBN 5-7433
2
ВВЕДЕНИЕ
Чистый воздух имеет огромное значение в жизни и хозяйственной
деятельности людей. Человек в среднем потребляет в сутки лишь 1кг пищи
и 2 л воды. Воздуха ему нужно значительно больше – около 25 кг, причём
воздуха чистого, так как загрязнённый воздух может вызвать серьёзные
заболевания. Эти цифры указывают на необходимость контроля качества
воздушной среды как среды обитания человека. Особенно важной эта
проблема становится в современных городах, степень загрязнённости
воздуха в которых автомобильным транспортом и промышленностью
может быть очень высокой.
Неотъемлемой частью программы борьбы с загрязнением воздуха
является создание системы наблюдений и контроля за атмосферными
примесями, необходимой для получения объективной информации и
исходных данных в целях разработки мероприятий по оздоровлению
воздушного бассейна.
Во многих городах и промышленных центрах Российской Федерации
уже длительное время санитарно-эпидемиологическая служба проводит
наблюдения за содержанием вредных веществ в атмосферном воздухе.
30-35 лет тому назад в работу по изучению загрязнения атмосферы
активно включились учреждения Госкомгидромета. В настоящее время
более чем в 350 городах в его сети организованы систематические
измерения
концентрации
вредных
веществ
и
метеорологических
элементов, определяющих распространение примесей [1].
Работа по охране атмосферного воздуха на территории РФ проводится в
соответствии
с
Постановлением
Совета
Министров
РСФСР
№36
от 5.01.95г. « О дополнительных мерах по предотвращению загрязнения
атмосферного воздуха городов и других населённых пунктов» и законом
РФ «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» №52–ФЗ
от 12.03.99г. «Закон об охране атмосферного воздуха» [2].
3
1. ВЛИЯНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУХА НА ОРГАНИЗМ
ЧЕЛОВЕКА, ЗДОРОВЬЕ И САНИТАРНЫЕ УСЛОВИЯ ЖИЗНИ
НАСЕЛЕНИЯ
1.1. ПРОБЛЕМЫ ЧИСТОТЫ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
Поступление воздуха непосредственно в организм людей неизбежно
во всех условиях. Поэтому во всей внешней среде охрана атмосферного
воздуха занимает особое место. Её роль в здоровье людей особенно велика.
Проблема задымления и массивного загрязнения атмосферного
воздуха возникла в XIX веке в связи с развитием промышленности, ростом
городов и увеличением потребления каменного угля. В дальнейшем, с
появлением новых отраслей промышленности, в воздух стали поступать
самые разнообразные по химической природе примеси. Нарастая с каждым
десятилетием, загрязнение атмосферного воздуха промышленных городов
в XX веке выросло в большое санитарное неблагополучие, влияющее на
здоровье населения [3].
Перед гигиенистами, градостроителями, работниками городского
хозяйства всего мира остро встала проблема санитарной охраны воздуха.
Этой проблемой усиленно стали заниматься научно-исследовательские
институты, лаборатории и научные общества разных стран, органы
здравоохранения, гидрометеослужбы и ряд других государственных и
общественных организаций. Проблема приобрела глобальное значение и
затрагивает интересы всех государств.
Ликвидация загрязнения воздуха может быть успешно разрешена
там, где забота о благе народа – высшая задача государства, поэтому
именно в России вопросам охраны атмосферного воздуха придаётся
большое значение [4]. Регулярно проводится мониторинг атмосферного
воздуха.
Мониторинг
деятельности:
4
включает
следующие
основные
направления
-
наблюдения
за
факторами,
воздействующими
на
окружающую
природную среду, и ее состоянием;
- оценка фактического состояния природной среды;
- прогноз развития состояния природной среды и оценку этого развития.
Таким образом, мониторинг - это система наблюдений, оценки и
прогноза состояния природной среды, не включающая управление
качеством окружающей среды, но дающая необходимую информацию для
такого управления и выработки инженерных методов защиты окружающей
среды. Мониторинг может охватывать как локальные районы, так и земной
шар в целом (глобальный мониторинг). Чтобы обеспечить эффективную
оценку и прогноз, мониторинг должен включать наблюдения за
источниками загрязнения, загрязнением природной среды и следствиями
от этого загрязнения.
К гигиене атмосферного воздуха относятся:
- характеристика атмосферных загрязнений;
- их влияние на здоровье и санитарные условия жизни населения;
- гигиеническое нормирование примесей в атмосферном воздухе;
- предупреждение и борьба с загрязнением атмосферного воздуха;
- организация санитарного надзора за чистотой воздуха [5].
Состав сухого не загрязненного атмосферного воздуха приведен в табл 1.
Согласно приведенной табл. 2, природные источники выделяют
больше вредных веществ, тем не менее самым опасным является
антропогенное поступление. Это связано с тем, что вредные вещества
антропогенного происхождения накапливаются в зоне обитания человека.
Кроме того, специфические вредные вещества, не существовавшие ранее в
природных условиях, в настоящее время становятся составной частью
атмосферного воздуха, его микроэлементами. Воздух считается чистым,
если ни один из микрокомпонентов не присутствует в концентрациях,
способных нанести ущерб здоровью человека, животным, растительности
5
или вызвать ухудшение эстетического восприятия окружающей среды
(например, при наличии пыли, грязи, неприятных запахов или недостатке
солнечного освещения в результате задымленности воздуха). Так как все
живое очень медленно адаптируется к этим новым микрокомпонентам,
химические вещества служат объективным фактором неблагоприятных
воздействий на природную среду и здоровье человека. В табл. 3 приведены
предельно допустимые концентрации (ПДК) наиболее распространенных
загрязняющих веществ атмосферного воздуха.
В местах, где расположены курорты, на территориях санаториев,
домов отдыха и в зонах отдыха городов с населением более 200 тыс.
человек концентрации примесей, загрязняющих атмосферный воздух, не
должны превышать 0,8 ПДК.
Таблица 1
Состав атмосферного воздуха
Наименование основных
Содержание, %
Относительная молекулярная масса,
газов
объемные
кг/моль
Азот
78,09
28
Кислород
20,95
32
Аргон
0,93
39
Углекислый газ
0,03
44
Неон
1,8·10-3
20
Гелий
5,2·10-4
4
Криптон
1,0·10-4
83
Ксенон
8,0·10-6
131
Водород
5,0·10-5
2
Озон
1,0·10-6
48
Примечание: средняя относительная молекулярная масса сухого воздуха составляет
28,966 кг/моль.
6
В табл.2 приведено массовое выделение в атмосферу некоторых
газообразных веществ антропогенными и природными источниками.
Таблица 2.
Выделение (106 т/сут) некоторых газообразных веществ
Источник
Вещество
природный антропогенный
Диоксид серы
-
0,4
Сероводород
0,3
0,01
Оксиды азота
2
0,2
Углеводороды
2
0,2
Оксид углерода
10
1
Диоксид углерода
3000
50
Таблица 3
Предельно допустимые концентрации (ПДК) в атмосферном воздухе
населенных мест
ПДК, мг/м3
Вещество
Класс опасности
максимальная
средняя
разовая
суточная
Азота диоксид
0,085
0,04
2
Серы диоксид
0,5
0,05
3
Углерода оксид
5,0
3,0
4
Пыль (взвешенные
0,5
0,15
3
Аммиак
0,2
0,04
4
Кислота серная
0,3
0,1
2
Фенол
0,01
0,003
2
Ртуть металлическая
-
0,0003
1
вещества
вещества)
7
1.2. ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА В
НАСЕЛЕННЫХ МЕСТАХ
В
населённых
пунктах
имеется
ряд
источников
загрязнения
атмосферного воздуха:
- промышленные предприятия и тепловые электростанции,
- транспорт,
- домовые топки и топки домовых котелен,
- почва.
Промышленные
предприятия
и
тепловые
электростанции
выбрасывают в атмосферу наибольшее количество примесей, с которыми в
основном и связана проблема загрязнения воздуха [6]. Это зависит от
характера предприятия, используемого сырья и продукции. Многие
предприятия, особенно лёгкой и пищевой промышленности, вреда
здоровью населения не приносят и нуждаются лишь в правильном
размещении и некоторой изоляции от жилой застройки. Наряду с ними
имеются много предприятий, которые требуют весьма серьёзных мер
охраны чистоты воздуха в районе их расположения .
Вторым
серьёзным
источником
загрязнения
воздуха
является
транспорт, в первую очередь автомобильный [7]. Железнодорожный
транспорт в связи с переходом на электрическую тягу постепенно
утрачивает значение источника загрязнения воздуха. Тепловозы и
теплоходы загрязняют воздух в меньшей степени, чем паровозы и
пароходы. В то же время всё больше возрастает роль авиационного
транспорта.
Бурное развитие автомобильного транспорта приближает его роль в
загрязнении воздуха к промышленности. Количество, состав и степень
вредности выхлопных газов, зависят от ряда причин: устройства мотора,
качества топлива, режима эксплуатации, технического состояния и даже от
квалификации и опытности водителя.
8
В выбросах карбюраторных и дизельных двигателей содержатся окись
углерода, углеводороды, окислы азота, сажа и ряд других токсичных
веществ (табл.4.).
Таблица 4
Состав выхлопных газов автомобилей
Содержание, об/%
Компонент
Карбюраторные двигатели Дизельные
Азот
74-77
76-78
Кислород
0,3-8,0
2-18
Пары воды
3,0-5,5
0,5-4,0
Двуокись углерода
5,0-12,0
1,0-10,0
Окислы азота
0,0-0,8
0,0002-0,5
Углеводороды
0,2-3,0
0,009-0,05
Альдегиды
0,0-0,2
0,001-0,009
Сажа, г/м3
0,0-0,4
0,01-1,1
Бензопирен, мкг/м3
до 10-20
до 10
двигатели
При использовании этилированного бензина с выхлопными газами в
атмосферный воздух поступает 25-75% свинца. Особое место занимают
фотооксиданты – вещества, которые образуются в результате сложных и
разнообразных фотохимических реакций в атмосфере
с выхлопными
газами автомобильного транспорта. К фотооксидантам относятся прежде
всего озон, органические перекиси, окислы азота, пероксиацилнитраты,
свободные радикалы и др. Все они обладают раздражающими и
токсическими свойствами снижают видимость в атмосфере и приводят к
гибели растений.
Однако выхлопные газы составляют только 65% вредных выбросов,
поступающих от автомобиля в атмосферу. На долю испарения продуктов
топлива из картера приходится ещё 20%, карбюраторов – 9% и
9
бензобаков – 6%. С этим также необходимо считаться при гигиенической
оценке роли автомобилей в загрязнении атмосферного воздуха.
Третий источник повсеместного загрязнения воздуха – домовые
топки и топки домовых котельных центрального отопления. В
последние десятилетия
в связи с широкой газификацией городов этот
источник постепенно утрачивает прежнее значение. Переход от дымовых
котельных к районному отоплению значительно снижает опасность
задымления воздуха.
Почва
–
естественный
общеизвестный
источник
загрязнения
атмосферного воздуха. Со свободной территории населённого пункта,
которая не озеленена, с грунтовых неблагоустроенных дорог при ветре и
движении транспорта почвенная пыль поднимается в воздух. Обычно это
минеральная пыль, но при плохой очистке населённого пункта от отбросов
в ней может содержаться значительное количество органических веществ
и бактерий [8]. Борьба с ней сводится к обычным мероприятиям по
благоустройству: замощению улиц и площадей, уборке и поливке (летом)
улиц и дворов, озеленению свободных участков земли.
1.3. ВЕЩЕСТВА, ЗАГРЯЗНЯЮЩИЕ АТМОСФЕРНЫЙ ВОЗДУХ
НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ
Вещества,
загрязняющие
атмосферный
воздух
многочисленны,
разнообразны и неодинаковы в отношении вредности. Они встречаются в
воздухе в различном агрегатном состоянии: в виде твёрдых частиц, пара,
капель жидкости, газов. В твёрдом агрегатном состоянии находится пыль,
сажа,
несгоревшие
частицы
угля
(недожог),
зола;
в
жидком
и
парообразном – серная и соляная кислоты, а также смолистые вещества. Из
газов чаще всего встречаются сернистый газ, сероводород, окись углерода,
окислы азота. Вследствие токсичности и вредности велико значение
10
поступления
в
воздух
свинца,
мышьяка,
ртути,
фенола,
фтора,
марганца [9].
Например, среди загрязнений атмосферного воздуха города Энгельса
Саратовской области наиболее часто встречаются пыль нетоксическая,
окислы азота, оксид углерода и двуокись
серы [10-12]. Санитарное
значение этих загрязнений определяется тем, что они имеют повсеместное
распространение, дают массивные загрязнения воздуха, причиняют явный
вред населению. Борьба с ними при современном состоянии науки и
техники вполне возможна.
1.4. ВЛИЯНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА НА
ОРГАНИЗМ И ЗДОРОВЬЕ НАСЕЛЕНИЯ
При высоких концентрациях ядовитых примесей воздействие на
организм человека может проявиться в короткие сроки. Такие случаи
довольно редки, но всё же имеют место.
Методы установления зависимости тех или иных заболеваний от
загрязнения атмосферного воздуха следующие:
-
физиологические,
позволяющие
выяснить
влияние
загрязнений на организм человека в целом или
атмосферных
какую-нибудь его
функцию (например, ЦНС);
- статистические, дающие возможность путём изучения заболеваемости
больших групп населения, его опроса или профилактического осмотра и
последующей статистической
обработки
полученных материалов
установить связь заболевания с содержанием в атмосферном воздухе
вредных примесей;
- клинические, включающие в себя рентгеноскопию, изучение изменения
состава крови, биохимические исследования крови, мочи, кала, методы
функциональной диагностики отдельных органов;
11
- экспериментальные, основанные на изучении влияния атмосферных
примесей в опытах на лабораторных животных.
Различные ингредиенты загрязнения по-разному влияют на организм
человека. Пыль сама по себе нетоксична, но у человека, которому
приходится дышать запылённым воздухом, дыхание рефлекторно делается
поверхностным,
лёгкие
недостаточно
вентилируются
и
становятся
предрасположенными к различным заболеваниям. При длительном
воздействии в лёгких возникают фиброзные изменения [13].
М.. С. Гольдбергом при участии клиницистов и рентгенологов
проведены на протяжении 3 лет динамические исследования более 300
школьников (от 8 до 16 лет), постоянно проживающих в районе мощной
электростанции, интенсивно загрязнявшей атмосферный воздух летучей
золой, содержащей до 22% свободной двуокиси кремния. У части детей
были обнаружены в лёгких устойчивые фиброзные изменения, не
связанные с перенесёнными заболеваниями.
Длительные исследования позволили установить, что в крупных
центрах цветной металлургии общая заболеваемость, сдвиги в составе
крови и особенно заболевания органов дыхания были значительно выше в
тех микрорайонах, где обнаружилось загрязнение атмосферного воздуха.
В исследованиях М. И. Гусева, посвящённых загрязнению воздуха
свинцом, установлено у детей, живущих в районе кабельного и оловянного
заводов, нарушение порфирированного обмена и повышенное содержание
свинца в моче.
М. С. Садилова выяснила последствия для здоровья населения
поступления
в
воздух
фтористых
соединений
алюминиевых и криолитовых заводов.
Она
в
окрестностях
обнаружила
у детей
повышенное отложение фтора в организме, специфические поражения
зубов, органов дыхания и других органов.
12
Особую роль играют примеси в атмосферном воздухе с так
называемыми
отдалёнными
последствиями.
К
ним
относятся
бластомогенные (канцерогенные) вещества и ряд веществ, обладающих
эмбриотропным, тератогенным, гонадотропным и мутагенным действием.
Бензопирен – наиболее активный канцероген в атмосферном воздухе.
Промышленность, автотранспорт, система отопления жилых домов
наиболее существенно влияют на уровень содержания бензопирена в
атмосферном воздухе; в зимние месяцы его значительно больше, чем в
летние. Это объясняется увеличением дымовых выбросов в отопительный
период.
Эмбриотропные и тератогенные вещества встречаются в выбросах
различных производств; среди этих веществ можно назвать диоксан,
хлоропрен,
этиленамин,
нитрофуран,
бензол,
хлорофос,
формальдегид и др.
Гонадотропным
воздействием
обладают
соединения
олова,
этиленамин, хлоропрен, гранозан, севин, денитроортокрезол.
Диметиламин,
триэтиламин
и
этиленхлоргидрин
обладают
мутагенной активностью. Следует иметь в виду, что все вещества,
обладающие
мутагенным
эффектом,
опасны
и
в
бластомогенном
отношении.
В воздухе населённых мест могут встречаться полимеры в самых
разнообразных сочетаниях и комбинациях, что увеличивает опасность их
вредного воздействия на организм человека. В ряде случаев невозможно
предвидеть то или иное сочетание, поскольку в воздухе могут проходить
фотохимические
реакции.
В
этом
направлении
ведутся
научные
исследования, которые уже дают практические результаты [14].
13
2. ОРГАНИЗАЦИИ НАБЛЮДЕНИЙ И КОНТРОЛЯ ЗА
ЗАГРЯЗНЕНИЕМ АТМОСФЕРЫ
2.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Наблюдения за загрязнением атмосферы проводят на:
- стационарных,
- маршрутных,
-
передвижных (подфакельных) постах [15].
Стационарные посты служат для проведения систематических
наблюдений. Они оборудованы специальными павильонами, оснащёнными
необходимой аппаратурой для отбора проб воздуха и непрерывной
регистрации содержания вредных примесей в атмосфере и приборами для
определения метеорологических параметров.
На стационарных постах проводятся:
- отбор проб воздуха для последующего химического анализа на
содержание вредных примесей;
- регистрация
загрязнения
атмосферы
автоматическими
газо-
анализаторами;
-
метеорологические
наблюдения:
скорость
и
направление
ветра,
температура и влажность воздуха;
-
наблюдения за дымовыми факелами.
Маршрутные посты также предназначены для систематических
наблюдений. Отбор проб воздуха и метеорологические наблюдения на
этих постах проводятся с помощью передвижной лаборатории (на
автомашине).
Передвижные
наблюдений
в
(подфакельные)
зонах
посты
непосредственного
служат
влияния
для
разовых
промышленных
выбросов. Их местоположение выбирается каждый раз под факелом в
зависимости от поставленной задачи и метеорологических условий.
14
2.2. ОРГАНИЗАЦИЯ НАБЛЮДЕНИЙ НА СТАЦИОНАРНЫХ ПОСТАХ
Стационарный пост наблюдений - это специально оборудованный
павильон, в котором размещена аппаратура, необходимая для регистрации
концентраций загрязняющих веществ и метеорологических параметров по
установленной программе. Из числа стационарных постов выделяются
опорные стационарные посты, которые предназначены для выявления
долговременных
изменений
распространенных
стационарного
содержания
загрязняющих
поста
метеорологических
веществ.
выбирается,
условий
основных
Место
как
или
для
правило,
формирования
наиболее
уровней
установки
с
учетом
загрязнения
атмосферного воздуха. При этом заранее определяется круг задач: оценка
средней
месячной,
сезонной,
годовой
и
максимальной
разовой
концентраций, вероятности возникновения концентраций, превышающих
ПДК и др.
Перед установкой поста следует проанализировать: расчетные поля
концентраций по всем ингредиентам от совокупности выбросов всех
стационарных и передвижных источников; особенности застройки и
рельефа местности: перспективы развития жилой застройки и расширения
предприятий промышленности, энергетики, коммунального хозяйства,
транспорта и других отраслей городского хозяйства; функциональные
особенности выбранной зоны; плотность населения; метеорологические
условия
данной
местности
и
др.
Пост
должен
находиться
вне
аэродинамической тени зданий и зоны зеленых насаждений, его
территория должна хорошо проветриваться, не подвергаться влиянию
близкорасположенных низких источников (стоянок автомашин, мелких
предприятий с низкими выбросами т.п.). Количество стационарных постов
в каком-либо городе (населенном пункте) определяется численностью
населения,
рельефом
местности,
особенностями
промышленности,
функциональной структурой (жилая, промышленная, зеленая зона и т.д.),
15
пространственной и временной изменчивостью полей концентраций
вредных веществ. Так, например, исходя из численности населения,
количество постов определяется следующим образом табл. 5.
Таблица 5.
Зависимость количества стационарных постов от численности
населения
Численность населения, тыс. чел. Количество постов
<50
1
50-100
2
100-200
3
200-500
3-5
500-1000
5-10
1000-2000
10-15
>2000
15-20
Для населенных пунктов со сложным рельефом и большим числом
источников рекомендуется устанавливать один пост на каждые 5-10 км2.
Чтобы информация о загрязнении воздуха учитывала особенности города,
рекомендуется ставить посты наблюдений в различных функциональных
зонах: жилой, промышленной и зоны отдыха. В городах с большой
интенсивностью движения автотранспорта посты устанавливаются и
вблизи
автомагистралей.
Для
обеспечения
оптимальных
условий
проведения стационарных наблюдений отечественной промышленностью
выпускаются стандартные павильоны-посты наблюдений или комплектные
лаборатории типа ПОСТ. Лаборатория ПОСТ - это утепленный, обитый
дюралевыми ячейками павильон, в котором установлены комплекты
приборов и оборудования
метеорологических
для
измерений:
отбора
скорости
проб
и
воздуха,
проведения
направления
ветра,
температуры, влажности. Практически все стационарные пункты контроля
16
загрязнения
оборудованы
комплектными
лабораториями
Выпускаются и устанавливаются новые модификации
ПОСТ-2
и
ПОСТ-2a,
которые
отличаются
ПОСТ-1.
лаборатории:
более
высокой
производительностью отбора проб и степенью автоматизации.
На стационарных постах наблюдения за загрязнением атмосферного
воздуха
и
метеорологическими
параметрами
должны
проводиться
круглогодично, во все сезоны, независимо от погодных условий. Для
постов наблюдений, как правило, устанавливаются три программы
наблюдения: полная, неполная и сокращенная. По полной программе
наблюдения проводятся ежедневно (выходные-воскресенья, субботы чередуются) в 1, 7, 13 и 19 часов местного декретного времени либо по
скользящему графику: вторник, четверг, суббота - 7, 10 и 13 ч;
понедельник, среда, пятница - 15, 18 и 21 ч. Наблюдения по первой
программе предусматривают измерения содержания в воздухе как
основных, так и специфических загрязняющих веществ. По неполной
программе наблюдения проводятся ежедневно (воскресенья и субботы
чередуются), но только в 7, 13 и 19 ч местного декретного времени.
В районах, где температура воздуха ниже 45oС, наблюдения проводятся по
сокращенной программе ежедневно, кроме воскресенья, в 7 и 13 ч по
местному декретному времени. Наблюдения по сокращенной программе
допускается
проводить
также
в
местах,
где
средние
месячные
концентрации меньше 1/20 ПДКмр или меньше нижнего предела диапазона
измерений примеси используемым методом.
При
неблагоприятных
метеорологических
условиях
(туман,
продолжительная инверсия температур и др.) отбор проб воздуха на всех
постах наблюдений должен производиться через каждые 3 ч.
Одновременно следует отбирать пробы под факелами основных
источников загрязнения на территории наибольшей плотности населения.
Подфакельные наблюдения осуществляются за характерными для данного
17
предприятия примесями. Стационарный пункт контроля радиоактивного
загрязнения атмосферного воздуха представляет собой либо стационарный
павильон типа ПОСТ, либо домик размером 3х3х3 м. Он устанавливается,
как правило, на специально оборудованных гидрометеорологических
станциях (ГМС), огороженных металлической сеткой с размером ячеек
10х10 см. Площадь огороженной площадки составляет 5х10 м, а высота
сетки - 1,2-1,5 м. Площадка должна располагаться на расстоянии не менее
десяти высот до ближайшего здания и не менее 30 м от дорог. Площадка
должна иметь травяной покров. Не допускается высаживание других
растений, тем более кустарников и деревьев.
На территории ГМС не
ближе 4 м от домика и ограды устанавливаются марлевый планшет для
сбора радиоактивных выпадений и термолюминесцентный дозиметр.
Установку для отбора проб воздуха лучше размещать в специальной будке
с жалюзи, приподнятой над поверхностью земли на 80 - 100 см. Выброс
воздуха, прошедшего через фильтры установки тип «Тайфун», должен
производиться обязательно в противоположную от планшета сторону.
Если стационарный пункт не обеспечен электропитанием (трехфазное (510) кВт), то вместо фильтрующей установки допускается использование
марлевого конуса. Наблюдение за радиоактивностью атмосферного
воздуха осуществляется систематически круглый год. Смена марли на
планшетах и вертикальных экранах, а также фильтров в установках
производится ежедневно в 7 ч 30 мин утра по местному декретному
времени. С фильтрующих установок фильтры могут сниматься как через
24 часаи- в 7 ч 30 мин, так и через 12 ч, т.е. два раза в сутки. При
двухразовом отборе установлено время работы установок: с 7 ч 30 мин до
13 ч 30 мин и с 19 ч 30 мин до 1 ч 30 мин. Скорость воздуха в установке
определяется с помощью расходомеров УС-125 или УС-175-12 три раза в
сутки: в 7ч 30 мин, 13 ч 30 мин и 1 ч 30 мин.
18
Местоположение
стационарных
постов
выбирается
совместно
гидрометеорологической и санитарно-эпидемиологической службами и
согласовывается с главным архитектором города [16].
Выбору постов для отбора проб должно предшествовать:
- ознакомление с районной планировкой, технико-экономическими
обоснованиями и генеральным планом развития города;
- изучение метеорологических особенностей района, оказывающих
влияние на распространение вредных веществ в атмосфере, выявление
участков городских территорий, характеризующихся застоем воздуха,
хорошо проветриваемых;
-
изучение данных загрязнения атмосферного воздуха по результатам
наблюдений, проводившихся ранее различными организациями;
- проведение предварительных маршрутных наблюдений за загрязнением
воздуха в различных районах данного города.
Выбранные места должны, во-первых, располагаться на открытых,
проветриваемых со всех сторон площадках с непылящимся покрытием
(газон, асфальт, твёрдый грунт), во-вторых, отражать характерное
состояние воздушной среды города с учётом различных районов
исследуемой территории.
Количество стационарных (или маршрутных) постов в населённых
пунктах определяется с учётом численности населения, площади и рельефа
местности, развития промышленных комплексов в зоне, размещения мест
отдыха и курортных зон. Необходимо уделить особое внимание районам
перспективного жилищного строительства и территориям, примыкающим
к магистралям с интенсивным движением автотранспорта.
Выбранные согласно требованиям посты наблюдений наносятся на
план города, и за каждым постом закрепляется порядковый номер. Для
каждого поста составляется
краткое описание его местоположения.
Описания постов хранятся в УГМС (ГМО), СЭС и у архитектора города.
19
Для
размещения
проведения
и
хранения
наблюдений
на
необходимого
стационарном
оборудования
посту
и
устанавливается
специальная лаборатория. Она включает в себя павильон; комплект
приборов и оборудования для отбора проб воздуха на газовые,
аэрозольные примеси и проведения метеорологических измерений; мачту
для установки датчика ветра.
Отбор проб воздуха на аэрозоли (пыль, сажа) проводится через один из
люков в стенках павильона (расположенных на высоте 1,5 м от
поверхности земли и на расстоянии 20-30 см от угла павильона) в
зависимости от направления ветра.
Для проведения метеорологических наблюдений на стационарных
постах,
оборудованных
павильонами,
используется
ветромер
и
аспирационный психрометр, который крепится на штативе ветромера.
Штатив располагается на расстоянии 3-4 м от павильона с наветренной
стороны. При отсутствии ветромера для измерения скорости ветра
применяется
ручной
анемометр.
Анемометр
и
психрометр
устанавливаются на выносной стойке, для определения направления ветра
используется флюгер или лёгкий вымпел и компас [17].
2.3. ОРГАНИЗАЦИЯ НАБЛЮДЕНИЙ НА МАРШРУТНЫХ ПОСТАХ
Маршрутный пост наблюдений - место на определенном маршруте в
городе. Он предназначен для регулярного отбора проб воздуха в
фиксированной точке местности при наблюдениях, которые проводятся с
помощью передвижной аппаратуры.
Наблюдения
специальной
на
маршрутных
передвижной
постах
лаборатории
проводятся
[18],
в
с
которой
помощью
имеется
необходимое оборудование и приборы. Отбор проб на автомашине по
маршрутным постам организуется из расчёта, что за восьмичасовой
рабочий день на одной автомашине можно провести 8-10 отборов проб.
20
Одна автомашина может объехать 4-5 постов с учётом того, что отборы
проб на каждом посту должны проводиться два раза в сутки. Маршрутным
постам присваивается порядковый номер, и их местоположение наносится
на план города. Определяется порядок объезда выбранных постов, и
утверждается маршрут автомашины. Порядок объезда маршрутных постов
ежемесячно меняется так, чтобы отбор проб на каждом
из них
осуществлялся в разное время суток.
Передвижная лаборатория экологического мониторинга предлагаемая,
фирмой «Радиан» (г. Саратов)
Лаборатория состоит из переносных и стационарных измерительных
приборов для анализа воды, воздуха и почвы.
Экологический контроль ведётся по следующим параметрам:
-
проводимость и солесодержание (1мгСм/см-100мгСм/см);
-
токсичность;
-
кислотность: измерение рН;
-
анализ нефтепродуктов (0,05-50 мг/дм3);
-
содержание нитратов, нитритов, фосфатов, аммония и др.;
-
биологическое потребление кислорода (0-20мг/л);
-
непрерывный
мониторинг
ртути
в
воздухе
производственных
помещений, атмосферном воздухе, питьевой, проточной и сточной
воде, в почве и донных отложениях;
-
анализ
атмосферного
воздуха
на
CO,
H2S,
SO2,
Cl2,
O 3,
NOx (0-50мкг/м3);
-
контроль выбросов промышленных предприятий на O2, CO, CO2, NOx,
SO2, CH4, H2S (0-10 г/м3);
-
контроль воздуха рабочей зоны (0…200 ppm).
Лаборатория позволяет производить отбор, хранение, консервацию,
транспортировку
проб
для
последующих
исследований,
метеорологические наблюдения для оценки экологического состояния.
21
2.4. ОРГАНИЗАЦИЯ НАБЛЮДЕНИЙ В РАЙОНЕ ПРОМЫШЛЕНЫХ
ПРЕДПРИЯТИЙ (ПОДФАКЕЛЬНЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ)
Передвижной (подфакельный) пост предназначен для отбора проб
под дымовым (газовым) факелом с целью выявления зоны влияния
данного источника. Места отбора проб при подфакельных наблюдениях
выбирают на разных расстояниях от источника загрязнения с учетом
закономерностей распространения загрязняющих веществ в атмосфере.
Наблюдения под факелами дымовых труб предприятий проводятся с
целью получения материалов по распространению вредных веществ от
отдельных источников выбросов в зависимости от метеорологических
условий и оценки влияния этих источников на загрязнение атмосферы [19].
При проведении подфакельных наблюдений используются специальные
автомашины с аппаратурой для отбора проб и оперативного размещения
постов наблюдений под факелом исследуемого источника.
Наблюдения под факелом проводятся за типичными ингредиентами
для данного предприятия с учётом количественных выбросов и их
токсических характеристик так, чтобы в зоне возможного максимального
загрязнения было отобрано не менее, чем 50-60 проб воздуха по каждому
ингредиенту в разные сезоны года.
При выполнении подфакельных наблюдений существенной частью
работы
является
местоположения
определение
постов
для
направления
отбора
проб.
факела
и
выбор
Направление
факела
определяется по визуальным наблюдениям за очертанием дыма. В случае
отсутствия дымового облака направление факела определяется или по
направлению ветра на высоте выброса с учётом возможной высоты
подъёма факела, или по факелам от близлежащих, примерно равновысоких
источников.
Отбор проб воздуха производится последовательно по направлению
ветра на расстояниях от источника выброса 500, 1000 и 2000 м. Кроме
22
того, организуется пост по отбору проб воздуха с наветренной стороны от
источника выбросов на расстоянии, исключающем влияние обследуемого
источника на величину концентраций.
Отбор проб должен проводиться в местах, где можно ожидать
наиболее высокие концентраций примесей, т.е. на расстояниях от
источника, равных 10-40 средним высотам трубы, на высоте 1,5 м от
поверхности земли в течение 20-30 мин. Интервал между отборами порядка 10 минут.
3. КОМПЛЕКСНОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА В ГОРОДАХ
3.1. ОРГАНИЗАЦИЯ КОМПЛЕКСНОГО ОБСЛЕДОВАНИЯ
Для
качественной
оценки
загрязнения
атмосферы
городов
и
метеорологических особенностей распространения вредных примесей в
атмосфере организуются эпизодические комплексные обследования [20].
Результаты обследования позволяют детально оценить роль крупных
промышленных объектов города как источников загрязнений воздушной
среды, а также выявить районы, наиболее подверженные загрязнению
выхлопными газами от автотранспорта.
Для достаточной надежности таких наблюдений их следует проводить
в отдельные периоды на протяжении двух-трех лет с учетом возможных
изменений погоды. На основе такого обследования составляется сводка
состояния загрязнения воздушного бассейна города и намечаются пути его
оздоровления.
Обследования загрязнения воздуха в городах проводятся, как правило,
совместно
органами
гидрометеослужбы
и
санитарно-
эпидемиологическими станциями.
23
Этапы работы при обследовании
В период предварительного ознакомления проводятся следующие
мероприятия:
- изучение общей характеристики города, его физико-географического
положения, особенностей метеорологического режима и размещения
основных источников загрязнения, основных выбрасываемых примесей;
расположения жилых и промышленных районов, а также территорий
перспективного строительства;
- оценка загрязнения атмосферы города в целом по имеющимся данным
гидрометслужбы и СЭС;
- составление сводки основных характеристик загрязнения по имеющимся
материалам;
- ознакомление с основными принципами технологии производства,
количественной характеристикой выбросов вредных веществ по всем
ингредиентам, условиям выбросов, с размещением источников выбросов
по площади и стабильностью выбросов в течение суток и др.;
- согласование с другими организациями вопросов о совместном
проведении обследования.
Рекомендации по обследованию местности
для проектируемых городов
При обследовании местности необходимо провести подготовительные
работы.
Составить характеристику условий местности, на основании анализа
материалов климатических справочников и атласов, в которой особое
внимание должно уделяться режиму ветра (скорости и направлению ветра
у земли, вертикальному распределению ветра до высоты 3 км),
повторяемости атмосферных явлений: осадков, туманов, дымки, слабых
скоростей ветра и штилей, выявлению особенностей годового и суточного
24
хода всех рассматриваемых характеристик и периодов с условиями
погоды, способствующими высоким уровням загрязнения воздуха (слабый
ветер, инверсия температуры, туман).
Получить детальные морфометрические характеристики территории
и оценить влияние рельефа на изменение метеорологических элементов,
используя крупномасштабные карты.
Выявить микрометеорологические особенности местности путём
проведения специальных экспериментальных работ;
Определить
фоновые
концентрации
вредных
веществ
на
обследуемой местности по измерённым и рассчитанным на основании
сведений о выбросах близлежащих промышленных источников данным.
3.2. ОРГАНИЗАЦИЯ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА ЗАГРЯЗНЕНИЕМ
АТМОСФЕРЫ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ОБСЛЕДОВАНИЯ
При определении химического состава воздуха основным видом
наблюдений должен быть отбор проб воздуха на стационарных и
маршрутных постах. В случае, когда источники вредных выбросов
сосредоточены на одной промышленной площадке и загрязнение воздуха
города определяется главным образом этими источниками, отбор проб
производится в основном под факелами этих источников на различных
расстояниях.
При проведении обследований наблюдения под факелом основных
источников
выброса
обязательно
организуются
по
расширенной
программе. Расширенная программа предусматривает одновременный
отбор проб в зоне действия факела на разных расстояниях от источника в
нескольких пунктах, как это показано на рис.1.
25
0,5
1
2
3
Рис.1. Схема размещения постов отбора проб воздуха при проведении подфакельных
наблюдений по полной программе: 1, 2, 3-расстояние от источника до мест отбора проб
Такое
расположение
точек
наблюдений
даёт
возможность
проследить изменение концентраций по длине факела и получить
достоверные данные на отдельных дистанциях. В целях контроля
достоверности данных наблюдений организуется параллельный отбор
проб в одной точке. Автомашины устанавливаются под осью факела на
разных расстояниях от источника выброса. Слева и справа от автомашины
по линии, перпендикулярной оси факела, располагаются выносные точки,
обеспечиваемые
автономным
электропитанием.
Расстояние
между
центральными и выносными пунктами зависият от ширины факела и
должно составлять примерно 5% расстояния от источника выброса до
пункта наблюдений [21].
Для
оценки
загрязнения
атмосферы
выхлопными
газами
от
автотранспорта в различных районах города мониторинг проводят не реже
одного раза в год в течении двух-трёх недель.
При комплексном изучении загрязнения атмосферного воздуха в
городах и вокруг отдельных источников большое значение имеют
сведения о характеристике выброса и условиях
веществ в атмосферу.
26
поступления вредных
3.3. ОРГАНИЗАЦИЯ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ
В комплекс
метеорологических наблюдений,
проводимых при
обследовании загрязнения воздуха в городах, входят:
- метеорологические наблюдения при отборе проб воздуха на
стационарных, маршрутных постах и при подфакельных измерениях;
- наблюдения (дополнительные) на метеорологических станциях;
- специальные микрометеорологические съёмки.
Метеорологические наблюдения на постах должны проводиться по
методике, изложенной в п.3.2., со следующими дополнениями:
- скорость ветра измеряется анемометром;
- температура и влажность воздуха – аспирационными психрометрами.
Результаты наблюдений записываются в книжку.
Производят шесть отсчётов показаний термометров психрометра с
точностью до 0,10С (три по сухому и три по мокрому); снимают показания
анемометра (начальный и конечный отсчёты); определяют направление
ветра (трижды); записывают состояние погоды. Усредняют отсчёты сухого
и
смоченного
термометров,
вносят
поправки
и
с
помощью
психрометрических таблиц определяют упругость водяного пара (мб) и
относительную
влажность
(%);
находят
среднюю
скорость
ветра
(с точностью до 0,1м/с).
На метеорологических станциях в период обследования организуются
актинометрические измерения. Актинометрические наблюдения включают
измерения интегральных потоков радиации и спектральных характеристик.
Дополнительно на одном из стационарных постов, расположенном в
районе с более загрязнённым воздухом, организуются (в сокращённой
программе)
актинометрические
наблюдения.
Пиранометр
вместе
с
гальванометром выносится из павильона в южную сторону на расстояние
3-5 м. В момент отбора пробы, после второго отсчёта по психрометру,
последовательно делают три отсчёта по гальванометру (отсчёт-запись). На
27
площадке метеостанции строго синхронно выполняются три отсчёта по
гальванометру при пиранометре.
Микрометеорологические
съёмки
организуются
для
получения
детального распределения по территории города температуры, влажности
воздуха и скорости ветра. Съёмки должны проводиться в каждый сезон
года предпочтительно при устойчивом состоянии погоды без осадков.
Организуется учащённая сеть пунктов; выбор пунктов производится
специалистом - метеорологом. При выборе пунктов включаются все
стационарные и маршрутные посты, создаются пункты наблюдений в
центре выраженных форм рельефа, районах различных типов застройки и
планировки, садах и парках крупного размера, на берегах водоёмов.
В программу микрометеорологических съёмок входят: измерения
разности температуры и влажности воздуха на уровнях 0,5 и 1,5 м,
скорости ветра на высотах 0,5 и 2 м; определение направления ветра и
состояния
погоды.
Для
наблюдения
используются
аспирационные
психрометры и анемометры.
Обработка
исправленных
результатов
значений
наблюдений
температуры
состоит
воздуха
на
в
получении
двух
уровнях,
вычислении упругости водяного пара, относительной влажности и
скорости ветра, разности (на двух уровнях) температуры и упругости
водяного пара [22].
Прогноз загрязнения атмосферы
В
связи
с
высокой
насыщенностью
городов
источниками
загрязнения, уровень загрязнения атмосферного воздуха в них, как
правило, существенно выше, чем в пригородах и тем более в сельской
местности. В отдельные периоды, неблагоприятные для рассеяния
выбросов, концентрации вредных веществ могут сильно возрасти
относительно среднего и фонового городского загрязнения. Частота и
продолжительность периодов высокого загрязнения атмосферного воздуха
28
будут зависеть от режима выбросов вредных веществ (разовых, аварийных
и др.), а также от характера и продолжительности метеоусловий,
способствующих повышению концентрации примесей в приземном слое
воздуха. Во избежание повышения уровней загрязнения атмосферного
воздуха
при
неблагоприятных
для
рассеяния
вредных
веществ
метеорологических условиях необходимо прогнозировать и учитывать эти
условия. В настоящее время установлены факторы, определяющие
изменение концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе при
изменении метеорологических условий.
Прогнозы
неблагоприятных
метеорологических условий могут составляться как для города в целом,
так и для групп источников или отдельных источников. Обычно выделяют
три основных типа источников: высокие с горячими (теплыми) выбросами,
высокие с холодными выбросами и низкие. Для указанных источников
выбросов аномально неблагоприятные условия рассеяния примесей
приведены в табл. 6.
Таблица 6.
Комплексы неблагоприятных метеорологических условий
Термическая
Источники
Скорость ветра, м/с Вид инверсии, высота
стратификация нижнего на уровне на уровне
над источником
слоя атмосферы
флюгера
выброса
выброса, м
Неустойчивая
3-7
7-12
Приподнятая, 100-200
Неустойчивая
Штиль
3-5
Приподнятая, 10-200
Высокие с
горячими
выбросами
Высокие с
холодными
выбросами
Низкие
Приземная, 2-50
Устойчивая
Штиль
Штиль
29
В дополнение к комплексам неблагоприятных метеоусловий, приведенным
в табл. 6. можно добавить следующее.
Для высоких источников с горячими (теплыми) выбросами; высота
слоя перемешивания меньше 500 м, но больше эффективной высоты
источника; скорость ветра на высоте источника близка к опасной скорости
ветра; наличие тумана и скорость ветра больше 2 м/с.
Для высоких источников с холодными выбросами: наличие тумана и
штиль. Для низких источников выбросов: сочетание штиля и приземной
инверсии.
Следует также иметь в виду, что при переносе примесей в
районы плотной застройки или в условия сложного рельефа, концентрации
могут повышаться в несколько раз.
3.4. НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ЗАГРЯЗНЕНИЕМ ВОЗДУХА ВЫХЛОПНЫМИ
ГАЗАМИ АВТОТРАНСТПОРТА
На магистралях с интенсивным движением автотранспорта проводятся
систематические наблюдения на стационарных и маршрутных постах. При
необходимости детального изучения распространения выхлопных газов
эпизодически организуются специальные наблюдения. Оценка состояния
загрязнения воздуха на магистралях и в прилегающей жилой застройке
производится на основе определения основных компонентов выхлопных
газов (окиси углерода, двуокиси азота, углеводородов, формальдегида,
акролеина, бензопирена, сажи, соединений свинца) и продуктов их
фотохимических превращений (суммарного количества фотооксидантов и
озона).
В
результате
наблюдений
определяют
значения
концентрации
примесей (максимальные и разного осреднения) с учётом интенсивности
движения автотранспорта и метеорологических условий и выявляют
особенности распространения примесей в воздухе жилых кварталов и
зелёных зон, примыкающих к автомагистралям.
30
На
основании
материалов
по
инвентаризации
источников
автомобильных выбросов или результатов специально выполненных
исследований территориального распределения транспортных потоков по
городу и их изменения во времени определяют соотношение выбросов
автотранспорта и промышленных источников,
выделяют основные
магистрали и районы с интенсивным движением автотранспорта.
Пункты наблюдений выбираются:
- на магистралях с интенсивным движением в местах наибольшего
загрязнения воздуха (перекрёстки, узкие части улиц с многоэтажными
жилыми зданиями, автодорожные туннели и т.п.);
- в жилых районах, примыкающих к автомагистралям (на краю проезжей
части, на середине тротуара, у линии застройки на расстоянии 0,5-1 м от
фасада зданий, выходящих на магистраль и т.п.).
В комплекс наблюдений входят:
- определение содержания в воздухе основных компонентов выхлопных
газов;
- определение интенсивности движения автотранспорта;
- измерение температуры и влажности воздуха на высотах 0,5-1,5м,
скорости ветра на уровнях 0,5 и 2м от поверхности земли.
3.5. ОБОБЩЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ КОМПЛЕКСНОГО ОБСЛЕДОВАНИЯ
Результаты комплексного обследования данного города обобщаются в
виде отчётов, содержащих следующие разделы:
- общие сведения о городе и окружающем районе (включая физикогеографическую характеристику);
- организация обследования с описанием программы, всех видов
наблюдений и перечислением организаций-участников;
- характеристика загрязнения воздуха по результатам обследования и
предварительным материалам;
31
- особенности метеорологического режима в городе;
- связь загрязнения воздуха с метеорологическими характеристиками.
В заключение даются выводы и рекомендации:
- о мероприятиях по предотвращению высоких уровней загрязнения с
учётом метеорологических условий, уменьшению выбросов вредных
примесей основных промышленных предприятий за счёт очистных и
других сооружений, регулированию выбросов вредных веществ в
атмосферу, рациональному размещению проектируемых промышленных
предприятий в районе города с уточнением границ их санитарнозащитных зон, планировки, застройки и озеленения жилых районов,
размещения мест массового отдыха населения города;
- о мерах по снижению загазованности воздуха выбросами автотранспорта
(вывод из густонаселённых жилых районов гаражей, авторемонтных
мастерских, бензозаправочных станций, озеленение улиц, создание
условий для равномерного бесперебойного движения автомобилей,
вывод грузового транзитного транспорта за черту города, усиление
надзора за техническим состоянием автомобильного парка, снятие с
линии
автомобилей
с
неисправным
или
не
отрегулированным
двигателем );
- об усилении контроля за выполнением санитарных требований при
проектировании, строительстве и эксплуатации автостоянок, гаражей,
авторемонтных мастерских и бензозаправочных станций;
- о рациональной организации уличного движения, строительстве
транспортных развязок и другие вопросы, решение которых будет
способствовать оздоровлению воздушного бассейна.
32
4. ОТБОР ПРОБ ВОЗДУХА И МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ
НАБЛЮДЕНИЯ
4.1.ОТБОР ПРОБ ВОЗДУХА
Количественный анализ атмосферных примесей производится после
их концентрирования, которое осуществляется протягиванием через
соответствующие
поглотительные
среды
(жидкие,
твёрдые)
или
фильтрующие материалы. Для обеспечения тесного контакта между
жидкой поглощающей средой и анализируемым воздухом применяют
различные поглотительные приборы.
Объём воздуха, отобранного для анализа, измеряется при помощи
газовых счётчиков или находится как произведение времени отбора пробы
на скорость аспирации, которая определяется при помощи реометров или
ротаметров, встроенных в электроаспираторы [23].
Отбор разовых проб для определения
содержания газовых примесей
Отбор проб воздуха на газовые примеси производится в поглотительные
приборы,
заполненные
в
лаборатории
соответствующими
жидкостями, или в газовые пипетки. Поглотительные приборы при
помощи резиновых шлангов присоединяются к электроаспиратору.
Входные трубки поглотительных приборов присоединяются при помощи
коротких отрезков резинового шланга встык к распределительной
гребёнке.
При наличии у используемого электроаспиратора разгрузочного крана
последний перед первым отбором открывают, а регулировочные краны
ротаметров закрывают. Затем включают прибор и устанавливают скорость
33
аспирации на каждом канале в зависимости от определяемого вещества и
одновременно включают секундомер.
В ходе отбора проб необходимо внимательно следить за тем, чтобы
скорость аспирации поддерживалась на заданном уровне с максимально
возможной точностью. В случае изменения показателей ротаметров в
процессе отбора производится дополнительная регулировка при помощи
вентилей, соединённых с соответствующими ротаметрами.
По
окончании
времени
отбора
выключают
электроаспиратор,
отсоединяют поглотительные приборы, закрывают их заглушками и
помещают
в
ящик
для
транспортировки.
Записывают
среднюю
температуру воздуха, измеренную с точностью до 10С в начале, середине и
конце периода отбора проб по термометру, установленному перед
ротаметром электроаспиратора.
При отборе проб воздуха в газовые пипетки один из её концов
присоединяют к распределительной гребёнке, а другой - к штуцеру
электроаспиратора; за время отборы проба воздух в пипетке должен
смениться не менее 10 раз. По окончании отбора пробы резиновые трубки
на концах пипетки герметизируют зажимами и закрывают их заглушками.
Отбор проб в пипетки вне павильона производят путём медленного
выливания воды или раствора поваренной соли из предварительно
заполненной жидкостью пипетки. В некоторых случаях для задерживания
мешающих
анализу
аэрозолей
или
газообразных
веществ
перед
поглотительным прибором устанавливают фильтры [24].
Отбор разовых проб воздуха
для определения содержания аэрозолей
Отбор проб воздуха производится главным образом на фильтрующие
материалы, закреплённые в фильтродержателях. Для отбора проб
используются различные аспираторы. На стационарных постах, где
имеется электропитание, в качестве электроаспиратора используется
34
бытовой пылесос. В полевых условиях аспирация воздуха производится с
помощью двигателя автомашины при наличии источника питания.
Автомобильный аспиратор (рис.2) состоит из Т-образной трубки,
передний конец которой имеет втулку для установки фильтродержателя, а
задний - два отверстия и подвижную заслонку для регулировки расхода
воздуха через фильтр. В средней части трубки имеются два штуцера, к
которым присоединяют манометр или реометр, внутри между штуцерами
установлена диафрагма для создания перепада давления. К узкому
патрубку трубки присоединяется резиновый шланг для соединения
аспиратора с воздушным насосом.
На фильтродержатели с фильтром надевается разборная конусная
насадка, состоящая из четырёх конусов с диаметрами входных отверстий
55, 45, 35 и 25 мм, вставляемых последовательно один в другой.
1
2
3
5
4
Рис. 2. Общий вид автомобильного аспиратора:
1-насадки; 2-фильтродержатель; 3-Т-образная трубка; 4-реометр;
5-подвижная заслонка.
35
Отбор среднесуточных проб воздуха
На стационарных постах или постах при лаборатории производят
отбор среднесуточных проб, характеризующих осреднённую за сутки
концентрацию. При этом отбор может производиться как в разные
поглотительные приборы, так и в один и тот же прибор в течение суток.
При наличии на стационарном посту павильона отбор проб ведётся
через один из патрубков распределительной гребёнки, остальные патрубки
при этом должны быть закрыты. При отборе проб в других условиях в
качестве воздухозаборного устройства используется фторопластовая или
стеклянная трубка диаметром 6-8 мм (рис.3). Конец трубки для защиты от
осадков должен находиться внутри воронки.
3
2
1
4
Рис. 3. Схема устройства для отбора среднесуточных проб:
1-воронка; 2-заборная трубка; 3-кронштейн; 4-защитный фильтр.
Для многократного отбора разовых проб с последующим осреднением
результатов измерений за сутки никакой специальной аппаратуры не
существует. Для непрерывного отбора проб может использоваться
установка с газовым счётчиком. Поглотительный прибор через переходник
присоединяется к газовому счётчику. К выходному отверстию счётчика
36
присоединяются
брызгоуловитель
и
побудитель
раствора,
обеспечивающий необходимую производительность.
Установку можно собрать, используя в качестве регулятора расхода
воздуха критическое сопло. Стабилизация скорости воздушного потока в
этом случае осуществляется автоматически при помощи толстостенных
капиллярных трубок или медицинских игл, работающих в критическом
режиме.
При наличии в месте отбора проб водопровода в качестве побудителя
расхода воздуха можно использовать водоструйный насос, что позволяет
производить отбор нескольких параллельных проб с общим расходом
воздуха до 4 л/мин.
4.2. МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ НАБЛЮДЕНИЯ ПРИ ОТБОРАХ ПРОБ
ВОЗДУХА
Отбор проб воздуха для определения концентрации примесей должен
сопровождаться наблюдениями за состоянием дымового факела и
следующими метеорологическими параметрами:
- скоростью и направлением ветра;
- температурой и влажностью воздуха;
- атмосферными явлениями, состоянием погоды и состоянием деятельной
поверхности;
- давлением атмосферного воздуха.
Измерение скорости и направления ветра
Для определения направления ветра применяются флюгер или вымпел
и компас. Для определения характеристик ветра применяется ветромер или
анемометр. Анемометр крепится на треноге так, чтобы приёмная часть его
располагалась на высоте 2 м. от земли. Анемометр включают по
секундомеру ровно на 10 мин., начальные и конечные показания
37
записываются, затем вычисляется разность отсчётов, делится на 600 (при
времени 10 мин.) и по графику или таблице определяется скорость ветра с
точностью до 0,1 м/с. Направление ветра определяется в течение 1-2 мин.
по 16 румбам (рис.4) и результат записывается в градусах (табл.7).
ССЗ
С
СЗ
ССВ
СВ
ЗСЗ
ВСВ
З
В
ЗЮЗ
ВЮВ
ЮЗ
ЮВ
ЮЮЗ
Ю
ЮЮВ
Рис. 4. Определение скорости ветра.
Таблица 7
Определение скорости ветра.
38
Румбы
Градусы
Румбы
Градусы
С
360
Ю
180
ССВ
22
ЮЮЗ
202
СВ
45
ЮЗ
225
ВСВ
68
ЗЮЗ
248
В
90
З
270
ВЮВ
112
ЗСЗ
292
ЮВ
135
СЗ
295
ЮЮВ
158
ССЗ
318
Измерение температуры, влажности воздуха
и оценка состояния погоды
Для
измерения
температуры
и
влажности
воздуха
служит
аспирационный психрометр. Психрометр подвешивают на треноге так,
чтобы резервуары располагались на высоте 1,5 м от земли навстречу ветру.
Наблюдение по психрометру проводят в течение 10 мин. следующим
образом: при помощи пипетки с водой смачивают батист термометра.
Осторожно, чтобы не сорвать пружину, почти до отказа заводят аспиратор.
Первые отсчёты по термометрам делают через 4 мин. после завода, через
5-6 мин. после начала аспирации необходимо снова завести аспиратор.
Выполняются три отсчёта по сухому и смоченному термометрам, вносятся
поправки, осредняются полученные исправленные значения температуры
и по психрометрическим таблицам рассчитываются значения абсолютной
(мб) и относительной (%) влажности.
Состояние погоды оценивается визуально по характерным признакам.
Наблюдения за дымовыми факелами
Форма дымового факела и его окраска определяются визуально.
Наряду с этим отмечается наличие характерного запаха, раздражающе
действующего на слизистые оболочки глаз и носа. Форма факела
фиксируется зашифрованной цифрой в соответствии с характеристикой и
внешним видом, указанными в табл. 8.
Шкала состоит из 6 пронумерованных квадратов. Её нужно поднять на
вытянутой руке до уровня глаз наблюдателя. Наблюдатель смотрит на дым
в месте выхода его из источника, определяет номер квадрата (рис.5)
39
Таблица 8
Форма и характеристика факела
Шифр
Форма факела
Характеристика факела
Факел имеет волнообразную форму
1
с неустойчивыми очертаниями.
Факел
2
поднимается
вертикально
вверх и равномерно растекается во
все стороны.
Г-образная форма факела: дым при
3
выходе приобретает горизонтальное
направление или вначале вертикальное, а затем смещается по ветру.
Для характеристики режима сгорания топлива качественно с помощью
шкалы оценивается степень прозрачности (чернота) дыма (рис.5).
1
2
3
4
5
6
Рис. 5. Определение степени прозрачности дыма.
Прозрачность дыма q, % при количестве отсчётов n рассчитывается:
Q =100-20 · n1+2n2+3n3+4n4+5n5
n
40
Прозрачность дыма ниже 40% говорит о неудовлетворительном
режиме сжигания топлива.
5. ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ В
МРНИТОРИНГЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
После отбора проб на стационарных, маршрутных или подфакельных
постах проводят анализ данных проб различными методами [25].
Предпочтение отдаётся инструментальным методам измерения как
наиболее избирательным и высокочувствительным.
В лабораторном отделении по коммунальной гигиене службы
государственного
санитарного
эпидемиологического
наблюдения
(СГСЭН) наиболее часто применяют следующие методы исследования:
- фотоколориметрический;
- газоанализатор «Палладий»;
- гравиметрический.
Фотоколориметрические методы анализа – одна из широко
используемых разновидностей абсорбционного оптического анализа.
Принцип действия фотоколориметрических газоанализаторов основан на
измерении интенсивности окраски цветного соединения, образующегося
при взаимодействии измеряемого компонента со вспомогательным
реагентом.
Фотоколорметрические газоанализаторы позволяют определять SO2,
NO2, NO, аммиак, формальдегид.
Фотометрические
подбором
приборы
соответствующих
имеют
реагентов
высокую
можно
чувствительность;
добиться
хорошей
селективности, однако точность и избирательность этих приборов
достигаются путём их значительного усложнения.
Газоанализатор «Палладий» предназначен для анализа CO. Принцип
метода состоит в следующем: ручным насосом накачивают воздух в
41
камеру,
которая
присоединена
к
газоанализатору,
и
определяют
концентрацию вещества.
Гравиметрический метод применяют при анализе пыли. Для этого
берут фильтр, взвешивают его в лаборатории, едут на место отбора проб,
протягивают воздух через фильтр, затем в лаборатории опять взвешивают
фильтр на аналитических весах и по разности весов определяют
концентрацию пыли.
При инструментальном анализе состава газовых смесей применяют
и другие методы анализа:
- электрохимические,
- оптические,
- пламенно-ионизационные [26].
Электрохимические
методы
в
основном
включают
кондуктометрический и кулонометрический методы.
Работа кондуктометрических анализаторов заключается в регистрации
изменений электропроводности раствора, возникающих в результате
поглощения газовой смеси. Кондуктометрический метод не требует
применения
сложной
аппаратуры,
приборы
обладают
высокой
чувствительностью, быстродействием и компактностью. Недостатком
метода является его неселективность: все растворяющиеся в реактиве с
образованием
ионов
газы
сильно
влияют
на
электропроводность
электролита.
Кулонометрический метод состоит в непрерывном автоматическом
титровании вещества реагентом, электрохимически генерируемым на
одном из электродов в реакционной среде. При этом количество
электричества, затраченного на генерацию титрующего агента, служит
мерой содержания определяемого вещества в реакционной среде.
Количество электричества определяется как произведение измеряемого
тока на время генерации до точки эквивалентности.
42
Кулонометрический
метод
анализа
обладает
высокой
чувствительностью и широким динамическим диапазоном. Современные
кулонометрические анализаторы имеют сравнительно простое устройство,
небольшие габариты и массу, сравнительно низкую стоимость. К
недостаткам
кулонометрических
приборов
можно
отнести
низкую
селективность и необходимость периодической смены электролита.
Оптические
методы анализа
включают в себя
в основном
абсорбционные и эмиссионные методы.
Абсорбционные методы анализа основаны на способности веществ
поглощать лучистую энергию в характерных участках спектрального
диапазона.
Среди абсорбционных методов в отдельную группу выделяют
лазерные методы. Принцип лазерного контроля состоит в следующем:
лазерный луч, проходя через газовую среду, взаимодействует с ней,
оставляя за собой «след» возбуждённых молекул, излучающих свет
обычно
на
более
низкой
частоте,
чем
частота
лазерного
света
(флуоресценция).
Эмиссионные методы анализа основаны на измерении интенсивности
излучения анализируемой газовой смеси. Сущность метода состоит в том,
что исследуемые молекулы тем или иным способом приводят в состояние
оптического
возбуждения
и
затем
регистрируют
интенсивность
люминесценции или флуоресценции, которая заключаюется в испускании
возбуждёнными молекулами квантов света при возвращении молекул в
основное состояние.
Пламенно-ионизационный
метод
применяют
при
контроле
углеводородов. Он основан на измерении изменения тока ионизации,
полученного при введении в пламя водорода органических веществ.
Молекулы органических веществ, вводимые в пламя, легко ионизируются,
в результате чего электропроводность пламени резко возрастает. Если
43
такое пламя поместить между электродами, к которым приложено
постоянное напряжение, то между ними появится ионизационный ток,
который усиливается и подаётся на регистрирующий прибор.
6. МЕТОДЫ ХИМИЧЕСКОГОТ АНАЛИЗА
Наиболее
распространенными
загрязняющими
веществами
атмосферного воздуха являются такие вещества, как SO2, NO2, NO, CO и
весовая пыль. Определить их можно различными способами:
6.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДВУОКИСИ СЕРЫ
Одним
из
веществ,
играющих
главную
роль
в
загрязнении
атмосферного воздуха, являются окислы серы, которые поступают в
атмосферу в результате сжигания топлива и промышленных выбросов.
Известно, что двуокись серы раздражает дыхательные пути, снижает их
проходимость. При систематическом вдыхании двуокись серы нарушает
углеводный
и
белковый
обмены
и
другие
функции
организма
человека [27].
Двуокись серы является основной причиной кислотных дождей
(1/3 кислотных дождей вызывает диоксид азота), которые меняют pH озёр,
рек и почвы в местах выпадения осадков и тем самым вызывают гибель
растительного и животного мира.
Принцип метода с использованием хлоридом бария
Метод основан на окислении сернистого газа в процессе его
улавливания из воздуха раствором хлората калия или перекиси водорода с
последующим определением образующегося сульфат-иона с хлоридом
бария.
44
Определению мешают сульфаты, серная кислота и сероводород.
Влияние сульфатов и серной кислоты устраняются улавливанием их на
фильтр АФА-В-10.
Метод рекомендуется для определения разовых концентраций.
Чувствительность определения 5 мкг в анализируемом объёме пробы.
Диапазон измеряемых концентраций 0,08-1,5 мг/м3 при отборе пробы
объемом 80л.
Отбор проб
Для определения разовой концентрации SO2 исследуемый воздух со
скоростью 4 л/мин. протягивают в течение 20 мин. через поглотительный
прибор Рыхтера, содержащий 6 мл поглотительного раствора. При
использовании U-образных поглотительных приборов скорость аспирации
не должна превышать 2 л/мин.
Ход анализа
В лаборатории доводят уровень раствора в поглотительном приборе до
6 мл дистиллированной водой. Для анализа 5 мл раствора пробы переносят
в пробирки и добавляют по 1 мл раствора BaCl2. Содержимое пробирок
тщательно встряхивают и через 15 мин. Определяют оптическую
плотность растворов в кюветах шириной 10 мм при длине волны 400 нм
относительно воды. Одновременно проводят измерения «нулевой» пробы,
для чего 5 мл поглотительного раствора анализируют аналогично пробам.
Оптическая плотность нулевой пробы должна быть не более 0,01.
Количество SO2 в пробах находят с помощью калибровочного графика по
разности результатов измерений оптической плотности раствора пробы и
нулевого раствора. Анализ проб можно проводить визуально.
Принцип тетрахлормеркуратного метода
Метод основан на взаимодействии дихлорсульфитомеркурата,
образующегося в процессе поглощения двуокиси серы раствором
45
тетрахлормеркурата натрия, с формальдегидом и парарозанилином или
фуксином. Образующееся при этом соединение окрашивает раствор в
красно-фиолетовый
цвет,
по
интенсивности
которого
определяют
содержание SO2.
Определению мешают окислы азота, озон и соли некоторых тяжёлых
металлов. Влияние окислов азота устраняется добавлением сульфаминовой
кислоты; озона – выдерживанием пробы перед фотометрированием; солей
тяжёлых металлов – добавлением трилона Б и фосфорной кислоты.
Метод
рекомендуется
при
обследовании
районов
с
малым
содержанием SO2 в атмосфере.
Чувствительность определения - 0,1 мкг в анализируемом объёме
пробы. Диапазон измеряемых концентраций составляет 0,003-0,24 мг/м3
при отборе пробы объёмом 40 л.
Отбор проб
Для определения разовой концентрации диоксида серы исследуемый
воздух протягивают через поглотительный прибор Рыхтера, содержащий
6 мл поглотительного раствора.
Срок хранения отбранных проб в холодильнике - не более 5 дней, без
холодильника – 1-2 дня.
Ход анализа
При отборе проб в жидкостные поглотительные приборы доводят
уровень раствора в поглотительном приборе до метки (6 мл). Переносят
жидкость из поглотительного прибора в пробирку и отбирают 5 мл
раствора для анализа. К 5 мл пробы добавляют по 0,2 мл сульфаминовой
кислоты, встряхивают и оставляют на 10 мин. для разрушения нитритов и
окислов азота. Затем приливают точно по 0,4 мл формальдегида и по 1 мл
раствора парарозанилина или фуксина. Одновременно проводят измерения
нулевой пробы.
46
Содержимое пробирок тщательно встряхивают и через 30 минут
определяют оптическую плотность растворов в кюветах шириной 10 мм
при длине волны 575 нм относительно воды.
Количество SO2 в пробе определяют с помощью калибровочного
графика по разности результатов измерений оптической плотности
растворов пробы и нулевого. Анализ проб можно проводить визуально.
6.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДВУОКИСИ АЗОТА
Известно, что окислы азота поступают в атмосферу в результате
вулканической
деятельности,
жизнедеятельности
бактерий.
при
разрядах
При
этом
молний,
количество
в
процессе
этих окислов
значительно превышает поступление окислов азота в атмосферу в
результате деятельности человека. Однако результирующая фоновая
концентрация этих окислов в атмосфере невелика из-за их рассеивания по
всей поверхности Земли.
Основными источниками антропогенного выброса окислов азота в
атмосферу являются транспорт; электростанции, сжигающие ископаемое
топливо, и предприятия, производящие туковые удобрения, анилиновые
красители и вискозный шёлк.
Принцип метода
Метод основан на взаимодействии NO2 и сульфаниловой кислоты с
образованием диазосоединения, которое, реагируя с L-нафтиламином, даёт
азокраситель. Последний окрашивает раствор от бледно-розового до
красно-фиолетового
цвета.
По
интенсивности
окраски
раствора
определяют количество диоксида азота.
Метод рекомендуется для определения разовых концентраций.
Чувствительность определения - 0,1мкг в анализируемом объёме пробы.
47
Диапазон измеряемых концентраций составляет 0,03-0,64 мг/м3 при отборе
пробы воздуха объёмом 5 л.
Отбор проб
Для определения разовой концентрации NO2 исследуемый воздух
протягивают через U-образный поглотительный прибор, наполненный 6мл
поглотительного раствора, со скоростью 0,25 л/мин. в течении 20 мин.
Срок хранения отобранных проб не более 2 суток.
Ход анализа
Уровень
раствора
в
поглотительном
приборе
доводят
дистиллированной водой до метки 6мл. Для анализа 5мл раствора из
каждой пробы переносят в пробирку и добавляют по 0,5мл составного
реактива. Содержимое пробирок тщательно встряхивают и через 20 мин. в
пробирки приливают по 5 капель 0,06%-го раствора сернистокислого
натрия и опять встряхивают. Измеряют оптическую плотность растворов в
кюветах шириной 10мм при длине волны 540 нм относительно воды.
Одновременно
с
анализируемой
пробой
проводят
измерения
оптической плотности нулевой пробы, для чего 5 мл поглотительного
раствора анализируют аналогично пробам. Значение оптической плотности
нулевого раствора должно быть не более 0,01.
Количество двуокиси азота в пробах находят по калибровочному
графику по разности результатов измерений оптической плотности
растворов пробы и нулевого. Анализ проб можно проводить визуально,
сравнивая
исследуемый
раствор
со
стандартными
растворами.
Концентрацию определяют при нахождении стандартного раствора
близким по цвету к исследуемому.
6.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОКИСИ АЗОТА
48
Принцип метода
Метод основан на окислении окиси азота хромовой кислотой до
двуокиси и улавливании последней раствором йодистого калия. При
взаимодействии
NO
с
сульфаниловой
кислотой
образуется
диазосоединение, которое, реагируя с L-нафтиламином, даёт азокраситель.
Последний окрашивает раствор от бледно-розового до красно-фиолетового
цвета. По интенсивности окраски раствора определяют количество оксида
азота.
Метод рекомендуется для определения разовых концентраций.
Чувствительность определения - 0,065 мкг в анализируемом объёме
пробы. Диапазон измеряемых концентраций составляет 0,013-0,26 мг/м3
при отборе пробы воздуха объёмом 5 л.
Отбор проб
Для определения разовой концентрации NO исследуемый воздух
протягивают в течение 20 мин. со скоростью 0,25 л/мин. через систему,
состоящую из фильтра, заполненного сорбентом для поглощения NO2,
стабилизатором влажности, окислителем, и U-образного поглотительного
прибора, заполненного 6 мл 8%-го раствора йодистого калия.
Ход анализа
Уровень
раствора
в
поглотительном
приборе
доводят
дистиллированной водой до метки 6мл. Для анализа к 5 мл раствора
добавляют 0,5 мл составного реактива и встряхивают. Через 20 мин. перед
измерением, в пробирку вносят по 5 капель 0,06%-го раствора сульфита
натрия и ещё раз встряхивают. Измерения проводят в кюветах шириной
10 мм при длине волны 540 нм относительно воды.
Одновременно
с
анализируемой
пробой
проводят
измерения
оптической плотности нулевой пробы, для чего 5 мл поглотительного
49
раствора анализируют аналогично пробам. Значение оптической плотности
нулевого раствора должно быть не более 0,01.
Количество окиси азота в пробах находят по калибровочному
графику по разности результатов измерений оптической плотности
растворов пробы и нулевого.
6.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОКСИДА УГЛЕРОДА
Оксид углерода получается при неполном сгорании углеродистых
веществ. В воздух он попадает главным образом с выхлопными газами и
выбросами промышленных предприятий, при сжигании твёрдых отходов.
В атмосфере не происходит глобального накопления CO. Значительная
часть его поглощается почвой, точнее почвенными микроорганизмами.
Однако в закрытых помещениях (гаражах, тоннелях) или при скоплении
большого числа автомобилей на перекрёстках временно может создаваться
опасная для здоровья людей концентрация оксида углерода.
Принцип метода
Для
измерения
концентрации
окиси
углерода
в
атмосфере
используется газоанализатор “Палладий-3”.
Газоанализатор
предназначен
для
эксплуатации
в
условиях
передвижных автолабораторий. Измерение содержания CO производится
во время остановок.
Газоанализатор при контроле воздуха может эксплуатироваться при
непрерывном режиме работы.
Газоанализатор
имеет
световую,
звуковую
и
электрическую
сигнализацию о превышении концентрации измеряемого газа сверх
заданного уровня в пределах от 20 до 50 мг/м3.
Диапазон измерений – 0-50 мг/м3.
50
Ход анализа
В газоанализаторе использован метод анализов газов, основанный на
электролизе при постоянном потенциале.
Анализируемый газ через фильтр с помощью побудителя расхода
поступает на стабилизатор расхода. Избыток газа, поступающий на
стабилизатор расхода, сбрасывается на выходной штуцер газоанализатора.
Перед входом электрической ячейки находится индикатор расхода,
показывающий наличие расхода газа через ячейку.
В
электрохимической
электрохимической
реакции
ячейке
происходит
окисления
преобразование
детектируемого
газа
в
электрический сигнал.
Электрохимическая ячейка работает совместно с усилительным
устройством. Усилительное устройство создаёт на электродах потенциал, а
на выходе вырабатывает постоянное стабилизированное по температуре
напряжение.
Это
напряжение
поступает
на
преобразователь
унифицированного выходного сигнала, на устройство сигнализации,
которое вырабатывает световой, звуковой сигналы и положительное
напряжение на реле, на устройство индикации,
аналого-цифровой
преобразователь информационного цифрового сигнала и устройство
сигнализации о рабочем состоянии газоанализатора.
6.5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕСОВОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ПЫЛИ
Пыль – совокупность мелко раздробленных частиц твёрдого вещества,
находящегося во взвешенном состоянии.
В зависимости от происхождения, т.е. способа получения, различают
пыль естественного происхождения и пыль промышленную. Первая
образуется в результате процессов, не связанных непосредственно с
процессом производства, хотя может быть определённая взаимосвязь
между этим видом пылеобразования и хозяйственной деятельностью
51
человека.
К
пыли
поднимающуюся
естественного
в
воздух
в
происхождения
результате
относят
пыль,
почвы,
пыль,
эрозии
образующуюся при выветривании горных пород, и т.д.
Промышленная
пыль
возникает
непосредственно
в
процессе
производства. Почти каждому виду производства сопутствует характерный
для него вид пыли.
Совокупность мелко раздробленных частиц, на создание которых
направлен технологический процесс, правильнее называть пылевидным
материалом, например мука, сахарная пудра, цемент, алебастр и т.д.
Однако большая часть видов пыли возникает при процессах, связанных с
обработкой материалов, например, при сортировке, резании, шлифовании
и т.д., а также при транспортировке материалов и связанных с этим
операциях : погрузке, выгрузке, перегрузке.
Принцип метода
Запылённость воздуха определяют по привесу, полученному после
аспирации воздуха через аэрозольный фильтр.
Метод рекомендуется для определения разовых и среднесуточных
концентраций.
Чувствительность определения 0,2 мг пыли в пробе.
Диапазон измеряемых концентраций 0,1-10 мг/м3 при отборе пробы
воздуха 2 м3.
Отбор проб
Для
определения
разовой
концентрации
исследуемый
воздух
протягивают через фильтр со скоростью до 50 л/мин. Для определения
среднесуточной концентрации пыли исследуемый воздух протягивают
через один и тот же фильтр 6 раз по 20 мин. с той же скоростью, что и при
отборе разовых проб, через равные промежутки времени.
52
Ход анализа
После отбора пробы фильтр не менее часа выдерживают и доводят до
постоянного веса. Если отбор пробы проводился при относительной
влажности воздуха, то фильтр необходимо поместить в сушильный шкаф
на 30-50 мин., а затем 40-50 мин. выдерживать в условиях комнатной
температуры и влажности.
Количество пыли определяется по разности веса фильтра до и после
протягивания анализируемого воздуха.
7. МЕТОДЫ И АППАРАТЫ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ
ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ
Огромное значение в решении проблемы защиты атмосферного
воздуха придается мерам научно-технического характера, в частности
разработке
новых малоотходных и
безотходных технологий [28].
Технология должна позволять обеспечивать производство необходимых
продуктов не только с минимальными расходами сырья, энергии и рабочей
силы, но и с соблюдением экологических условий, сводящих к минимуму
выбросы вредных веществ в атмосферу.
Существуют
пять
основных
методов
удаления
газообразных
загрязнителей:
- абсорбция,
- адсорбция,
- конденсация,
- химическая обработка,
- сжигание горючих загрязнителей [29].
Для абсорбции газа используют жидкие растворители. Её применение
особенно эффективно при значительных концентрациях газообразных
загрязнителей [30]. Однако возможно применение этих растворителей и
53
при весьма низких концентрациях, когда растворимость газа в жидкости
очень высока. Хотя вода используется как растворитель наиболее часто,
для поглощения газов, плохо растворимых
другие
растворители
с
низким
в воде, можно применять
давлением
пара;
примером
указанных газов могут служить углеводороды или сероводород.
используемая
веществ:
для абсорбции, может
кислот,
щёлочей,
содержать добавки химических
окислителей
реагирующих с поглощаемым газом
Вода,
и
или
восстановителей,
снижающих равновесное
давление его пара [31].
Адсорбцию применяют для удаления большего числа различных
газообразных загрязнителей, особенно органических, до получения их
очень низких объёмных концентраций. Основными областями применения
этого метода являются обработка больших объёмов газов с очень низкой
концентрацией загрязняющих веществ и снижение концентраций этих
веществ до следовых уровней [32]. Полярные адсорбенты, такие как
активированные оксиды алюминия, силикагель и молекулярные сита,
обладают высокой селективностью по отношению к газам с полярными
молекулами. Однако присутствие таких часто встречающихся полярных
продуктов, как водяной пар, может приводить к снижению их
адсорбирующей способности по отношению к другим веществам или
делать их вовсе неэффективными.
Неспецифический адсорбент – активированный уголь - получил
наиболее широкое
адсорбентов,
распространение.
которые можно
Вследствие неспецифичности
Он является одним из немногих
использовать
для
влажных газов.
активированный уголь адсорбирует все
газы, присутствующие в малых количествах, пропорционально их
концентрациям,
газа,
который необходимо уловить, будут адсорбироваться и другие
примеси.
54
поэтому следует учитывать тот факт, что, помимо
Поскольку адсорбент должен регенерироваться для повторного
использования, при разработке процесса необходимо также подробно
рассматривать и стадии десорбции.
Некоторые материалы обладают
такой сильной адсорбирующей способностью, что при десорбции
одновременно удаляется некоторое количество молекул адсорбента
(хемосорбция).
Другие материалы, на которых
происходит
полимеризация в порах адсорбента, постепенно теряют свою активность,
потому что удалени
полимерного
материала не
происходит
и
площадь поверхности адсорбента уменьшается [33].
Конденсация может быть применена для удаления материалов,
имеющих низкое давление пара при умеренных температурах, материалов
с высоким давлением пара в тех случаях, когда не требуется удаление
загрязнений до столь низких концентраций, как миллионные доли [34].
Необходимость охлаждения при конденсации значительно снижает
экономическую эффективность этого метода обработки.
Каталитические методы основаны на химическом превращении
токсичных компонентов
в
нетоксичные
катализатора. Очистке подвергаются
на
поверхности
твёрдого
газы, не содержащие пыли и
катализаторных ядов. Эти методы используют для очистки газов от
оксидов
азота, серы, углерода и органических примесей. Их проводят в
реакторах различных конструкций [35].
Термические методы применяют для обезвреживания газов от легко
воспламеняющих токсичных и дурно пахнущих газов [36].
Методы
основаны на сжигании горючих примесей в топках печей или факельных
горелках.
Преимуществом
универсальное
дополнительный
метода является простота аппаратуры и
использование.
расход
при
Недостатком
сжигании
метода
концентрации
является
газов,
необходимость дополнительно абсорбировать и адсорбировать очистки
газов после сжигания.
55
Существуют следующие методы осаждения пыли:
- сухой метод очистки,
- фильтрация,
- мокрый метод очистки,
- электрический метод очистки [37].
В основе работ сухих аппаратов лежат гравитационные, инерционные
и
центробежные
механизмы
осаждения.
Перечисленные
аппараты
отличаются простотой изготовления и эксплуатацией. Их достаточно
широко используют в промышленности [38].
Фильтрация – один из старейших и широко используемых методов
удаления частиц из запылённых газовых потоков. В современном виде
фильтрация обеспечивает улавливание самых разнообразных частиц
размером
от
видимого
до
околомолекулярного.
Фильтрация
вне
конкуренции, когда речь идёт об обеспечении исключительно высокой
эффективности улавливания очень мелких частиц ценой умеренных и
затрат [39].
В процессе очистки газов частицы пыли сталкиваются с волокнами
или зёрнами фильтрующего материала и осаждаются на них под действием
сил диффузии и электростатического притяжения.
перегородку
газовый
поток
разделяется
на
Проходя через
тонкие,
непрерывно
разъединяющие и смыкающиеся струйки.
Частицы пыли, обладая инерцией стремяться двигаться прямолинейно,
сталкиваются с волокнами или зёрнами и удерживаются ими.
В мокрых пылеуловителях осаждение происходит на каплю, на
поверхность газовых пузырей или на плёнку жидкости [38].
В мокрых скрубберах реализуется тесный, бурный контакт газа и
жидкости, сопровождающийся генерацией жидких капель. Захват капель
газом может привести к уносу жидкости из скруббера в подогреватель,
канал, вентилятор, дымовую трубу, а затем в атмосферу. Если не принять
56
мер к отделению потоком жидкости, это может вызвать коррозию, эрозию,
забивание, повреждение вентиляторов и выбросы загрязнителя.
В электрофильтрах отделение заряженных частиц происходит на
электродах. Электрофильтр – это аппарат или установка, в которой
используются электрические силы для отделения взвешенных частиц от
газов. В процессе ионизации молекул газа электрическим полем
происходит заряд содержащихся в нём частиц. Ионы абсорбируются на
поверхности пылинок, которые затем под действием электрического поля
осаждаются на осадительных электродах.
В соответствии с Законом Российской Федерации «О природе»
промышленностью предприняты серьёзные меры по совершенствованию
производства и рекуперации отходов, по созданию малоотходных и
безотходных технологий [40]. В общем виде эти мероприятия направлены
на создание следующих схем и режимов производства:
- комплексных схем, позволяющих максимально использовать все
ингредиенты сырья и обеспечивать их соблюдение;
- схем с полным кругооборотом воды, позволяющих резко сократить
потребность предприятий в свежей воде;
- технологических режимов, обеспечивающих выпуск продукции высокого
качества, которую можно использовать более эффективно и более
длительный срок [41].
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА
Задание: Составить отчет о создании виртуального стационарного
поста
экологического мониторинга атмосферного воздуха в районе
проживания студента.
Отчет должен содержать следующие пункты:
1. карта района проживания с указанием расположения поста (пример
на рис.6);
57
2. описание местоположения поста (пример описания поста приведен
на стр.59);
3. описание источников загрязнения атмосферного воздуха в данном
районе;
4. характеристика одного наиболее опасного вещества, которое
выделяется в описываемо районе.
Описание местоположения поста должно содержать следующие
пункты:
1. название города, номер поста, адрес и высоту над уровнем моря,
указания составителя и даты составления описания;
2. характеристику района (жилой, промышленный, привокзальный,
район зелёных насаждений, район с интенсивным движением
транспорта и пр.);
3. указание типа отопления жилых и промышленных зданий в районе
расположения поста в радиусе 1,5 км (центральное,
печное
и пр.);
4. указание расстояние пункта отбора проб до ближайших мощных
источников загрязнения воздуха, которые могут влиять на степень
загрязнения воздуха в точке отбора, и их взаимного расположения
с учётом розы ветров;
5. перечень основных загрязняющих веществ;
6. описание покрытия почвы в месте отбора проб (бетон, асфальт,
щебень, песок, глина, чернозём, трава и др.);
7. степень закрытости горизонта (по 16 румбам) с указанием
расстояния от поста до ближайших зданий или деревьев и их
высоты;
8. характеристику зелёных насаждений вблизи поста (сад, сквер,
бульвар, парк, газон) с указанием плотности древесных и
58
кустарниковых насаждений (единичные насаждения, рядовая или
групповая посадка и пр.);
9. наличие
ближайших
водных
объектов
(река,
пруд,
водохранилище и пр.) и их краткую характеристику;
10. характеристику источников загрязнения атмосферного воздуха (их
расположение, основные загрязняющие вещества этих источников).
К описанию постов прилагается схематический план района
расположения поста в радиусе 2-3 км. (рисунок на стр. 20)
Пример описания поста
1. Общие сведения.
Город Селецк.
Пост №4.
Адрес: пересечение улиц Победы и Российской
Высота над уровнем моря 216 м
Составитель: Андреева Г.И.
Дата: 27.07.2005г.
2. Характеристика района.
Район
интенсивным
жилых кварталов и промышленных предприятий с
движением
грузового
автотранспорта
(особенно
по
ул. Победы).
3. Отопление жилых и промышленных зданий.
На севере, северо-востоке и юго-востоке района – центральное
отопление; жилой массив трёхэтажных зданий, расположенный в югозападной части района, отапливается котельной, в одноэтажных зданиях –
печное
отопление.
преимущественно
На
северо-западе
четырёх-пятиэтажные
от
дома
поста
расположены
со
специальным
отоплением. В качестве топлива используется уголь, сернистость которого
(по справочным данным)
составляет 4%, а зольность – 15,4%. На
59
расстоянии 50 м к востоку проходит электрофицированная железная
дорога.
4. Расстояние до ближайших мощных источников загрязнения.
В направлении к северу и северо-востоку от поста расположены:
гидроэлектростанция – на расстоянии 3 км, электрометаллургический
комбинат – на расстоянии 2,6 км и завод железобетонных изделий – на
расстоянии 3,2 км.
5. Основные загрязняющие вещества
Окись
углерода,
сернистый
газ,
двуокись
азота,
угольные
соединения.
6. Покрытие почвы в месте отбора проб.
Асфальт.
7. Степень закрытости горизонта.
В направлении к северу на расстоянии 20 м от пункта расположены
четырёхэтажные дома, на востоке на расстоянии 100 м – трёх-пятиэтажные
дома, на юге и западе на расстоянии 25 м – забор высотой 1,5 м, за ним
расположены складские помещения высотой 4 м.
8. Зелёные насаждения вблизи поста.
Садовые деревья в районе одноэтажной застройки.
9. Ближайшие водные объекты.
В 75 м к западу от пункта в направлении с севера на юг протекает р.
Жёлтая шириной около 20 м. В зимний период река покрывается льдом
(начало замерзания – октябрь, вскрытие – апрель).
60
Рис.6. Схематический план района расположения поста наблюдения в радиусе 2-3
км.: Ι, ΙΙ, ΙΙΙ, ΙV, V – жилые районы; а – жилой район (2 эт); б- хлебозавод;
в – сад, г – больница, д – жилой район (4 эт.).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Сложная экологическая ситуация в местах обитания человека требует
особого внимания к разработке принципов мониторинга.
Созданная
в
стране
система
мониторинга
сыграла
свою
положительную роль и теперь от неё требуется большее, чем пассивное
наблюдение, оценка и прогноз. Существующую систему необходимо
дополнить
системой
принятия
решений,
т.е.
экспертной
на
улучшение
компьютеризованной службой.
Понятно,
что
решения,
направленные
функционирования предприятий, должны приниматься на основании
мониторинга источников и анализа ситуации в непосредственной близости
к ним, т.е. в импактных зонах. Там и должно располагаться основное
количество измерительной аппаратуры, причём основное внимание
61
должно уделяться методам быстрой регистрации загрязняющих веществ в
пространстве и времени.
В системе сбора информации более существенная роль должна
принадлежать станциям дистанционного наблюдения и мобильным
лабораториям. Последнее следует оснастить приборами для экспрессанализа, средствами пробоотбора и консервации проб. Эти лаборатории
могут сыграть важную роль в анализе после аварийных ситуаций,
изучении районов экологического бедствия.
Важно,
чтобы
информация,
полученная
с
помощью
систем
экологического мониторинга, представлялась совместно с географической
информацией и данными медицинского мониторинга. Это позволяет
проследить за характером распределения загрязняющих веществ в
пространстве и времени в зависимости от географических и ландшафтных
особенностей рассматриваемых участков. Кроме того, такой способ
представления
информации
позволит
решить
основную
задачу:
уменьшение негативного влияния загрязнения атмосферного воздуха на
здоровье людей.
62
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Руководство по контролю загрязнения атмосферы РД 52.04.186-89. М.,
1991.- 693 с.
2. Воздух. Контроль загрязнений по международным стандартам:
справочник/ под ред. С.А. Подлепы. – М.: протектор, 1994.-228 с.
3. Горелик Д.О. Мониторинг загрязнения атмосферы и источников
выбросов / Д.О. Горелик, Л.А. Конопелько.-
М.: Изд-во стандартов,
1992.- 432 с.
4. Проблемы экологии России / под. ред. В.И.Данилова-Данильяна.- М.:
изд-во наука, 1993.-347 с.
5. Потехов Ю.С. Экология и промышленность/ Ю.С. Потехов- С-Пб.:
Гидрометеоиздат, 2000.- 210 с.
7. Фельдман Ю.Г. Гигиеническая оценка автотранспорта как источника
загрязнения атмосферного воздуха/ Ю.Г. Фельдман - М.: Медицина,
1995.- 420 с.
8. Исидоров В.А. Органическая химия атмосферы/ В.А. Исидоров.- С-Пб.:
Химия, 1985.- 264 с.
9. Брехман И.И. Загрязняющие вещества в атмосферном воздухе/ И.И.
Брехман - М.: Наука, 1996.- 230 с.
10. Доклад о состоянии окружающей природной среды Саратовской
области в 2000 году.- Саратов, изд-во Саратов 2001.-180 с.
11. Доклад о состоянии окружающей природной среды Саратовской
области в 2001 году.- Саратов, изд-во Саратов 2002.-180 с.
12. Доклад о состоянии окружающей природной среды Саратовской
области в 2002 году.- Саратов, изд-во Саратов 2003.-180 с.
13. Бримблкумб П. Состав и химия атмосферы/ П. Бримблкумб- М.: Мир,
1991.- 352 с.
63
14. Воронин В.М. Канцерогенные вещества в окружающей среде/ В.м.
Воронин// Гигиена и санитария.- 1993.- №9.- С.51-57.
15. Безуглая Э.Ю. Мониторинг состояния загрязнения атмосферы в
городах / Э.Ю. Безуглая - Л.: Гидрометеоиздат, 1996.- 200 с.
16. Второв Ю.А. Мониторинг атмосферного воздуха / Ю.А. Второв,
С.Ю.Второва.- М.: Наука, 1997.- 168 с.
17. Руководство по контролю источников загрязнения атмосферы ОНД-90.
С-Пб., 1992. Ч.1. 98с., Ч.2. 102 с.
18. Тарасов В.В. Мониторинг атмосферного воздуха/ В.В.Тарасов,
И.О. Тихонова, Н.Е. Кручинина. -
М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева,
2000.- 97с.
19.
Указания
по
расчёту
рассеивания
в
атмосфере
выбросов
промышленных предприятий.- М.: Гидрометеоиздат, 1994.- 218 с.
20. Защита атмосферы от промышленных загрязнений: в 2 кн. / под ред.
С.Н. Калверта.- М.: Металлургия, 1998.- кн.1.- 760с.
21. Соловьёва Т.В. Руководство по методам определения вредных веществ
в атмосферном воздухе/ Т.В. Соловьёва, В.А. Хрусталёва.- М.: Медицина,
1994.- 300 с.
22. Охрана окружающей среды: Учебник / под ред. С.В. Белова.- 2-е изд.,
испр. и доп.- М.: Высш. шк., 1991.- 319 с.
23. Охрана воздушного бассейна от загрязнений: технология и контроль /
под.ред. А.Ф.Туболкина.- С-Пб.: Химия, 1999.- 288 с.
24. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды/
Ю.А. Израэль – С-Пб.: Гидрометеоиздат, 1998.- 375 с.
25. Алексеева М.В. Методы анализа./ М.В. Алексеев.- М.: Медгиз,
1983.- 220с.
26. Другов Ю.С. Методы анализа загрязнений воздуха / Ю.С. Другов,
А.Б. Беликов, В.М. Гульчинский.- М.: Химия, 1994.- 384 с.
64
27.
Протасов В.Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в
России: учеб. и справочное пособие/.- М.: Финансы и статистика,
1999.- 672 с.
28.
Кафаров
В.В.
Принципы
создания
безотходных
химических
производств/ В.В. Кафаров- М.: Химия, 1992.- 288 с.
29. Родионов А.И. Техника защиты окружающей среды: учебник/
А.И.Родионов, В.Н.Клушин, Н.С. Торочешников.- 2-е изд., перераб. и доп.М.: Химия, 1989.- 512 с.
30. Беспамятнов Г.П. Предельно допустимые концентрации химических
веществ в окружающей среде./- Л.: Химия, 1985.- 528 с.
31. Рамм В.М. Абсорбция газов/ В.М. Рамм.- М.: Химия, 1986.- 225 с.
32. Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники/ Н.В. Кельцев.-2-е изд.М.: Химия, 1994.- 592с.
33. Комаров В.М. Адсорбенты и их свойств/ В.М. Комаров.- Минск: Наука
и техника, 1987.- 248 с.
34.
Востриков
И.Я.
Технические
средства
контроля
загрязнения
окружающей среды / И.Я. Востриков, А.Ю. Петрова.- М.: ЦНИИ
информации и технико-экономических исследований приборостроения,
средств автоматизации и средств управления, 1986.- 468 с.
35. Власенко В.М. Каталитическая очистка газов/ В.М. Власенко - Киев.:
Техника, 1983.- 199 с.
36. Хмыров В.И. Термическое обезвреживание промышленных газовых
выбросов/ В.И. Хмыров- Алма-Ата: Наука, 1988.- 116 с.
37. Ужов В.Н. Очистка промышленных газов от пыли / В.Н. Ужов,
А.Ю. Вальдберг, Б.И. Мягков.- М.: Химия, 1991.- 392 с.
38. Попов Ю.А. Газоочистные аппараты сухого и мокрого типов /
Ю.А.
Попов,
С.С.
Янковский,
М.Г.
Мазус.-
М.:
ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1985.- 415 с.
65
39. Мазус М.Г. Фильтры для улавливания промышленных пылей /
М.Г. Мазус, А.Д. Малыгин, М.Л. Моргулис.- М.: Машиностроение,
1994.- 318 с.
40. Берлянд М.Е. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы/ М.Е.
Берлянд - Л.: Гидрометеоиздат, 1985.- 271с.
41. Михеев А.В. Охрана атмосферы/ А.В. Михеев - М.: Просвещение,
1993.- 144 с.
66
СОДЕРЖАНИЕ
Введение…………………………………………………………………3
1.Влияние загрязнения воздуха на организм человека, здоровье
и санитарные условия жизни населения……………………………….4
1.1. Проблема чистоты атмосферного воздуха ……………………….4
1.2. Источники загрязнения атмосферного воздуха в населённых
местах ……………………………………………………………………8
1.3.
Вещества,
загрязняющие
атмосферный
воздух
населённых мест………………………………………………………..11
1.4. Влияние загрязнения атмосферного воздуха на организм и
здоровье населения ……………………………………………………12
2.Организация наблюдений и контроля за загрязнением атмосферы 14
2.1. Общие положения ……………………………………………….14
2.2. Организация наблюдений на стационарных постах……………15
2.3. Организация наблюдений на маршрутных постах……………...21
2.4.Организация наблюдений в районе промышленных предприятий
(подфакельные наблюдения) ………………………………………….23
3.
Комплексное обследование загрязнения атмосферного воздуха в
городах………………………………………………………………….24
3.1. Организация комплексного обследования………………………24
3.2. Организация наблюдений за загрязнением атмосферы при
проведении обследования……………………………………………..26
3.3. Организация метеорологических наблюдений………………….27
3.4. Наблюдения за загрязнением воздуха выхлопными газами от
автотранспорта…………………………………………………………31
3.5. Обобщение результатов комплексного обследования…………..32
4. Отбор проб воздуха и метеорологические наблюдения…………34
67
4.1. Отбор проб воздуха………………………………………………..34
4.2. Метеорологические наблюдения при отборах проб воздуха……38
5. Принципы и методы измерений в мониторинге
атмосферного воздуха………………………………………………41
6. Методы химического анализа…………………………………..…44
6.1. Определение двуокиси серы………………………………………44
6.2. Определение двуокиси азота………………………………………47
6.3. Определение окиси азота…………………………………………..48
6.4. Определение оксида углерода…………………………………….50
6.5. Определение весовой концентрации пыли……………………….51
7.Методы и аппараты обезвреживания газовых выбросов………….53
8.Практическая работа…………………………………………………57
Заключение ……………………………………………………….61
Список использованной литературы…………………………….63
68
Учебное издание
Собгайда Наталья Анатольевна
МОНИТОРИНГ
АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
Учебное пособие
69