Прогноз загрязнения воздуха по городу.
Использование при прогнозе параметра Р в качестве характеристики загрязнения воздуха по городу в целом (предиктанта) предусматривает выделение трех групп загрязнения воздуха, определяемых характеристиками, приведенными в таблице 2.4.
Таблица 2.4
| Группа загрязнения | Градация параметра Р | Уровень загрязнения атмосферного воздуха | Повторяемость, % |
| >0,35 | Относительно высокий | ||
| 0,21-0,35 | Повышенный | ||
| =<20 | Пониженный | ||
| ПРИМЕЧАНИЕ: Если повторяемость градации Р>0,35 меньше 5%, то к первой группе загрязнения следует относить градации параметра Р>0,30), ко второй - Р от 0,21 до 0,30. |
В целях предотвращения чрезвычайно высоких уровней загрязнения, из первой группы выделяется подгруппа градаций с Р > 0,5, повторяемость которой составляет 1 - 2%.
Методика предсказания вероятного роста концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе города предусматривает использование прогностической схемы загрязнения воздуха, которая разрабатывается для каждого города на основании опыта многолетних наблюдений за состоянием его атмосферы. Рассмотрим общие принципы построения прогностических схем.
Прогностические схемы загрязнения воздуха в городе должны разрабатываться для каждого сезона года и каждой половины дня отдельно. При скользящем графике отбора проб воздуха к первой половине дня относятся сроки отбора проб в 7, 10 и 13 ч. а ко второй - в 15, 18 и 21 ч. При трехразовом отборе проб к первой половине дня относят сроки отбора проб в 7 и 13 ч, а ко второй - в 13 и 19 ч.
Метеорологические предикторы для первой половины дня берутся за срок 6 ч. а данные радиозондирования - за срок 3 ч. Для второй половины дня в качестве предикторов принимаются метеоэлементы за срок 15 ч. Характеристики метеорологических условий и предикторов, а также их порядок использования в прогнозах детально изложены в "Методических указаниях по прогнозу загрязнения воздуха в городах".
Оперативное прогнозирование загрязнения атмосферного воздуха проводится с целью кратковременного сокращения выбросов вредных веществ в атмосферный воздух в периоды неблагоприятных метеорологических условий.
Обычно составляются два вида прогноза загрязнения атмосферного воздуха по городу: предварительный (на сутки вперед) и уточненный (на 6 - 8 ч вперед, в том числе утром на текущий день, днем на вечер и на ночь).
Прогнозирование городского фонового загрязнения воздуха основано на результатах изучения связей между величинами параметра Р и метеорологическими условиями.
1. Высокое загрязнение 1 группа - Р>0,35
2. Повышенная 2 группа - 0,35£Р>0,20
3. Относительно пониженная 3 группа - Р£0,20
Наибольший интерес представляет прогноз первой группы.
Высокое загрязнение воздуха Р>0,35 формируется при следующих условиях:
1. В ночные и утренние часы наблюдается застой воздуха (штиль и приземная инверсия), а в предшествующий день - првышенное значение параметра Р (Р¢>0,3). Такие условия могут наблюдаться в любое время года; оправдываемость правила более 70%.
2. В дневные часы наблюдается застой воздуха, а в предшествующий день Р¢>0,15; такие условия могут наблюдаться в период ноябрь-март, оправдываемость правила 60%.
3. В утренние часы зимой при слабом ветре (10-5 м/с) относительно высокая температура воздуха, Р¢>0,30; в Уфе средняя температура зимой 60С; оправдываемость более 60%.
4. Вдневные часы умеренный ветер (3-6 м/с) и неустойчивая термическая стратификация сменяются условиями застоя воздуха вечером, Р¢>0,15; такая ситуация чаще всего наблюдается в теплую часть года, оправдываемость правила.
5. Во второй половине предшествующего дня Р¢>0,4, а в последующий день усиления ветра или выпадения значительных осадков не ожидается; оправдываемость 70%.
6. Скорость ветра 0-1 м/с, туман.
Высокое загрязнение воздуха не наблюдается, если в холодную половину года, а также летом в ночные и утренние часы прискорости ветра 0-1 м/с отсутствует приземная инверсия, оправдываемость 97%.
Относительно пониженнон загрязнение воздуха (Р£0,20) отмечается при следующих положениях.
1. Скорость ветра у земли (на высоте флюгера) больше 5-6 м/с; оправдываемость правила 75%.
2. Выпадение умеренного или сильного дождя; оправдываемость 90% (при выпадении снега очищение воздуха происходит менее эффективно, чем при дожде).
3. Во второй половине предшествующего дня Р<0,15; оправдываемость 90%.
В прогностических правилах важное значение имеет исходный уровень загрязнения воздуха, т.е. величина Р¢ (предшествующий день).
Если прогноз составляется в первую половину дня, то в качестве Р¢ принимается величина параметра Р, расчитанная по данным наблюдений во вторую половину предшествующего дня.
Если прогноз составляется на вторую половину дня, то Р¢ расчитывается по наблюдениям в первую половину предшествующего дня.
Перечень веществ подлежащих контролю.
Перечень веществ для измерения на всех постах наблюдений устанавливается на основе сведений о составе и характере выбросов от источников загрязнения и метеорологических условиях рассеивания примесей.
Определяются вещесива, которые выбрасываются предприятиями города, и оценивается возможность превышения ПДК этих веществ.
Принцип выбора вредных веществ и составления списка приоритетных веществ основаны на использовании параметра потребление воздуха (ПВ).
Реального: ПВi=Мi / qi
Требуемого: ПВТi=Мi / ПДКi.
Мi - суммарное количество выбросов i-той примеси от всех источников;
qi - концентрация, установленная по данным расчетов или наблюдений (концентрация примеси, измерения за 20-30 мин.-разовая концентрация).
Если Пвi >ПВ , то ожидаемая концентрация примеси в воздухе может быть равна ПДК, или превысить ее, примесь должна контролироваться.
Перечень веществ для организации наблюдений устанавливается сравнением ПВ и ПВТ для средних ПВСС; и максимальных ПВМ.Р. концентраций примесей.
Для выявления необходимости наблюдений за i-ой примесью с использованием ПВСС предлагается графический метод - рассматривается семейство линий по заданным значениям потенциала загрязнения атмосферы (ПЗА) и характерного размера города l.
За специфическими примесями, выбрасываемые разными источниками Первой в список контролируемых примесей войдет примесь с наибольшим значением ПВТ. Если несколько примесей имеют одинаковые значения ПВТ, то сначала записывается примесь класса опасности 1, затем 2, 3, 4.
В городах на опорных стационарных постах организуется наблюдения за содержанием основных загрязняющих веществ: пыль, SO2, CO, оксид и диоксид серы, спец. вещества.
Кроме этих веществ в обязательный перечень контролируемых веществ в городе включаются:
- растворимые сульфаты - в городе с населением более 100 тыс. чел.
- формальдегид и соединения свинца - в гор. с насел. более 500 тыс.чел.
- металлы - в гор. черной и цветной металлургии.
- бензапирен - в гор. с насел. более 100 тыс. чел.
- пестициды - в гор. расположенных вблизи с/х территорий.
Перечень вредных веществ, подлежащих контролю пересматривается при изменении данных инвентаризации пром. выбросов, появления новых источников выбросов, но не реже 1 раза в 3 года.
Требования предъявляемые к анализу газов из атмосферы.
1.Требование к оборудованию
1.1. очистка хим. посуды.
Посуду, используюмую для анализа атмосферного воздуха на SO2, Н2SO4, Сr(VI)Cl, не следует очищать хромовую смесь. Пригодна сухая безводная сода или с ПАВ.
Посуда, используемая для анализа органических веществ следует промыть хромовой смесью, Н2О. Окончательную очистку посуды производится пропариванием в установках. Вымытую хим. посуду в лаборатории сушат на воздухе.
1.2. проверка мерной посуды.
Для анализа микроконцентраций следует использовать мерную посуду не ниже 1-2 класса точности. При отсутствии таковой емкости мерной посуды проверяют по массе дист.воды, заполняющей посуду. Нужно учесть тепловое расширение воды и стекла посуды, различие плотностей воды и латунного разновеса. Перед взвешиванием дист. воду и посуду выдерживают в помещении не менее 1 часа. Ошибки в измерении температуры окружающего воздуха на 10С приводит к ошибке в определении емкости посуды=0,02%.
1.3. фильтрование растворов и очистка реактивов.
Все использованные растворы для анализа должны быть прозрачными. При фильтровании растворов следует применять бумажные фильтры с белой и синей лентами
Для анализа микропримесей используют реактивы квалификации х.ч., или ч.д.а. При отсутствии реактивов нужной квалификации и при длительном хранении изменяющих свойства реактивов, их необходимо подвергать очистке.
- твердые - перекристаллизации
- жидкие - перегонке
1.4. приготовление стандартных растворов.
1 Для приготовления применять соединения квалификации не ниже ч.д.а., имеющие этикетку с указанием содержания основного вещества и примесей, использование случайных и старых реактивов недопустимо.
2 При приготовлении стандартных растворов из порошковых негигроскоп. веществ навески отвешивают на аналитических весах на часовом стекле. В мерную колбу навеску с часовым стеклом переводят только через воронку, вставленную в горлышко мерной колбы. Часовое стекло промывают несколько раз водой.
3 Навески гигроскопических веществ отвешивают в бюксе с притертой крышкой.
4 При приготовлении стандартных растворов из жидких веществ их вносят по каплям в мерную колбу, предварительно заполненную не менее, чем на половину растворителем и взвешивают на аналитических весах. Перед взвешиванием колбу тщательно вытирают снаружи и удаляют из горлышка с помощью фильтровальной бумаги капли растворителя. Для внесения вещества используют пипетку с оттянутым концом.
Отбор проб воздуха
Одним из основных элементов анализа качества атмосферного воздуха является отбор проб. Если отбор проб выполнен неправильно, то результаты самого тщательного анализа теряют всякий смысл. Отбор проб атмосферного воздуха осуществляется через поглотительный прибор аспирационным способом путем пропускания воздуха с определенной скоростью или заполнения сосудов ограниченной емкости. Для исследования газообразных примесей пригодны оба метода, а для исследования примесей в виде аэрозолей (пыли) - только первый.
В результате пропускания воздуха через поглотительный прибор осуществляется концентрирование анализируемого вещества в поглотительной среде. Для достоверного определения концентрации вещества расход воздуха должен составлять десятки и сотни литров в минуту. Пробы подразделяются на разовые (период отбора 20 - 30 мин) и средние суточные (определяются путем осреднения не менее четырех разовых проб атмосферного воздуха, отобранных через равные промежутки времени в течение суток). Обычно для получения средних суточных значений концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе пробы воздуха отбирают в 7, 13, 19 и 01 ч по местному декретному времени. Средняя суточная концентрация может быть получена и при более частых отборах проб воздуха в течение суток, но обязательно через равные промежутки времени. Наилучшим способом получения средних суточных значений является непрерывный отбор проб воздуха в течение 24 ч.
Для отбора проб воздуха используются электроаспираторы, пылесосы и другие приборы и устройства, пропускающие воздух, а также устройства, регистрирующие объем пропускаемого воздуха (реометры, ротаметры и другие расходомеры).
Учитывая, что метеорологические факторы определяют перенос и рассеяние вредных веществ в атмосферном воздухе, отбор проб воздуха должен сопровождаться наблюдениями за дымовыми факелами источников выбросов и основными метеорологическими параметрами, к числу которых относятся: скорость и направление ветра, температура и влажность воздуха, атмосферные явления, состояние погоды и подстилающей поверхности. Результаты наблюдений записываются в рабочий журнал гидромет наблюдателя, а обработанные результаты - в книжку записи наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха и метеорологическими элементами (КЗА-1).
Методы дискретного отбора проб воздуха для последующего анализа в химической лаборатории несомненно важны и необходимы в общей системе наблюдений загрязнения атмосферного воздуха. Однако при получении информации о загрязнении атмосферного воздуха только в сроки 7, 13 и 19 ч нельзя быть уверенным в объективности информации о средней суточной концентрации. Не исключено, что в промежуточные сроки наблюдались значительно более высокие или более низкие концентрации. По данным таких дискретных наблюдений нельзя установить суточный ход концентрации примеси и его зависимость от метеорологических условий. Поэтому на пунктах наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха (ПНЗ) используются газоанализаторы позволяющие восполнить пробел в ручных методах дискретного отбора проб и представляющие информацию о суточном ходе концентрации по записи на диаграммной ленте. Наиболее широко используются на ПНЗ следующие газоанализаторы: для диоксида серы - кулонометрический газоанализатор (ГПК-1) и флюоресцентный газоанализатор (667ФФ), оксида углерода - оптико-акустический (ГМК-З), оксида, диоксида и суммы оксидов азота - хемилюминесцентный (645ХЛ), углеводородо-ионизационный (623ИН), озона - хемилюминесцентный (652ХЛ).
Методы отбора проб
1. Методы отбора полной пробы воздуха.
Пробы воздуха можно отбирать в пластиковые мешки или в жесткие контейнеры. В качестве материала для таких мешков обычно используют фторопласт, лавсан и др.полимеры. Мешки непрогодны для сбора и хранения реакционноспособных газов(окислители, соединения серы или оксида азота). Находят широкое применение для отбора паров органических соединений.
Преимущества использования мешков - малая масса и легко транспортируются.
Жесткие контейнеры, их как правило, изготавливают из стекла, коррозионностойкой стали или алюминия. Для отбора пробы воздух заканчивают в ваккумированный контейнер или прокачивают, вытесняя воздух, находящийся внутри сосуда. Воздух, содержащийся в контейнере, должен быть вытеснен анализируемым воздухом для этого через контейнер продувают окружающий воздух в количестве в 10-20 превышающем его объем, затем герметизируют.
1.2. Криогенные методы.
Этот метод обычно применяют в тех случаях, когда необходимо отобрать для анализа значительные количества углеродсодержащих материалов. Обычно поток воздуха при пониженной температуре пропускают через ловушки. Известно большое количество охлаждающих растворов, позволяющих получить температуру в ловушке до -1960С(жидкий азот). Часто используют жидкий кислород и жидкий аргон. Органические соединения, сконцентрированные направляют для качественного и количественного анализа методом газовой хромотографии.
1.3. Методы абсорбции.
Метод отбора проб основанный на растворении газообразных веществ в жидкой среде. Поток воздуха диспергирует в поглощающей среде через стеклянную трубку с пористой насадкой, которая введена в жидкую фазу на определенную глубину. Используется для отбора проб диоксидов серы, азота, альдегидов, СО. При использовании этого метода необходимо контролировать эффективность улавливания, потери абсорбирующего раствора в р-те испарения, разложение веществ - загрязнений, содержащихся в отобранной пробе.
1.4. Методы адсорбции.
Данные методы отбора проб предусматривают пропускание потока воздуха через слой древесного угля, молекулярные сита или другие адсорбенты, которые способны задерживать газообразные загрязнения, последние удаляют из сорбента при нагревании или экстракцией растворителем. Нашел применение для отбора проб органических соединений, присутствующих в атмосфере в ультраследовых количествах является очень эффективным при проведении качественных определений, поскольку дает возможность отделять следовые количества газов от больших объемов воздуха.
Трудности: 1.возникает как на стадии адсорбции, так и при десорбции. Водяной пар, содержащийся в атмосфере, приводит к дезактивации многих адсорбентов, изменение эффективности улавливания.
2.проблемы, связанные с выделением загрязняющих веществ из самого твердого адсорбента.