Методы контроля содержания вредных веществ

 

Вещество	Метод измерения
Аммиак	Фотометрический
	Титрометрический
Ацетон	Газохромотографический
	Фотометрический
Бензин	Газохромотографический
Диоксид серы	И одометрический
	Титрометрический
	Фотометрический
Железо	Комплексонометрический
	Атомно-абсорбционный
Кальций	Тоже
Медь	Фотометрический
	Атомно-абсорбционный
Оксиды азота	Фотокалориметрический
	Фотометрический
Оксид углерода	Газохроматографический
Пыль	Весовой
Сернистый	Нефелометрический
ангидрид
Сероводород	Фотометрический
Фенол	Газохроматографический
	Фотометрический
Цинк	Атомно-абсорбционный

 

Методы контроля качества атмосферного воздуха подробно изло­жены в «Руководство по контролю источников загрязнения атмосферы».

В настоящее время руководящим документом по определению рассеивания вредных веществ в атмосфере является «Ме­тодика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных ве­ществ, содержащихся в выбросах предприятий».

Методи­ка устанавливает требования к расчету концентраций вредных ве­ществ в атмосферном воздухе при размещении и проектировании предприятий, а также при нормировании выбросов в атмосферу. Она предназначена для расчета приземных концентраций в 2-мет­ровом слое над поверхностью земли, а также вертикального распре­деления концентраций.

Степень опасности загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха определяется по наибольшей рассчитанной приземной кон­центрации вредных веществ, которая устанавливается на некотором расстоянии от места выброса при наиболее неблагоприятных метео­условиях, когда скорость ветра достигает опасного значения.

Работники специализированных (санитарно-профилактических) лабораторий производственных объединений или предприятий об­следуют существующие источники загрязнения не реже одного раза в год, а горящие породные отвалы — в осенний период.

Для разработки эффективных мероприятий в системе управления чистотой атмосферного воздуха используемые средства измерений концентрации приоритетных загрязнителей, рассеянных в атмосфе­ре, должны отвечать следующим требованиям:

• определение концентрации вредных веществ должно произво­диться автоматически, непрерывно, круглосуточно;

• диапазон газоанализатора должен перекрывать пределы концен­траций газа, рассеянного в атмосферном воздухе;

• порог чувствительности СИ должен обеспечивать определение концентраций вредных веществ на уровне ПДК;

• анализаторы газов должны быть рентабельны в эксплуатации и обеспечены доступными средствами для периодической провер­ки и корректировки;

• желательно использовать методы анализа каждого газа-загрязни­теля, общепринятые в мировой практике.

Данные требования реализуются путем применения автоматиче­ских газоанализаторов как самостоятельно, так и в составе станций (передвижных и стационарных). В настоящее время у нас в практику контроля внедряется второе поколение газоанализаторов.

По функциональному назначению следует выделить газоанализа­торы для контроля атмосферы и выбросов.

Как средства контроля атмосферы газоанализаторы в основном определяют содержание оксидов серы, азота, углерода, углеводоро­дов, озона. В основу работы первых газоанализаторов оксида серы были положены кулонометрический, полярографический, электро­химический методы анализа, в последующем их заменили приборы, реализующие фотометрический метод.

Эмиссионная пламенная фотометрия основана на измерении излучения анализируемых атомов или молекул, которые вводятся в состав пламени или окислителя и возбуждаются в зоне горения тер­мически или путем химических реакций. Недостатком этого метода является то, что, во-первых, измеряется концентрация всех серосо­держащих соединений, находящихся в атмосферном воздухе, а во-вторых, люминесценция требует использования сверхчистого водоро­да, что усложняет эксплуатацию. Положительным отличием являет­ся высокий порог чувствительности (до десятых долей миллиарда в минус первой степени).

В последнее время в основном применяются приборы, работа ко­торых основана на флуорисцентном методе анализа, независимости спектра флуорисценции от длины волны возбуждающего излучения.

Типичный отечественный газоанализатор 667ФФ-03, использую­щий этот метод, имеет диапазон измерения SO от 0 до 5 мг/м, погреш­ность соответственно 20 и 15, потребляемую мощность 400 и 250 Вт. Он предназначен для работы, как в стационарных, так и в передвиж­ных лабораториях, может быть использован автономно.

В газоанализаторах оксидов азота, например типа 645ХЛ-01, ши­роко применяют хемолюминисцентный метод. Хемолюминисценция возникает при взаимодействии в определенных условиях окси­да азота с озоном (или атомарным кислородом). Необходимым ус­ловием для контроля всех оксидов азота является восстановление NO b NO₂.

Газоанализатор 645Х-03 позволяет определить концентрацию и N0 и NO2 в диапазоне от 0 до 10 мг/м. Этот прибор уступает лучшим зарубежным аналогам лишь в массе и размерах.

В основе работы газоанализаторов контроля оксида углерода ГИАМ-1, ГИАМ-10-СО лежит оптико-акустический метод — погло­щение СО в инфракрасной области спектра. Диапазон измерений до160 мг/м. Более совершенным является инфракрасный анализатор ГТР-1.

Содержание в атмосферном воздухе озона контролируется уже устаревшим автоматическим газоанализатором 652ХЛ-01, использу­ющим для своей работы хемолюминисцентный метод. Современные зарубежные газоанализаторы для определения концентрации озона основаны на спектроабсорбентном методе, заключающемся в погло­щении волн определенной длины.

Для анализа углеводородов используется пламенно-ионизацион­ный метод, реализованный в газоанализаторах 623ИН-02,623КПИ-03 с диапазоном измерений от 0 до 50 мг/м, погрешностью 15. Анализа­тор 623КПИ-03 по своим показателям находится на уровне зарубеж­ных аналогов.

Как средство контроля выбросов газоанализаторы определяют загрязняющие вещества в отработанных газах транспортных средств и в источниках промышленных выбросов. Для контроля отработан­ных газов автотранспорта в процессе эксплуатации разработаны оте­чественные газоанализаторы ГАИ-1 и ГАИ-2.

Оптико-акустический газоанализатор оксида углерода ГАИ-1, обеспечивающий диапазон измерений СО от 0 до 10 % (объемных %), погрешность 5 %, относится к наиболее распространенным.

Для анализа углеводородов используется газоанализаторы ГЛ1121, ГЛ1122, а для анализа концентрации оксида углерода — газоанали­затор 121ФА-1 оптико-абсорбционного действия. Газоанализаторы ГИАМ-21 предназначены для определения концентрации оксида уг­лерода и углеводородов в долях гексана в выхлопных газах автомо­билей.

Упрощенным способом контроля является измерение содержания оксида углерода с помощью химического газоанализатора ГХ СО-А, состоящего из индикаторной трубки СО-5, сильфонного (мехового) аспиратора AM-5 и пробоотборника.

Большое распространение имеет метод ручного отбора проб в стандартные пробозаборники с последующим анализом в лаборатор­ных условиях хроматографическими и фотометрическими методами.

Хроматографические методы анализа заключаются в разделении исходной смеси на составляющие компоненты на активных центрах абсорбента или растворении в закрепленной фазе и последующем де­тектировании составляющих на выходе с помощью соответствующих детекторов (ионизация пламени, теплопроводности и др.). Типовыми отечественными приборами являются «Цвет-500», ХПМ-2, ЛХМ-8.

Наиболее универсален метод хромато-масс-спектрометрии, при котором разделение компонентов производится хроматографическим методом, а детектирование — с помощью масс-спектрометрии, т.е. ионизации молекул анализируемого вещества и идентификации ком­понентов по отклонению их ионов в магнитном поле. Данный способ реализован в хромато-масс-спектрометре MX-132.

Фотометрический метод основан на определении степени погло­щения световой энергии в характерном участке спектра. Этот прин­цип используется в фотоэлектроколориметрах (ФЭК-256М, ФЭК-50) и спектрофотометрах (СФ-26, СФ-39).

В последнее время широкое распространение получает метод динамического разбавления, который основан на разбавлении про­бы из газохода чистым воздухом или азотом в заданном соотноше­нии, что позволяет использовать газоанализаторы микроконцентра­ций (атмосферные газоанализаторы) и необогреваемые газовые ма­гистрали.

Содержание сернистого газа и сероводорода в атмосфере опреде­ляют кулонометрическим газоанализатором «Атмосфера-1». Для ана­лиза атмосферного воздуха на двуоксид серы и оксид углерода с по­мощью автоматических газоанализаторов, автоматического отбора проб воздуха для последующего химического анализа одновременно на четыре газовых ингредиента применяют станцию «Воздух-1» (ин­формация отдатчиков регистрируется на перфоленте, производи­тельность 40 тыс. проб в год, масса 5000 кг, размещение в стационар­ном павильоне).

Для контроля количества вредных выбросов промышленных предприятий в атмосферу создана стационарная станция контроля промышленных выбросов СКПВ-1, которая производит непрерыв­ный отбор проб с выхода, автоматическое измерение концентрации шести вредных примесей (NO, NO₂, CO, SO₂, NH₃, CH), измерение двух параметров газового потока (давления и температуры) и вывод информации.

Перечисленные локальные методы контроля дополняют дистан­ционные методы, которые позволяют получать информацию о глобаль­ном трехмерном компонентном составе атмосферы. Эти методы бази­руются на измерении и интерпретации характеристик электромагнит­ных полей на различных расстояниях от исследуемого объекта.

Из них наиболее употребительны методы абсорбционной спект­рометрии, в частности определение микрокомпонентов тропосферы и стратосферы по данным аэростатных измерений инфракрасной солнечной радиации. Возможности данного способа существенно расширяет применение лазеров.

На основе использования лазеров с повышенной выходной энер­гией разработана стационарная лидарная система для контроля выбросов аэрозоля, NO2, SO2 на территории ра­диусом 7... 15 км. Передвижные лидарные установки имеют дальность действия до 1 км при десяти определяемых компонентах.

 

Лекция № 5, (2 часа).

-- Охрана воздушного бассейна на горных предприятиях.

Атмосфера играет важную роль во всех природных процессах, она не только определяет климат данной местности и планеты, но и защищает её от вредных космических излучений. Современная атмосфера сформировалась 50 млн. лет назад. Состав атмосферы: - 78,08%=азот, 20,9%=кислород, 0,93%=аргон, 0,03%=углекислый газ, 0,06%=неон, гелий, метан, ксенон, радон и др. Далее в ней содержится водяной пар и другие загрязняющие в-ва.

Масса газовой оболочки = 51610 тн.

Рост СО2 с 0,029% до 0,032% за 100 лет, темпы прироста населения = рост в 2 раза каждые 32 года + рост промышленности.

Северное полушарие – 70% добычи и 90% потребления энергоресурсов. Выбросы в атмосферу - 150 млн. тн. диоксид серы (70 кг на 1 кв. км), а в некоторых районах – (100 кг на 1 кв. км) – превышение норм в 1400 раз.

Загрязнения – локальные (города), региональные, глобальные. Скорость распространения возд. масс от от нескольких сотен до 1000 км в сутки, на эти расстояния – в-ва срок жизни более 0,5 суток.

По времени жизни – 2 группы – со временем жизни около года и более и с временем жизни 10 суток и менее.

-- Загрязнение атмосферы.

Естественное загрязнение – природная пыль, играющая роль ядер конденсации водяных паров и искусственное(антропогенное) – 90% вредные газы и 10% аэрозоли. США – 60% загрязнения воздуха – авто, Москва – до 90% - авто. Выбросы - 1 тн. бензина – 400 кг, а дизтопливо – 120 кг(сажа, собирает и конц. токсичные и канцерогенные в-ва).

Сжигание угля, нефтепр. и газа загрязнение газом и пылью (топливо не сгорает полностью).

Оксид серы(сернистый газ)- сжигание на ГРЭС, ТЭЦ – содержание в воздухе от 0,001 до нескольких мг/м3.

Оксид углерода (СО) – ГРЭС, ТЭЦ, осн.- авто, от десятков долей до десятков ед.

Углеводороды – предельные, неразветвлённого – ряд метана, разветвлённого строения – изобутан, изопентан, непредельные – типа этилена, ацетилена, ароматические – бензол, толуол, ксилол, а также хлорпроизводные спирты и др. соединения. Все углеводороды при определённых условиях образуют канцерогенные в-ва, под воздействием Солнца(ультрафиолетовое излучение) углеводороды учавствуют в образовании фотохимического смога. Сумма углеводородов в воздухе составляет от ед. до десятков мг./м3.

Оксиды азота (NО) – дымовые газы + металлургия + заводы азотных минудобрений + авто, Содержание от 0,001 до 0,1 мг на м3.

Озон – приземный слой атмосферы – источники, все искрящиеся и генерирующие жёсткое излучение установки(сварка, системы зажигания ДВС, рентген, искрение на трамваях, троллейбусах, электропоездах и т.п.). Очень токсичен(синильная кислота) и + мутагенность и радиация.

Сероводород – добыча нефти и газа, серные минеральные источники, газоперерабатывающие заводы, заводы синт.волокна, целлюлозно-бумажные комбинаты и др.

В ыбросы серы - 113 млн. тн./год, азота – 40-90 млн. тн./год.

Фтор, мышьяк – алюминевые заводы – смерть животных, пчёл и т.д.

Погибают растения, сельхозугодья, леса, сады и парки.

Потери от загрязнения атмосферы – Франция – 4% национального дохода, США – 3 %, Япония – до 8%.

+ Потеря огромного количества сырья – выброс в воздух, 100% очистка от сернистого ангидрида = доп.количеству, которое перекроет все потребности в сере.

Пыль – нерастворимые пыли – лёгочные заболевания – пневмокониоз. Органические пыли – аллергические заболевания. В г. Новокузнецке – средняя концентрация – 0,5 мг/м3 бывает и до 10 мг/м3.

Мероприятия по снижению загрязнения атмосферы

 

При разработке мероприятий по охране атмосферы на всех про­мышленных предприятиях устанавливают или определяют:

• источники загрязнения атмосферы, состав и количество промыш­ленных выбросов, уровни загрязнения приземного слоя воздуха в зонах рассеивания выбросов;

• ПДВ вредных веществ в атмосферу каждым источником и пред­приятием в целом;

• основные технические решения по сокращению промышленных выбросов отдельными источниками и полный перечень меропри­ятий по охране атмосферы, осуществление которых обеспечит ПДВ для каждого источника и санитарные нормы загрязнения приземного слоя в расположении предприятия;

• план-график мероприятий по охране атмосферы;

• требуемое количество пылеулавливающего и газоочистного обо­рудования, капитальные вложения и текущие затраты на реали­зацию мероприятий по охране атмосферы для каждого источни­ка и предприятия в целом.

При охране воздушного бассейна выделяют мероприятия общего характера, способствующие улучшению состояния воздушного бассей­на в районе горного предприятия, и специальные, непосредственно направленные на предотвращение загрязнения атмосферного воздуха.

В первую группу включены мероприятия:

• территориально-планировочные, предусматривающие размеще­ние объектов горного производства — источников пылегазовыделений с учетом природно-климатических условий местности, прежде всего розы ветров, а также планомерность восстановления земель;

• по уменьшению площадей эродируемых техногенных поверхнос­тей посредством оптимизации параметров техногенных образований: открытых горных выработок, отвалов и терриконов, хвостохранилищ, складов минерального сырья и пр.;

• по предотвращающей ветровую эрозию рециркуляции нарушен­ных земель для использования их в народном хозяйстве;

• по утилизации отходов горного производства, комплексному ис­пользованию минеральных ресурсов, способствующих уменьше­нию, как площадей эродируемых поверхностей, так и объемов пылегазовыделений.

Ко второй группе отнесены мероприятия:

• по улучшению качества воздуха непосредственно в зоне горных работ путем предотвращения или снижения пылегазовыделений различными объектами в технологической цепи производства;

• по улавливанию, отводу и очистке пылегазовых выделений и выб­росов;

• межотраслевого характера, например, по улучшению газового ба­ланса отработанных взрывчатых веществ и т.д. Систематизация мероприятий по охране атмосферного воздуха в зависимости от источников и видов загрязнения, приведена в табл. 1. 4.

Таблица 1.4