Лекции - Приборы и оборудование для экологического мониторинга - файл n1.doc

Лекции - Приборы и оборудование для экологического мониторинга
скачать (2323 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc2323kb.03.11.2012 01:42скачать

n1.doc

  1   2   3   4   5
экономических рычагов. Например, проведение в жизнь Закона о чистом воздухе, принятого Конгрессом США в 1970 г., и Поправок в 1979 г. позволило значительно сократить выбросы загрязнений автотранспортом на фоне быстрого роста числа автолюбителей. При этом при расчете затрат на необходимые мероприятия учитывается не только прямой ущерб от загрязнения, а принимаются во внимание косвенные экономические эффекты - влияние на покупательную способность, на уровень занятости, на конкурентоспособность продукции. В основу установления норм допустимого загрязнения положена оценка влияния загрязнений на заболеваемость и смертность.

1.2. Понятие об экоаналитическом контроле.Понятие о мониторинге. Их отличия и задачи.

Термины "экологическая химия", "экоаналитическая химия" и предлагаемый нами термин "экоаналитический контроль" относятся к экологическим системам и химическим процессам в них, а также соответственно к проблемам, связанным с анализом, аналитическим контролем и мониторингом объектов окружающей природной среды (воды, почвы, атмосферы и т.д.).

Прежде чем перейти к проблемам организации экоаналитического контроля (ЭАК) в России, попытаемся определить место ЭАК в общей системы экологии и его основные функции. Сразу же отметим отличительные особенности ЭКА и мониторинга. Мониторинг (слежение) имеет целью получение информации об изменении состояния соответствующей природной среды и осуществляется в заранее определенном временном и пространственном режиме с помощью аналитических или других измерительных средств по методикам, в принципе совпадающими с применяемыми в ЭАК.

Если данные мониторинга сделать информационной и юридической базой для принятия решений по выполнению природоохранного законодательства и санкций к его нарушителям, то мы переходим в область ЭАК, о котором и пойдет речь ниже.

Итак, экоаналитический контроль - система мероприятий
по выявлению и оценке источников и уровня загрязненности
природных объектов вредными веществами
природопользователями в результате сбросов (выбросов) этих
веществ в природную окружающую среду. Представляется, что
ЭАК можно приписать две основные и функции:

получение первичной информации о содержании вредных веществ в окружающей среде для принятия на ее основе решений по предотвращению дальнейшего поступления загрязнителей или о необходимости очистки объектов окружающей среды от уже накопленных загрязнителей;

получение вторичной информации об эффективности проведенных мероприятий.

Необходимо отметить, что во многих ситуациях ЭАК не ограничивается решением традиционных аналитических задач ("чего и сколько") и должно ответить на не менее важный вопрос об источниках и путях попадания загрязнителей в окружающую среду ("откуда и как"). В промежутке между получением первичной информации ЭАК является своеобразным индикатором динамики изменения воздействий источников загрязнения, то есть позволяет судить об улучшении или ухудшении экологической обстановки на каждом конкретном объекте ЭАК.

Система экологического контроля состоит из
государственной службы наблюдения за состоянием
окружающей природной среды, государственного,
производственного и общественного контроля.

Нормирование и контроль за функционированием всей системы природоохранных мероприятий являются прерогативой государства.

Производственный экологический контроль осуществляется экологической службой предприятий и ставит своей задачей проверку выполнения планов и мероприятий по охране природы, соблюдение нормативов качества окружающей природной среды на предприятии.

1.3. Понятие ПДК. Классификация ПДК для различных сред. Документы, регламентирующие контроль за качеством объектов окружающей среды.

Нормативы допустимого загрязнения различных сред (воды, воздуха, почвы) характеризуются величиной предельно-допустимых концентраций. ПДК - это такая концентрация определенного вещества, которая не предоставляет какого-либо риска здоровью человека при воздействии на него в течение всей жизни. Поскольку в организм человека вредные химические вещества попадают с пищей и водой в желудок, при вдыхании воздуха в легкие, при контакте с кожей, воздействие на здоровье будет при этом совершенно разным. В связи с этим и ПДК разрабатывается медицинскими органами для всех сред, куда могут попасть вредные для здоровья вещества. Кроме того, в зависимости от способа взаимодействия с человеком каждый объект окружающей среды подразделяется на различные виды, и для каждого имеется свои ПДК. Так, вода подразделяется в зависимости от использования на следующие виды:

1)Питьевая вода. Качество ее в России контролируется
Санитарными нормами и правилами -96г. В них
указаны ПДК разл. веществ в питьевой воде. Действующая в
рамках ООН Всемирная организация здравоохранения для этих
целей издает "Руководство по контролю качества питьевой
воды."

2)Вода, используемая для хозяйственных и культурно-бытовых нужд, контролируется согласно Санитарным нормам и правилам -88. Для этих целей ПДК веществ в воде уже имеют другие величины.

3)Вода водоемов рыбохозяйственного назначения.
Соответственно разработаны ПДК и для этого. Изложены эти
нормы в "Перечне ПДК для рыбохозяйственных водоемов".

4)Подземная, грунтовая вода. В зависимости от способа влияния на организм человека ее относят к одному из первых 3х видов и распространяют на нее соответственные документы.

5) Сточная вода, образующаяся в результате жизнедеятельности
человека - производственной, коммунальной. Нормативы
содержания в ней химических веществ называются предельно-
допустимыми сбросами (ПДС) и формируются
административными органами для каждого предприятия
отдельно с учетом объема сточных вод и их токсичности так,
чтобы воздействие их на водоем - приемник сточных вод не
влекло за собой необратимый отрицательный характер и не
превышало концентрации веществ выше ПДК,
соответствующих данному водоему.

Воздух также подразделяется на следующие виды.

1) Атмосферный воздух населенных мест. Качество его контролируется в соответствии с руководящим документом 52.04.186-89 "Руководство по контролю загрязнения атмосферы". ПДК в-в в атмосферном воздухе существуют 2х типов - среднесуточные и максимально разовые. Среднесуточная норма всегда меньше максимально разовой.

2) Воздух рабочей зоны. Это воздух производства, которым дышит работающий персонал. ПДК для воздуха рабочей зоны разрабатываются исходя из принципа, что эти концентрации не оказывают влияния на здоровье человека при нахождении в таком воздухе в течение всей производственной деятельности. ПДК в р.з. всегда больше ПДК в атмосферном воздухе.

3) Воздушные выбросы из производственных установок и помещений. Нормативы содержания в них химических веществ называются предельно-допустимыми выбросами (ПДВ) и формируются административными органами для каждого источника выбросов на каждом предприятии отдельно так, чтобы влияние источника на воздух в населенной зоне не вызывало нарушений установленных для него нормативов.

Почвы классифицируются также на почвы населенных мест, сельскохозяйственные и природные почвы. Контроль загрязнения почв проводится в соответствии с руководящим документом "

Для контроля за загрязнением почв используются ПДК и ОДК (ориентировочно допустимые концентрации). В случае отсутствия разработанных нормативов используется сравнение с почвой, не загрязненной данным веществом, т.е. фоновой. Контроль за соблюдением всех вышеперечисленных нормативов является одной из важных составляющих деятельности по охране объектов окружающей среды и здоровья населения. Законодательная основа работы предприятий, учреждений, организаций, органов гос.управления и контроля в этой области сформирован в Законах "Об охране окружающей природной среды" (19.12.91г.) "О санитарно-эпидемиологическом благополучии" (19.04.91г.)

1.4. Структура государственного аналитического контроля в области охраны окружающей среды.

Основными федеральными организациями
разрабатывающими и осуществляющими направления и методы
охраны окружающей среды и здоровья населения являются
Государственный Комитет по экологии и Госсанэпиднадзор. На
региональном уровне такими организациями являются
территориальные управления по охране окружающей среды и
территориальные Центры санэпиднадзора.

Контроль за качеством воздуха населенных мест, воздуха
рабочей зоны, питьевой воды, питания, осуществляют органы
санэпиднадзора. Контроль за соблюдением нормативов сбросов
и выбросов промышленных и коммунальных предприятий
осуществляют территориальные инспекции по охране
окружающей среды. Контроль подразумевает надзор за
соблюдением системы природоохранных мероприятий и
нормативов качества стоков и выбросов. Кроме того, инспекции
по охране окружающей среды оценивают ущерб в случае
аварийных и чрезвычайных ситуациях и принимают участие в
ликвидациях последствий аварий и ЧС.

Наблюдения (мониторинг) за качеством природных и атмосферного воздуха ведут органы Гидрометеорологии и бассейновых водных управлений.

1.5. Роль аналитической информации в решении экологических

проблем. Требования, предъявляемые к аналитической

информации. Способы представления аналитической

информации.

В основе любого заключения о сложившейся экологической ситуации и тенденциях ее изменения (улучшения, стабилизации, ухудшения), а также любого природоохранного решения лежит информация, позволяющая обосновать соответствующие выводы и принять адекватные обстановке решения.

Если проследить источники такой информации, то окажется, что в подавляющем большинстве случаев ими являются так называемые "аналитические измерения" [1], способные генерировать качественную и количественную информацию о состоянии экосистем.

Какие же требования должны предъявляться к аналитической информации, чтобы она оказалась эффективной при решении экологических проблем?

Прежде всего выборка аналитических данных, полученных в результате мониторинга (контроля) при решении каждой из сформулированных выше задач должна удовлетворять принципу необходимости и достаточности, то есть совокупность аналитических данных должна однозначно описывать состояние и изменения в рассматриваемой экосистеме. Разумеется на каждом уровне (локальном, региональном, федеральном, межгосударственном) критерии необходимости и достаточности различаются как по номенклатуре и уровню показателей, так и по объему выборки аналитических данных и времени генерирования последних.

Во-вторых, необходимо указать на важнейшее требование к аналитической информации: она должна быть достоверной в качественном и количественном аспектах, то есть адекватно отражать содержание контролируемых (наблюдаемых) веществ в объекте анализа.

В-третьих, важнейшим требованием к аналитической информации является ее сопоставимость (совместимость). Понятие совместимости связано с возможностью использования аналитической информации, получаемой различными ее производителями.

В 1992 году при решении проблемы загрязнения источников водоснабжения г.Уфы диоксинами, аналитическая информация была получена одновременно шестью

лабораториями. Задача сводилась к оценке степени
загрязненности вод путем сопоставления всей совокупности
аналитических данных. И тут выяснилось, что результаты
сопоставимы только на качественном уровне, поскольку
методики, которые использовали исполнители, не имели
аттестованного значения погрешности результатов.
Понадобилось немало усилий, чтобы путем метрологической
аттестации доказать, что все применяемые методики
обеспечивают близкие оценки погрешности и результаты
практически всех шести лабораторий равноточны и,
следовательно, сопоставимы. Таким образом, сопоставимость
данных аналитической информации вновь напрямую связана с
погрешностью результатов, генерируемых соответствующей
аналитико-информационной системой, и, если результаты
неравноточны, то сопоставлять их (а тем более делать выводы(
весьма опасно.

И последнее, аналитическая информация должна быть
своевременной. При этом мы не будем касаться установленных
в России сроков сообщения аналитической информации, которая
может быть многолетней, годовой, месячной: здесь сроки ее
поступления вряд ли нуждаются в жесткой регламентации. Речь
идет об оперативной, подчас мгновенной информации,
получение которой связано, с одной стороны, решением
проблемы обеспечения экологического мониторинга и
экоаналитического контроля специальными приборами и
средствами, с другой, системами передачи информации, которые
были бы в состоянии оперативно и точно довести ее до
соответствующего потребителя. В отсутствие таких средств
информация будет постоянно запаздывать и радикальные
природоохранительные решения будут "тащиться в хвосте" у
экологических катастроф. Примеров подобных ситуаций
предостаточно, наличия с утечки взрывоопасных газов на
трубопроводах и кончая Чернобыльской катастрофой и аварией в
Томске-7.

Экоаналитическая информация обычно представляется в виде набора количественных и качественных характеристик состава проб. Но аналитики способны довести информацию до такой формы представления, которая может быть воспринята и интерпретирована самыми различными по своим интересам службами.

К примеру, при исследовании уровня загрязнения почвенного покрова проводится обычно определение содержания тяжелых металлов и полиароматических углеводородов. Рассчитав коэффициент суммарного загрязнения для всех точек, где отбирались пробы, можно построить карту-схему, которая

наглядно покажет общую картину химического загрязнения обследуемой территории. В таком виде информацию рекомендуется представлять общественности.

1.6. Требования к работе экоаналитической лаборатории. Закон "об обеспечении единства измерений". Понятие стандартного образца. Требования к методам, используемым для получения аналитической информации. Требования аппаратурному оформлению.

При решении экологических проблем обычно недостаточно ответить на вопросы "что?" и "сколько?", необходимо зачастую ответить на вопросы "откуда?", "почему?" и "как?", т.е. не только установить структуру токсиканта, но и найти источник попадания его в окружающую среду. Необходимость ответов на 2~ группу вопросов накладывает дополнительную ответственность и ужесточения в части достоверности и обоснованности аналитической информации.

Во-первых, это относится к аналитическим методикам, используемым для целей экологического контроля. Закон "Об обеспечении единства измерений" гласит: "измерения должны осуществляться в соответствии с аттестованными в установленном порядке методиками. Порядок разработки и аттестации методик выполняется Госстандартом России в соответствии с ГОСТ Р8.563-96 и ГСИ. Методики выполнения измерений. Этим ГОСТом МВИ определяется как совокупность приемов и правил выполнения измерений, соблюдение которых позволяет получить результат измерений с известной погрешностью измерений. Что это значит - "аттестованная в установленном порядке методика?" Это означает, что разработчики методики анализа должны определить погрешность анализа, найти доверительный интервал результата, его верхнюю и нижнюю границу:

X ± ЛХ

Формирование значения АХ происходит путем
суммирования погрешностей на всех стадиях анализа.

Для целей производственного экологического контроля этого достаточно. Но для государственного экологического контроля необходимо, чтобы аналитическая методика прошла проверку в органах Госстандарта и имела свидетельство об аттестации, в котором пользователь разработанной и аттестованной кем-то аналитической методики не укладывается в значение указанной в ней погрешности при выполнении анализа, он должен провести аттестацию для себя. Поэтому лабораторная практика требует постоянного самоконтроля

достоверности выдаваемой информации. Такой самоконтроль обеспечивается системой различных методов и средств.

К средствам относятся, в первую очередь, стандартные образцы, аттестованные смеси.

Стандартный образец - это образец вещества с установленной в результате метрологической аттестации значениями одной или более величин, характеризующими свойство или состав этого вещества.

Различают стандартные образцы свойства и стандартные образцы состава.

Стандартные образцы состава по метрологическому назначению выполняют роль однозначных мер. Они могут применяться в качестве рабочих эталонов.

Примеры: 1. СО высокочистой бензойной кислоты используется как мера удельной энергии сгорания - СО свойства. 2. СО состава углеродистой стали - СО состава.

Аттестованная смесь веществ - это нестандартизованное
средство измерения в виде смеси веществ, имеющей
нормированные метрологические характеристики,
устанавливаемые методом аттестации по процедуре
приготовления, и создаваемое на месте применения в
соответствии с методикой, регламентированной в утвержденной
документации.

Аттестованные смеси по своему значению выполняют функцию стандартных образцов.

Аттестованные смеси разрабатывают и допускают в том случае, когда создание СО невозможно или нецелесообразно (нестабильность т.д.)

Во-вторых, строгие требования предъявляются к приборам, использующимся для аналитических измерений (масса, длина, температура и т.п.). С этой целью все приборы должны быть проверены метрологическими службами. Проверка средств измерений - это установление органом государственной метрологической службы пригодности средства измерений к применению на основании экспериментально определяемых метрологических характеристик и подтверждения их соответствия установленным обязательным требованиям.

В-третьих, лаборатория, проводящая экоаналитический контроль, должна пройти аккредитацию в органах Госстандарта на техническую компетентность и независимость. Это значит, что лаборатория должна успешно выполнить серию контрольных анализов. Кроме того, должны быть выполнены первые 2 условия, т.е. используемые методики должны быть аттестованными, приборы должны быть поверенными.

РАЗЛИЧНЫЕ УРОВНИ ОЦЕНКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ. ТРЕБОВАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ ТЕХНИКЕ.

Полевые исследования загрязненных районов или отдельных объектов разделены на ряд разных по уровню анализов, начиная с предварительных контролей при помощи ручных портативных анализаторов и кончая полномасштабными анализами, которые осуществляются с помощью самой сложной и передовой лабораторной аппаратурой в больших лабораторных центрах.

С целью упорядочения структуры ЭАК она подразделена на 5 уровней.

В 1ЬШ уровень входят общий контроль, проводимый на объекте при помощи ручных тест-приборов. Цель его - определить уровень суммарного загрязнения органическими и неорганическими веществами. Для выяснения этих проблем используются приборы самого разного назначения.

1) Для выявления загрязнения радионуклеидами используются дозиметры;

2) Для выявления загрязнения тяжелыми металлами предназначены терратесты (для почвы), аква-тесты (для воды), аэро-тесты (для воздуха);

3) Для выявления загрязнения органическими и неорганическими соединениями в различных странах выпускаются наборы тестов для самых разных веществ (анионы, ароматические углеводороды, меркаптаны, ртуть и др.)

Принцип действия этих тестов прост - на тест (бумажку, трубочку и т.п.) наносится исследуемая Среда (вода, почва, воздух), и сравнение окрашивания теста с прикладываемой к прибору цветной шкалой позволяет примерно оценить степень загрязнения.

Использование тестов, как правило, не требует никаких реактивов, источников питания, не требует специально обученного персонала. Тестовые наборы и приборы-индикаторы используют при аварийных и ЧС. Ими должны быть снабжены отряды ГО, МЧС, газоспасатели, участвующие в спасательных и ликвидационных мероприятиях.

Самая общая интегральная химическая нагрузка на живую природу оценивается с помощью биотестов. Но это требует более подготовленных специалистов и специальных приборов.

2ой уровень предусматривает анализ, осуществляемый с помощью более развитых портативных приборов - газовых хроматографов, флуориметров, спектрофотометров и т.д. Эти приборы предназначены для определения содержания конкретных соединений в полевых условиях непосредственно на изучаемом объекте.

3ми уровень предусматривает лабораторные исследования не на объекте, а в помещении специализированной лаборатории. Такая лаборатория должна строго соблюдать предписанные процедуры, в т.ч. в части проверок контроля качества измерений. На этом уровне так же, как и

^ОМ ч^ ^ ,—

на 2 , проводится определение содержании загрязнителей в объектах окружающей среды по строго определенным методикам анализа соединений или групп соединений. Работу этого уровня проводят территориальные лаборатории.

Необходимым условием этих лабораторий является единая для всех методическая база. Госкомэкологии России утверждает перечень допущенных к использованию методик для оценки загрязненности всех объектов окружающей среды. Лаборатория имеет право выбирать методики только из этого перечня. Все методики аттестованы Госстандартом, т.е. имеет определенную погрешность измерения. Это значит, что любая лаборатория, использующая данную методику, обязана выполнять требования этого норматива.

Аналитическое оборудование, используемое лабораторией при выполнении анализов по этим методикам, должно быть зарегистрировано в Госстандарте, иметь аттестованное значение погрешности измерения выходного сигнала и проходить регулярную проверку этого параметра.

4ЫИ уровень загрязнения окружающей среды предназначен для обработки информации, полученной 3 - уровнем исследований. То есть все приборы в лаборатории завязаны в общую информационную сеть, позволяющую накапливать и оперировать полученными данными в нужном направлении: составлять карты загрязнений на основе суммирования показателей, составлять прогнозы загрязнений на основе выявляемых тенденций. Понятно, что для этих целей используется сложное и современное оборудование. Но следует подчеркнуть, что используемые методы анализа для этого уровня - это также строго предписанные процедуры.

5ЫИ уровень - обеспечивать проведение оценки состояния объектов окружающей среды с помощью поисковых исследований с привлечением современных сложных аналитических комплексов - в этом случае разрешается использовать модифицированные методики, неаттестованные по процедуре измерения погрешности. Но исследования должны проводить лаборатории, аккредитованные в органах Госстандарта. В рамках этого уровня оценки загрязненности проводятся, в основном, экологические обследования заповедных территорий, бассейнов рек, протекающих через несколько областей или государств, в сильной степени загрязненных территорий неизученными отходами (выбросами, сбросами) различных промышленных предприятий. Для работ данного уровня используются весьма сложные приборы и, требуются специалисты самой высокой квалификации.

Становится понятным, что соответственно уровню исследований и складывается их стоимость




Работу 4 и 5 уровня проводят большие региональные и федеральные центры.

Автоматические приборы для ЭАК.

Для непрерывных наблюдений за концентрацией наиболее распространенных примесей в воздухе используются газоанализаторы.



Тип газоанализаторов


Измеряемый компонент


Принцип работы


Предел обнаруж ения

мг/м


Вес, кг


1. "Палладий -3"


СО


электро­химический


0,75


10


2. 623 КПИ-03


СН4 Е углеводородов


пламенно-ионизационный


0,1

од


15


З.ХЛ-03


N0 МО2 НО3


хемилюминес-центный


0,001 0,001 0,001


40


4. 667ФФ-03


2


флуоресцентный


0,001


35


Если приборы для определения Е углеводородов, окислов азота и серы устанавливаются стационарно в месте наблюдения и работают в автоматическом режиме, то "Палладий" является переносным прибором и при наличии источника питания, позволяет оперативно в исследуемом

13

месте замерить концентрацию СО. Эти приборы выпускает наша промышленность.

В настоящее время для контроля за загрязнением воздуха при аварийных и чрезвычайных ситуациях органическими и неорганическими соединениями в нашей стране налажен выпуск портативных приборов "Колион". Для питания в них встроено перезаряжаемая аккумуляторная батарея, время работы которой 5 часов, диапазон измеряемых концентраций 0 - 2000 мг/м3, вес его 0,5 кг.

Галогеносодержащие пестициды, полихлорбифенилы можно идентифицировать и определить количественно с помощью портативного хроматографа "Эхо". Настройка на индивидуальное вещество дает возможность в течение 10 мин в полевых условиях определить его содержание в воздухе. Причем, возможно определять несколько соединений одновременно. Вес хроматографа не более 3 кг.

Для определения полиароматических углеводородов, фенолов, пестицидов в воздухе и воде предназначен портативный жидкостной хроматограф "Милихром".

Существует целый ряд портативных приборов для контроля ООС на содержание тяжелых металлов. В качестве одного из них можно назвать анализатор МГА-911 для определения тяжелых металлов в воздухе и водных растворах.

Принцип действия - селективная атомно-абсорбционная спектроскопия. Использование графитовой кюветы позволяет надежно и точно определять концентрации РЬ, 2п, Си, Си, N1 и др, без концентрирования с чувствительностью 0,1-3 нг/м3 ( для разных ТМ). Время анализа 1-30 мин. Диапазон определяемых концентраций от 0,1 до 3000 нг/м3. При анализе воздуха может работать в автоматическом режиме. При анализе воды работает в полуавтоматическом режиме. Чувствительность 0,02 - 2 мкг/л. Очень опасными являются загрязнения ртутью. Для контроля содержания ртути используется ртутный анализатор РА-915, с помощью которого можно определять концентрацию ртути в атмосферном и почвенном воздухе, природных и технических газах, в водах, в почвах и рудах. В атмосферном воздухе можно измерять содержание ртути даже в движении (с борта самолета, автомобиля). Принцип действия его тот же, что и в МГА-911. Вес 11 кг.

Все вышеперечисленные приборы изготавливаются в России. Для контроля загрязнения воды, как природной, так и сточной, очень удобны портативные спектрофотометры с набором химреактивов, позволяющие определять содержание анионов, некоторых органических веществ (фенолов, ПАВ) непосредственно на месте отбора пробы, не перевозя большие объемы воды. Набор реактивов сформирован так, чтобы не надо было что-то отмерять, взвешивать. Для этих приборов не требуется постоянного источника питания, они могут работать, питаясь от аккумулятора автомобиля.

14

ТЕМА 2 ОРГАНИЗАЦИЯ И ПРОВЕДЕНИЕ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА
ИСТОЧНИКАМИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ И СОСТОЯНИЕМ
ПРИРОДНЫХ СРЕД В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ


2.1 Организация и проведение наблюдений за уровнем загрязнения атмосферы

Загрязнение атмосферы в городах и других населенных пунктах

1. Общие сведения

Степень загрязнения атмосферы зависит от количества выбросов вредных веществ и их химического состава, от высоты, на которой осуществляются выбросы, и от климатических условий, определяющих перенос, рассеивание и превращение выбрасываемых веществ.

Источники загрязнения атмосферы различаются по мощности выброса (мощные, крупные, мелкие), высоте выброса (низкие, средней высоты и высокие), температуре выходящих газов (нагретые и холодные). К мощным источникам загрязнения относятся производства типа металлургических и химических заводов, заводов строительных материалов, тепловые электростанции и др. К мелким источникам загрязнения — небольшие котельные и предприятия местной и пищевой промышленности, трубы печного отопления и т. п. Большое количество мелких источников может значительно загрязнять воздух. Под низкими источниками понимают такие, в которых выброс осуществляется ниже 50 м, под высокими — выброс выше 50 м. Нагретыми условно называют источники, у которых температура выбрасываемой газовоздушной смеси выше 50°С; при более низкой темпе­ратуре выбросы считаются холодными.

В выбросах предприятий различных отраслей промышленности и транспорта содержится большое число различных вредных примесей. Почти из всех источников в атмосферу поступают диоксид серы (8О2), пыль, оксид углерода (СО), оксиды азота (N0, Ж)2). Много вредных веществ образуется при сжигании топлива. Только тепловые электростанции являются источником почти половины (45%) общего количества сернистых соединений, поступающих в воздушный бассейн. При сжигании топлива в атмосферу выбрасываются также в большом количестве оксид углерода, оксиды азота и несгоревшие твердые вещества в виде золы и сажи. В меньших количествах при сжигании как твердого, так и жидкого топлива могут выбрасываться хлористый натрий и магний, оксиды железа, ванадий, оксиды никеля и кальция, ртуть и ряд других веществ. При сжигании газообразного топлива в основном выбрасываются оксиды азота. При нарушении режима горения, т. е. при сжигании газа в условиях недостаточного количества воздуха или при охлаждении пламени горелки, в атмосферу выбрасываются углеводороды. При этом могут выделяться и ароматические углеводороды, часть которых относится к канцерогенным веществам.

Значительное количество топлива сжигается автомобильным, железнодорожным, морским, речным и авиационным транспортом. Основными вредными примесями, содержащимися в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания, являются: оксид углерода, оксиды азота, углеводороды (в том числе канцерогенные), альдегиды и другие вещества. При работе двигателей, использующих бензин, выбрасываются также свинец, хлор, бром, иногда фосфор, при работе дизельных двигателей — значительное количество сажи. Авиационные двигатели выбрасывают в атмосферу оксид углерода, оксиды азота, альдегиды, углеводороды, оксиды серы и сажу.

Большой вклад в загрязнение атмосферы вносят предприятия черной металлургии. Выбросы предприятий этой отрасли составляют 10—15% общих выбросов промышленности в целом по стране. В выбросах предприятий черной металлургий содержатся пыль, диоксид серы, оксид углерода, оксиды, азота, сероводород, фенол, сероуглерод, бенз(а)пирен и др. Наибольшее количество диоксида серы содержится в выбросах агломерационных фабрик, энергетических установок и предприятий по производству чугуна..

При производстве цветных металлов в атмосферу выбрасываются диоксид серы, оксид углерода и пыль, оксиды различных металлов (особенно, свинец, медь, никель). Производство алюминия электролизным методом сопровождается выбросами в атмосферу фтористых соединений и оксида углерода.

От предприятий химической промышленности в атмосферу поступают
разнообразные вредные вещества, главным образом в виде газов. При
производстве серной кислоты с отходящими газами выбрасываются в
атмосферу сернистые соединения, оксиды азота, соединения мышьяка и
токсичная пыль. При производстве азотной кислоты — оксиды азота, аммиак
и оксид углерода, при производстве хлора — хлор и соляная кислота, при
производстве суперфосфата — фтористоводородная и
кремнийфтористоводородная кислота, при производстве целлюлозы и бумаги
— диоксид серы, дисульфид, сероводород, сероуглерод, хлор, формальдегид
и меркаптаны, при производстве искусственного волокна — сероводород и
сероуглерод.

Большое количество вредных веществ выбрасывается в атмосферу предприятиями нефтяной промышленности, в том числе оксиды серы и азота, оксид углерода, углеводороды, сероводород, меркаптаны и несгоревшие твердые частицы, содержащие бенз(а)пирен. Производство цемента связано с выбросами из печей обжига пыли и диоксида серы. Предприятия по производству белковых концентратов выбрасывают в атмосферу пыль белково-витаминных концентратов, фурфурол. Далеко не полный перечень поступающих в атмосферу вредных веществ, который установлен на основании ежегодной статистической отчетности предприятий, включает свыше 300 различных наименований. Органами Минздрава СССР для воздуха населенных мест разработаны и утверждены

предельно допустимые концентрации (ПДК) 411 веществ, оказывающих отрицательное воздействие на здоровье человека. Концентрация примеси существенно зависит от периода времени, за который она определяется. Поэтому установлены раздельные ПДК для разовых и суточных концентраций примеси. Перечень этих веществ дан в приложении 1.1.

В последние годы в СССР широко развернуты работы по установлению
норм предельно допустимых выбросов (ПДВ) для каждого предприятия и
каждого источника выбросов. Для отдельного источника выбросов ПДВ —
это выброс, при котором в районе расположения данного источника с учетом
влияния соседних источников концентрации примесей в атмосфере не
превысят ПДК. На основе экспериментальных и теоретических исследований
разработаны нормативные документы по расчету рассеивания примесей и
установлению предельно допустимых выбросов вредных веществ, в том
числе Временная методика нормирования и Методика расчета
концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в
выбросах предприятий (ОНД-86). Эти документы носят универсальный
характер и применимы для всех видов источников. Нормирование выбросов
загрязняющих веществ осуществляется на основе расчетов полей мак­
симальных концентраций вредных веществ на территории города. Если
согласно расчету максимальная концентрация примеси см в атмосфере
превышает ПДК, то должны применяться технологические и
организационные мероприятия для снижения выбросов до допустимого
уровня.

При постоянных параметрах выбросов уровень загрязнения атмосферы существенно зависит от климатических условий: направления, условий переноса и распространения примесей в атмосфере, интенсивности солнечной радиации, определяющей фотохимические превращения примесей и возникновение вторичных продуктов загрязнения воздуха, количества и продолжительности атмосферных осадков, приводящих к вымыванию примесей из атмосферы. Поэтому снижение загрязнения атмосферы должно осуществляться технологическими средствами с учетом характерных особенностей климатических условий в рассматриваемом районе.

Влияние метеорологических условий проявляется по-разному при холодных и нагретых выбросах из высоких и низких труб. Концентрации примеси в приземном слое атмосферы под факелом дымовых и вентиляционных труб на разных расстояниях от источника выбросов распределяются следующим образом. Вблизи источника при отсутствии низких и особенно неорганизованных выбросов концентрация примеси мала. Она увеличивается и достигает максимума на некотором расстоянии от трубы. Максимум и характер изменения концентрации с расстоянием зависят от мощности выброса, высоты трубы, температуры и скорости выбра­сываемых газов, а также, от метеорологических условий. Чем выше источник выбросов, тем больше рассеивается примесь в атмосфере, прежде чем достигнет подстилающей поверхности. Наибольшего значения концентрация обычно достигает на расстоянии от 10 до 40 высот труб. На промышленной

площадке загрязнение приземного слоя воздуха может быть повышенным за счет неорганизованных выбросов

Рассеивающая способность атмосферы зависит от вертикального распределения температуры и скорости ветра. Если температура с высотой падает, то создаются условия интенсивного турбулентного обмена. Чаще всего неустойчивое состояние атмосферы наблюдается летом в дневное время. При таких условиях у земной поверхности отмечаются большие концентрации и возможны значительные колебания их со временем. Если в приземном слое воздуха температура с высотой растет (инверсия температуры), то рассеивание примесей ослабевает. В случае мощных и длительных приземных инверсий при низких, в частности, неорганизованных выбросах концентрации примесей могут существенно возрастать.

В случае приподнятых инверсий приземные концентрации зависят от высоты расположения источника загрязнения по отношению к их нижней границе. Если источник расположен выше слоя приподнятой инверсии, то примесь к земной поверхности поступает в небольших количествах. Если источник располагается ниже слоя приподнятой инверсии, то основная часть примеси концентрируется вблизи поверхности земли.

Скорость ветра способствует переносу и рассеиванию примесей, так как с усилением ветра возрастает интенсивность перемешивания воздушных слоев. При слабом ветре в районе высоких источников выброса концентрации у земли уменьшаются за счет увеличения подъема факела и уноса примеси вверх. Подъем примеси особенно значителен при нагретых выбросах. При сильном ветре начальный подъем примеси уменьшается, но происходит возрастание скорости переноса примеси на значительные расстояния. Максимальные концентрации примеси обычно наблюдаются при некоторой скорости, которая называется опасной. Опасная скорость ветра зависит от параметров выброса. Для мощных источников выброса с большим перегревом дымовых газов относительно окружающего воздуха, например для тепловых электростанций, она составляет 5-7 м/с. Для источников со сравнительно малым объемом выбросов и низкой температурой газов, например, для предприятий химической промышленности, она близка к 1 - 2 м/с [3].

Неустойчивость направления ветра способствует усилению рассеивания по горизонтали, и концентрации у земли уменьшаются.

Солнечная радиация обусловливает фотохимические реакции в атмосфере и формирование различных вторичных продуктов, обладающих часто более токсичными свойствами, чем вещества, поступающие от источников выбросов. Так, в процессе фотохимических реакций в атмосфере происходит окисление сернистого газа с образованием сульфатных аэрозолей. В результате фотохимического эффекта в ясные солнечные дни в загрязненном воздухе формируется фотохимический смог.

При туманах концентрация примесей может сильно увеличиться. С туманами связаны смоги, при которых в течение продолжительного времени удерживаются высокие концентрации вредных примесей.

Подробные сведения о климатических условиях распространения примесей в атмосфере и их влиянии на формирование уровня загрязнения воздушного бассейна можно найти в Справочном пособии [6], а также в других работах [2, 4].

На распространение примеси влияют также упорядоченные вертикальные движения, обусловленные неоднородностью подстилающей поверхности. В условиях пересеченной местности на наветренных склонах возникают восходящие, а на подветренных — нисходящие движения, над водоемами летом — нисходящие, а в прибрежных районах — восходящие движения. При нисходящих потоках приземные концентрации увеличиваются, при восходящих — уменьшаются. В некоторых формах рельефа, например в котловинах, воздух застаивается, что приводит к накоплению вредных веществ вблизи подстилающей поверхности, особенно от низких источников выбросов. В холмистой местности максимумы приземной концентрации примеси обычно больше, чем при отсутствии неровностей рельефа.

На рассеивание примесей в условиях города существенно влияют планировка улиц, их ширина, направление, высота зданий, зеленых массивов и водные объекты, образующие как бы разные формы наземных препятствий воздушному потоку и приводящие к возникновению особых метеорологических условий в городе.

Наблюдения показывают, что даже при постоянных объемах и составах промышленных и транспортных выбросов в результате влияния метеорологических условий уровни загрязнения воздуха могут различаться в несколько раз. Учет этого влияния важен при подготовке документов о качестве атмосферного воздуха, разработке воздухоохранных мероприятий, планировании размещения городов и промышленных объектов, прогнозирования уровня загрязнения [4].

В связи с этим при оценке эффективности выполнения мероприятий по охране атмосферы недостаточно иметь только сведения о сокращении выбросов. Требуется надежная информация за длительный период о содержании примесей в атмосфере и климатических условиях распространения примесей в атмосфере.

  1   2   3   4   5


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации