Главные виды и источники загрязнения атмосферы

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Нормирование загрязнений атмосферы

Для каждого вещества, загрязняющего воздух установлены два норматива: максимально-разовая и среднесуточная предельно допус­тимые концентрации(ПДК).

Максимально разовая ПДК устанавливается для предупреждения рефлекторных реакций у человека (ощущение запаха, изменение биоэ­лектрической активности головного мозга, световой чувствительнос­ти глаз) при кратковременном воздействии (до 20 минут)атмосферных загрязнений.

Среднесуточная ПДК устанавливается с целью предуп­реждения прямого или косвенного токсического (канцерогенного, му­тагенного) влияния загрязнителей. Если в воздухе присутствуют ве­щества однонаправленного действия, то допустимая концентрация каждого из них определяется из соотношения

S ( C_i / ПДК_i) £ 1, (2)

где C_i и ПДК_i - соответственно концентрацияи ПДК i-го вещества.

По степени воздействия на организм человека все вредные ве­щества делятся на 4 класса опасности: 1 - чрезвычайно опасные; 2 - высокоопасные; 3 - умеренно опасные; 4 - малоопасные. Класс опасности устанавливается в зависимости от средней концентрации СL50 вещества в воздухе, приводящей к смертельному исходу с веро­ятностью 0,5. В табл.1 приведена классификация загрязняющих ве­ществ по степени опасности. Значения ПДК для некоторых загрязнителей атмосферы приведены в табл.2.

Таблица 1.

Классификация вредных веществ

	Класс опасности вещества
СL50, мг/м3	менее 500	500 - 5000	5001 – 50000	более 50000

1,47

m = ----------при f ³ 100 .

3 f

Рис.1. График для определения безразмерного коэффициента m.

Безразмерный коэффициент n определяют в зависимости от параметра v_м, вычисляемо­го по формулам:

- для нагретых выбросов

V×DT

v_м= 0,65 ( --------- )^1/3 ,(6)

Н

-для холодных выбросов (DT = 0 )

w×D

v_м=1,3 ----- ,(7)

H

находят по графику, приведенному на рис.2

Рис.2. График для определения безразмерного коэффициента n.

или вычисляют по формулам:

n =1 при v_м ³ 2 ;

n = 0,532 v_м² – 2,13 v_м + 3,13 при 0,5 £ v_м < 2 ;

n = 4,4 v_м при v_м < 0,5 .

При f ³ 100 или DT » 0 коэффициент n вычисляется по формуле :

1,47

n = ----------при f ³ 100 .

3 f

При v_м < 0,5 расчет максимальной приземной концентрации C_m вместо формулы (4) проводится по формуле:

A×M×F×m^¢

C_m = -------------- ,

H^7/3

где m^¢ = 0,9 .

Максимальная приземная концентрация вредных веществ отмеча­ется на оси факела выброса (по направлению ветра) на расстоянии x_м от источника выброса, который в зависимости от значения без­размерного коэффициента F определяется по формулам

x_м = d×H при F < 2, (8)

x_м = 1,25×F×d×H при F ³ 2, (9)

где d - безразмерный коэффициент при f £ 100, определяемый по графику, приведен­ному на рис.3.

Рис.3. График для определения значений коэффициента d.

При f > 100 или DT » 0 значения d находятся по формулам:

d = 5,7 при v_м £ 0,5 ;

d = 11,4v_м при 0,5 <v_м £2 ;

d = 16 v_м при v_м > 2 .

Значение C_m не должно превышать установленное значение ПДК. Если происходит одновременное загрязнение атмосферы несколькими веществами, то в любой точке территории жилой застройки должно выполняться условие (2). Так как в общем случае максимальные концентрации разных веществ наблюдаются в разных точках, то для проверки выполнения этого условия необходимо знать не только C_mi , но и распределение концентраций по территории. При опасной скорости ветра, направленного от источника к жилой заст­ройке, приземная концентрация вредного вещества в любой точке по оси выброса определяется формулой

C = SC_m, (10)

где S - безразмерный коэффициент, зависящий от соотношения x/x_m.

График зависимости S от соотношения x/x_m приведен на рис.4.

Регламентация выбросов в атмосферу осуществляется на основе установления так называемых предельно допустимых выбросов (ПДВ). Согласно ГОСТ 17.2.1.04-77 ПДВ вредных веществ в атмосферу - это норматив, предусматривающий, что концентрация веществ в приземном слое воздуха от источника или их совокупности не превышает норма­тивную концентрацию этих веществ. Размерность ПДВ - г/с.

В соответствии с "Указаниями по расчету рассеяния в атмосфере вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. СН 369-74" расчет ПДВ проводится по формулам:

- для нагретых выбросов

ПДК×H²× (V×DT)^1/3

ПДВ = ---------------------- ^, (11)

A×F×m×n

- для холодных выбросов

8×ПДК×H× (H×V)^1/3

ПДВ = ------------------------ . (12)

A×F× n×D

Рис.4. Значения безразмерного коэффициента S по оси выброса

Если количество загрязняющего вещества M, выбрасываемого че­рез устье трубы в единицу времени, превышает ПДВ, то должно быть использовано дополнительное оборудование для очистки выбросов, эффективность которого должна быть не меньше

M - ПДВ

h = ---------- . (13)

M

Газоанализаторы

В арсенале аналитических средств контроля концентрации газо- и парообразных загрязнителей значительное место занимают экс­прессные методы. Среди экспрессных методов наиболее распростра­ненными являются колориметрические. В основе каждого из них лежит цветная реакция, фотоколориметрический и линейно-колорис­тический методы.

Принцип действия газоанализаторов, реализующих фотоколори­метрический метод, основан на образовании специфически окрашенных продуктов некоторых химических реакций, протекающих в растворах или на реактивной бумаге, поверхность которой с одной стороны омывается смесью газов, содержащей контролируемое вещество. Ин­тенсивность окраски пятна служит мерой концентрации контролируе­мого вещества.

К достоинствам фотоколориметрических газоанализаторов следу­ет отнести высокую чувствительность и хорошую избирательность.

Широкую известность приобрели универсальный ленточный газоа­нализатор ФЛ5501М, который дает возможность определять в воздухе диоксид серы, диоксид азота, аммиак, хлор, озон, газоанализатор сероводорода ФКГ-2, газоанализаторы типа ФГЦ - для сероводорода, аммиака, фосгена.

Основные характеристики газоанализатора ФЛ5501М приведены в таблице 4.[7].

Таблица 4.

Основные характеристики газоанализатора ФЛ5501М.

Анализируемый газ	Диапазон измерения, мг/м3	Минимальная измеряемая концентрация, мг/м3
Диоксид азота Диоксид серы Аммиак Озон Сероводород Хлор	0 – 5 0 – 20 0 – 1 0 – 10 0 – 0,5 0 – 1 0 – 10 0 – 5	0,5 2,0 1,0 0,05 0,1   0,5

В приборе применена двух фотоэлементная схема с электрической компенсацией. Схема газоанализатора представлена на рис.7.

Рис.7. Схема газоанализатора ФЛ5501М.

Воздух, засасываемый воздуходувкой 9, в зависимости от поло­жения газового крана 1 проходит через фильтр 2 или через ротаметр 3 в реакционную камеру 4. Фильтр 2 предназначен для поглощения анализируемого вещества и применяется при настройке газоанализа­тора и проверке нулевого показания прибора. Смоченный участок ин­дикаторной ленты 5 при помощи лентопротяжного механизма перемеща­ется в герметичном разъеме камеры, где через ленту просасывается анализируемый воздух. Для стабилизации скорости просасывания воз­духа за реакционной камерой установки дроссель 6. Фильтр 7 пред­назначен для защиты воздуходувки 9 от агрессивных паров и газов, выделяемых реактивным раствором. С помощью запорно-регулирующего вентиля 8 устанавливают скорость прохождения воздуха через прибор (0.15-1 л/мин.) и контролирует ее ротаметром 3. Перед анализом ленту смачивают реактивным раствором. Дозатор обеспечивает перио­дическое нанесение на ленту раствора, что дает возможность прибо­ру непрерывно работать 7-10 суток. В зависимости от скорости про­текания реакции время взаимодействия воздуха с индикаторной лен­той установлено равным 2,5; 5 или 10 мин. Таким образом, прибор работает циклично, показания выдаются соответственно один раз за 2,5; 5 или 10 мин.

В процессе взаимодействия анализируемого вещества с реактив­ным раствором образуется окрашенное пятно. Интенсивность окраски пятна пропорциональна концентрации анализируемого вещества. По окончании цикла лента с окрашенным пятном перемещается перед ра­бочим фотоэлементом. Измерения осуществляют путем сопоставления светового потока, отраженного от пятна на ленте, с эталонным све­товым потоком. При неравенстве световых потоков на повторитель сигнала поступают неравные сигналы от фотоэлементов. При помощи компенсационного двигателя схема приводится в равновесия.

Основная погрешность измерения не превышает +10%. Время неп­рерывной работы прибора без перезарядки от 75 до 300 часов.

Линейно-колористический метод основан на получении окрашен­ного слоя индикаторного порошка. Длина окрашенного слоя пропорци­ональна концентрации контролируемого вещества в воздухе, протяги­ваемом через индикаторную трубку. Особенность метода состоит в том, что реакция между контролируемым веществом и реактивом, ,нане­сенным на зерна носителя, протекает в динамических условиях. По­этому реактивами могут служить только такие соединения, которые при быстрой реакции с контролируемым веществом дают ярко окрашен­ные продукты.

На линейно-колористическом методе основан универсальный га­зоанализатор УГ-2, который определяет содержание в воздухе диок­сида азота, сероводорода, хлора, аммиака, диоксида серы, диоксида углерода, оксида углерода, паров бензина и тд. Основные характе­ристики УГ-2 приведены в табл.5.

В комплект УГ-2 входит воздухозаборное устройство с набором индикаторных трубок. Принцип действия газоанализатора основан на протягивании через индикаторную трубку строго определенных объ­емов исследуемого воздуха. Воздухозаборное устройство за счет разрежения, возникающего при растяжении резинового сильфона, про­тягивает воздух через индикаторную трубку.

Таблица.5.

Анализируемый газ	Диапазон измерения концентрации, мг/м3	Объем пробы воздуха, мл	Время отбора пробы, мин
Диоксид азота	0 - 50 0 - 50
Сероводород	0 – 30 0 - 300
Диоксид серы	0 - 30 0 - 200
Углерода диоксид	0 - 15000
Углерода оксид	15 - 120
Аммиак	0 - 1400
Хлор	0 - 15 0 - 80
Бензин(пары)	0 – 1000 0 – 5000

Газоанализатор прост в работе, легок и имеет небольшие раз­меры. Продолжительность одного замера составляет не более 8 мин.

К недостаткам газоанализаторов, основанных на фотоколоримет­рическом и линейно-колористическом методах анализа, следует от­нести инерционность измерений и зависимость чувствительности от объема анализируемой пробы.

Широкое распространение получили газоанализаторы, основанные на поглощении газами инфракрасного излучения (ИК-излучения) в ха­рактерных для них участках спектра, в которых используется селек­тивный оптико-акустический приемник. Такой приемник, наполненный каким-либо газом, является избирательным, так как процесс погло­щения лучистой энергии и связанные с ним колебания давления и температуры происходят только при определенных длинах волн, соот­ветствующих спектру поглощения газа, которым заполнен приемник.

К достоинствам оптико-акустических газоанализаторов следует отнести непрерывность процесса измерения и быстродействие. К не­достаткам - невысокую чувствительность и перекрывание в ИК-спект­ре полос поглощения различных веществ, содержащихся в воздухе. Повышение чувствительности газоанализаторов возможно за счет уве­личения длины оптического пути потока ИК-излучения, проходящего через исследуемую пробу воздуха.

На этом принципе действия построен автоматический опти­ко-акустический газоанализатор ГМК-3, который предназначен для определения в воздухе концентрации оксида углерода [8].

Газоанализатор имеет три шкалы измерений: 0 - 40, 0 - 80, 0 - 400 мг/м³. Прибор обладает высокой избирательностью, так как из обычно содержащихся в воздухе веществ только пары воды оказы­вают существенное влияние на определение содержания оксида угле­рода в анализируемом воздухе. Для удаления влаги используется блок предварительной подготовки газа.

Принципиальная схема газоанализатора приведена на рис.8.

Рис.8. Схема ГМК-3

Источником 1 ИК-излучения служат две нихромовые спирали, нагреваемые электричес­ким током. По ходу одного из лучей распола­гается сравнительная кювета 2, заполненная инертным по отношению к ИК-излучению га­зом-азотом, по ходу другого - кювета 3 с анализируемой газовой смесью. Приемник 4 разделен на две части конденсаторным микро­фоном 5. Между кюветами 2 и 3 и приемником 4 находится обтюратор 6, с помощью которого потоки излучения поочередно прерываются с частотой 6,25 Гц. Приемник 4 заполнен смесью оксида углерода с аргоном. Последнее обеспечивает избирательность анализа, так как в приемнике колебания температуры и давления га­за будут возникать только за счет поглощения ИК-излучения, соот­ветствующего спектру поглощения оксида углерода. Под влиянием ИК-излучения газ в приемнике нагревается и вследствие этого повы­шается давление. При изменении давления меняется емкость конден­саторного микрофона. Если оба потока ИК-излучения одинаковы, то пульсаций давления в приемнике не происходит, емкость микрофона не меняется и электрический сигнал с приемника отсутствует. Если проба воздуха содержит оксид углерода, она отбирает у проходящего через нее потока часть ИК-излучения. В результате газ в приемнике будет нагреваться от разных потоков неодинаково. В приемнике воз­никнут пульсации давления с частотой, равной частоте прерывания потоков с помощью обтюратора. Один из электродов конденсаторного микрофона начнет колебаться, емкость его будет меняться, и на вы­ходе приемника появится электрический сигнал, зависящий от кон­центрации оксида углерода в газовой смеси.

Для контроля за концентрацией диоксида серы предназначен ав­томатический газоанализатор 667ФФ [8]. В основу работы газоанали­затора положен флюоресцентный метод. Сущность метода состоит в регистрации флюоресцентного излучения молекул диоксида серы, воз­никающего под действием ультрафиолетового излучения (УФ-излуче­ния). Возбуждение молекул диоксида серы происходит в спектральной области 220 - 240 нм, выделяемой с помощью первичного светофиль­тра из спектра излучения импульсной ксеноновой лампы. В спект­ральной области 220 - 240 нм молекулы воды и оксидов азота не влияют на флюоресценцию. Процесс возбуждения описывается следую­щим образом

SO₂ + hv₁ ---® SO₂^*,

где h - постоянная Планка, v₁ - частота возбуждающего излучения.

Возбужденная молекула переходит в основное состояние после излучения кванта света

SO₂^*----® SO₂ + hv₂,

где v₂- частота излучения при флюоресценции в диапазоне длин волн 200 - 400 нм.

Интенсивность излучения пропорциональна концентрации диокси­да серы. Регистрация флюоресцентного излучения молекул диоксида серы производится с помощью фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) в спектральной области 260 - 370 нм, выделяемой вторичным свето­фильтром.

Вспомогательным, но необходимым узлом газоанализатора явля­ется осушитель газовой пробы. Влага, находящаяся в воздухе, вызы­вает частичное тушение флюоресценции, что приводит к снижению чувствительности прибора. Осушение газовой смеси происходит в диффузионном осушителе.

Основные технические характеристики газоанализатора 667ФФ01:

- диапазоны измерения массовой концентрации 0-0,5; 0-1,5;

0-5,0 мг/м³;

- время установления показаний газоанализатора не более 240 с;

- время прогревания газоанализатора не более 3 часов;

- значения допустимой основной приведенной погрешности на всех диапазонах не превышает + 20%.

Хемилюминесцентное определение диоксида азота в атмосферном воздухе, помимо более высокой чувствительности и экспрессности, превосходит другие методы и по специфичности анализа. Присутствие диоксида серы, сероводорода, оксида и диоксида углерода практи­чески не мешает определению.

Для инструментального контроля оксида азота NO, диоксида азота NO₂ и суммы оксидов азота NO_x предназначен автоматический хемилюминесцентный газоанализатор 645ХЛ всех модификаций [8].

В основу метода положена реакция озона с оксидом азота, в результате которой образуется диоксид азота в возбужденном состо­янии

NO + O₃ ---® NO₂^* + O₂

Озон, необходимый для протекания указанной реакции, получа­ется в генераторе озона газоанализатора из кислорода, очищенного от пыли и влаги атмосферного воздуха при высоковольтном разряде.

Из возбужденного диоксид азота переходит в основное состоя­ние с испусканием инфракрасного излучения, лежащего в области спектра 620 - 2500 нм с максимумом при 1200 нм,

NO₂^* ----® NO₂ + h v.

Приемником излучения служит фотоэлектронный умножитель. Ин­тенсивность излучения пропорциональна числу взаимодействующих мо­лекул, т.е. концентрации оксида азота.

Поскольку в сумме оксидов азота в атмосферном воздухе NO обычно преобладает над NO₂, в газоанализаторе предусмотрена воз­можность одновременного определения обоих оксидов путем конверсии NO₂ в NO и последующего окисления NO озоном.

Для определения концентрации диоксида азота в атмосферном воздухе предварительно восстанавливается диоксид азота до оксида азота в специальном конверторе газоанализатора. Конвертор предс­тавляет собой трубку из нержавеющей стали диаметром 6 - 8 мм и длиной 15 - 20 см, в которую помещают молибденовую или вольфрамо­вую спираль. Молибденовый катализатор позволяет проводить конвер­сию, начиная с 480-520^оС, вольфрамовый - с 520-550^оС. В этом ре­жиме работы конвертора измеряется излучение от суммарной концент­рации оксидов азота (NO + NO₂). Затем концентрация диоксида азота определяется по разности электрических сигналов

(NO + NO₂) - NO ---® NO₂.

Таким образом, газоанализатор 645ХЛ позволяет по трем кана­лам измерять концентрации оксида азота, диоксида азота и суммы оксида и диоксида азота.

Основные технические характеристики газоанализатора 645ХЛ01:

- диапазоны измерения массовой концентрации 0-0,25; 0-0,75; 0-2,5; 0-7,5 мг/м³;

- время прогрева и выхода на рабочий режим не более 3 часов;

- значение допустимой основной приведенной погрешности на всех диапазонах не превышает для оксида и для диоксида азота + 20%, а для суммы оксида и диоксида азота + 30%.

Для определения содержания токсичных органических веществ в атмосферном воздухе предназначены газоанализаторы, основанные на пламенно-ионизационном методе. Сущность метода заключается в ио­низации молекул органических веществ в пламени водорода и после­дующем измерении ионизационного тока.

Пламенно-ионизационный детектор (ПИД) представляет собой ио­низационную камеру, в которой установлены пламенная горелка, кол­лекторный электрод и зажигающая спираль. Внутри корпуса ионизаци­онной камеры может быть размещена также термопара в качестве ин­дикатора горения пламени. На корпус горелки (изолированный от корпуса ионизационной камеры) подается постоянное напряжение 100-300 В, создающее электрическое поле между корпусом горелки и коллекторным электродом. В горелку подается смесь водорода с ана­лизируемым газом, а в ионизационную камеру - воздух для поддержа­ния горения пламени.

Пламенно-ионизационный метод положен в основу работы пере­носного газоанализатора для суммарного определения органических веществ [7]. Схема прибора представлена на рис.9.

Рис.9. Схема пламенно-ионизационного газоанализатора

Анализируемый воздух поступает в газоанализатор через забор­ную трубку, смонтированную вместе с регистрирующим прибором 1 в небольшом отдельном блоке, снабженном держателем. С помощью насо­са 2, питаемого батареей аккумуляторов, воздух засасывается в прибор, проходит через регулирующий вентиль 3, манометр 4, капил­лярную спираль 5 и поступает в водородное пламя детектора 6.

Очищенный воздух и электролитический водород подаются к го­релке через газоподводящие трубки. После того как горелка начнет работать, стрелку измерительного прибора устанавливают на нуль, включают насос и исследуемый воздух поступает в водородное пламя. Ток ионизации проходит через усилитель 7 и регистрируется прибо­ром. Значение тока пропорционально количеству углерода, сгорающе­го в единицу времени. Водород подается из баллона 8, а воздух для поддержания горения пламени - из баллона 9.

Минимальная определяемая концентрация органических веществ составляет 0,006 мг/м³.

При определении углеводородов в атмосферном воздухе большое значение имеет измерение суммы углеводородов, вступающих в реак­цию с оксидами азота и образующих фотохимический смог. В послед­нее время разработан ряд газоанализаторов, позволяющих определять сумму углеводородов за вычетом метана. Такие газоанализаторы включают устройства для отделения метана от общей суммы углеводо­родов. К указанным газоанализаторам относится газоанализатор 623НН [8].

Прибор выполнен по двухканальной схеме. Поток анализируемого атмосферного воздуха делится на две равные части. На один ПИД, где регистрируется общая сумма углеводородов, анализируемый воз­дух поступает без изменений. Другая часть потока проходит через устройство разделения углеводородов, где происходит отделение ме­тана от остальных углеводородов. Второй ПИД регистрирует только метан. Значение концентрации суммы углеводородов за вычетом мета­на получается как разность электрических сигналов с обоих датчи­ков.

Относительная чувствительность ПИД к некоторым углеводородам следующая:

- метан (CH₄) 1;

- этилен (C₂H₄) 0,60-0,77;

- ацетилен (C₂H₂) 0,65-0,79;

- пропан (C₃H₈) 0,65-0,81;

- бензол (C₆H₆) 0,65-0,82.

Разброс значений чувствительности ПИД к различным углеводо­родам укладывается в погрешность газоанализатора.

К достоинствам газоанализаторов, основанных на пламенно-ио­низационном методе, следует отнести непрерывность процесса изме­рения, быстродействие и высокую чувствительность.

К недостаткам - отсутствие избирательности. Для раздельного определения органических веществ ПИД должен быть присоединен к хроматографу.

Пылемеры

Значительную часть промышленных выбросов, загрязняющих воз­душный бассейн, составляет пыль. Содержание пыли в атмосфере оп­ределяется как размерами выбросов промышленных предприятий, так и интенсивностью ее поступления от природных источников.

Методы измерения концентрации пыли делят на две группы: ме­тоды, основанные на предварительном осаждении, и методы без пред­варительного осаждения пыли. Основным показателем для гигиеничес­кой оценки состояния воздушной среды является масса взвешенной пыли с учетом ее дисперсности. Поэтому основным преимуществом ме­тодов первой группы является возможность измерения массовой кон­центрации пыли. К недостаткам следует отнести длительность отбора пробы, трудоемкость анализа. Преимущества методов второй группы - возможность непосредственных измерений в самой пылевоздушной сре­де, непрерывность измерений, высокая чувствительность. Существен­ный недостаток - влияние изменений свойств пыли, особенно дис­персного состава.

Для контроля пыли, свойства которой изменяются во времени в широких пределах, целесообразно использовать методы, основанные на предварительном осаждении пыли. Из них наиболее широко приме­няют радиоизотопный метод, на точность которого не влияет измене­ние химического состава пыли.

Радиоизотопный метод измерения концентрации пыли основан на использовании свойства радиоактивного излучения поглощаться час­тицами пыли. Воздух предварительно фильтруют и затем определяют массу осевшей пыли по ослаблению радиоактивного излучения при прохождении его через пылевой осадок.

Массу пыли на фильтре определяют, исходя из зависимости [9]

I = I_o×exp (- m_mm),

где I и I_o- интенсивность радиоактивного излучения после прохож­дения его через пылевой осадок на фильтре и через чистый фильтр; m_m - массовый коэффициент поглощения радиоактивного излучения; m - масса осевшей на фильтре пыли.

Массовый коэффициент поглощения m_m зависит от вида и энергии излучения. При определении концентрации пыли радиоизотопным мето­дом наиболее широко используют бета-излучение, так как оно обла­дает достаточной проникающей способностью и довольно хорошо под­чиняется экспоненциальному закону.

Радиоизотопный пылемер Прима-03 предназначен для определения концентрации пыли в атмосферном воздухе и в воздухе производс­твенных помещений. Схема этого пылемера показана на рис.10.

Толщина пылевого осадка определяется по поглощению бета-частиц. Запыленный воздух просасывается через фильтр с помощью воздуходувки 10. Пыль осаждается на фильтровальную ленту 2 типа НЭЛ-3, которая наматывается на кассеты 1 с помощью механизма перемотки ленты 6. Во время определения массы чистой ленты или пылевого осадка фильтровальная лента 2 помещается между источником бета-излучения 4 и детектором 9 с по­мощью механизма перемещения 5. При отборе пробы воздуха фильтровальная лента 2 устанавливается механизмом перемещения 5 над окном 3 газозаборного канала. Излучение, прошедшее через фильтр, регистрируется детектором 9. Выходной сигнал подается на блок обработки сигнала 8 и затем на индикатор 7.

Рис.10. Схема пылемера Прима-03

Основные технические характеристики Прима-03:

- интервал измеряемых концентраций 0,05-100 мг/м³;

- погрешность измерения ± 25 %;

- время отбора пробы 1- 45 мин;

- масса 5,5 кг.

К методам, основанным на предварительном осаждении пыли, от­носится и фотометрический метод. Этот метод измерения основан на определении оптической плотности пылевого осадка. Оптическую плотность пылевого осадка можно определять путем измерения погло­щения или рассеяния им света.

Определение оптической плотности пылевого осадка по поглоще­нию основано на определении интенсивности света I, прошедшего че­рез слой[9]

I = I_o×exp (- xCl),

где I_o- интенсивность начального светового потока; C-концентрация

пыли, накапливаемой на фильтре; x-показатель поглощения света,

приходящийся на единицу концентрации пыли; l - толщина слоя пыли.

Оптическая плотность D пылевого слоя равна

D = lg(I_o/I) = 0,434xCl.

Измерение интенсивности света, рассеянного осевшей на филь­тре пылью, положено в основу работы пылемера ФЭКП-3 [9]. Прибор состоит из поршневого насоса с пружинным приводом, фильтропротяж­ного механизма и фотометра. Фотометр состоит из миниатюрной лампы накаливания и двух фотоприемников, расположенных так, чтобы про­тив одного находился чистый фильтр, а против другого - фильтр с пылевым осадком. Фотоприемники, в качестве которых используются фоторезисторы, включены в мостовую измерительную цепь. В измери­тельную диагональ моста включен прибор, фиксирующий результаты измерения концентрации пыли.

Основные технические характеристики пылемера ФЭКП-3 следую­щие:

- интервал измеряемых концентраций от 0 до 4000 мг/м³;

- погрешность измерения + 24%;

- минимальная определяемая концентрация пыли 10 мг/м³;

- время отбора пробы 1 - 1,5 мин.

В пылемере ДПВ реализован метод, основанный на измерении ин­тенсивности света, прошедшего через осадок пыли. Оптическая схема ДПВ представлена на рис.11 [9].

Рис.11. Схема пылемера ДПВ.

Запыленный воздух с помощью аспиратора подается в классифи­катор 5, выполненный в виде пластинки с системой клапанов, в ко­торых происходит разделение пыли на две фракции (больше и меньше 5 мкм). Оба пылевоздушных потока, каждый из которых содержит оп­ределенную пылевую фракцию, проходят через разные окна классифи­катора, покрытые с одной стороны пленкой из прозрачного полиэти­лена, а с другой стороны - фильтром. Затем потоки проходят через фильтр, оставив на нем два пылевых пятна, и выбрасываются в ат­мосферу.

Оптическая плотность пылевых осадков определяется двухка­нальным фотометром. В измерительном канале свет от источника 3 проходит через заслонку 4, прозрачную полиэтиленовую пленку, классификатор 5, фильтр 6 и попадает на измерительный фотоприем­ник 7. В канале сравнения свет от того же источника через регули­ровочный винт 2 подается на фотоприемник сравнения 1. В качестве фотоприемников служат фоторезисторы, которые включены в мостовую измерительную цепь. Оптическую плотность пылевых осадков на филь­тре определяют поочередно.

Основные технические характеристики пылемера ДПВ:

- интервалы измеряемых концентраций: 0-30; 0-60; 0-300; 0-600; 0-3000 мг/м³;

- погрешность измерений +10%;

- продолжительность одного измерения 1-5 мин.

К оптическим методам измерения концентрации пыли без предва­рительного ее осаждения относится метод интегрального светорассе­яния. Он дает возможность определять массовую концентрацию частиц пыли по измерению суммарной интенсивности рассеянного света.

Интенсивность I_раз рассеянного света определяется выражением

I_раз = z7(r)ⁿ7N,

где z - коэффициент пропорциональности; r - радиус частиц;N -

счетная концентрация частиц.

Значение показателя n зависит от размера частиц. Для частиц радиусом r<0,1 мкм n=6, для частиц радиусом r>1 мкм n=2, а для частиц с радиусом от 0,1 до 1 мкм n=6_2.

При рассеянии света полидисперсной пылью, размеры частиц ко­торой изменяются в широком интервале, происходит усреднение ре­зультатов.

В результате исследований зависимости интенсивности свето­рассеяния I_раз от концентрации C для полидисперсных частиц уста­новлено, что [9]

С = 450I_раз/I_о, мг/м³.

Таким образом, метод интегрального светорассеяния позволяет измерять массовую концентрацию как монодисперсной, так и полидис­персной пыли. Однако при исследовании полидисперсной пыли возрас­тает погрешность измерения. Этот метод позволяет создать высоко­чувствительные пылемеры. Оптическая схема реализующего этот метод пылемера НИИМ-2 приведена на рис.12.

Свет от источника 1 формируется линзой 2 в параллельный све­товой пучок, который проходит через контролируемый пыле-газовый поток и фокусируется линзой 7 на светочувствительной поверхности фотоприемника 8. Источник света и фотоприемник устанавливают на противоложных сторонах газохода. Для предотвращения запыления окон 3,6 они непрерывно обдуваются потоком очищенного воздуха, подаваемого через отверстия 4, 5. Фотоприемник включен в мостовую схему с компенсацией температурной погрешности фоторезистора.

Однолучевые пылемеры имеют простые оптические схемы. К не­достаткам следует отнести погрешности измерений, вызванные неста­бильностью напряжения питания источника света и фотоприемника.

Рис.12. Схема пылемера НИИМ-2

ВИДЫ ЗАДАНИЙ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

По заданию преподавателя студент выполняет один из трех рассматриваемых ниже видов задания: "Расчет ширины санитарно-за­щитной зоны", "Расчет эффективности газоочистной установки", "Расчет загрязнения атмосферы автомобильными выбросами". Для каж­дого вида задания имеются несколько вариантов исходных данных, приведенных в Приложении в виде таблиц в соответствующих парагра­фах данного раздела.

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ.............................…………….....…………................. 1

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ.......................…...............………….. 2

1.1. Главные виды и источники загрязнения атмосферы.........…….. 2

1.2. Нормирование загрязнений атмосферы....................…………... 4

1.3. Рассеяние промышленных выбросов через дымовые трубы...... 5

1.4. Загрязнение атмосферы выхлопными газами автомобилей..... .11

1.5. Определение ширины санитарно-защитной зоны............…….. 15

1.6. Оценка ущерба, наносимого загрязнением атмосферы

здоровью людей........................................……………………… 16

2. МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ......................………………..................... 18

2.1. Газоанализаторы.............………………………........................... 19

2.2. Пылемеры...............................................………………………….28

3. ВИДЫ ЗАДАНИЙ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ..........................… 33

3.1. Расчет ширины санитарно-защитной зоны..............………… 34

3.2. Расчет эффективности газоочистной установки...........……….. 37

3.3. Расчет загрязнения атмосферы выхлопными

газами автомобилей.................................…………………………….. 40 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК..…………................................ 44

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Главные виды и источники загрязнения атмосферы

К числу наиболее распространенных веществ-загрязнителей ат­мосферы относятся соединения углерода в виде аэрозолей и газов (сажа, СО, СО₂, углеводороды), соединения азота (NO_x, NH₃), сое­динения серы (SO₂, SO₃), фреоны (химически активные соединения галогенов), частицы пыли различного химического состава.

Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха в ин­дустриальных странах являются автомобили, тепловые электростанции и промышленные предприятия. Ежегодно в атмосферный воздух посту­пает более 200 млн.т оксида углерода, более 150 млн.т сернистого газа, свыше 50 млн.т оксидов азота, более 50 млн.т различных уг­леводородов, более 250 млн.т высокодисперсных аэрозолей. В дерев­нях и селах воздух содержит в 10-15 раз меньше загрязняющих при­месей, чем в городах. В крупных городах загрязненный