logo
Pidrychnuk

3.3. Лабораторії спостереження і контролю за забрудненням атмосферного повітря

В останнє десятиліття велика увага приділяється розвитку засобів контролю і охорони повітряного басейну. Намічено ряд конкретних організаційних заходів і прийнята програма створення приладів і систем, що забезпечують надійний вимір, збір і обробку даних про рівень концентрації забруднюючих речовин в атмосфері.

Найбільш перспективним напрямом у розробці засобів контролю повітряного басейну з’явилося створення вимірювальних комплексів, що поєднують у єдине ціле прилади різного функціонального призначення, які дозволяють проводити аналіз концентрацій забруднювачів різними методами для широкого класу інгредієнтів.

Розробка вітчизняних засобів контролю атмосферних забруднень можна розділити на п’ять етапів:

Серійний випуск засобів комплексного контролю атмосферних забруднень (ІАЗ-1 і ЛІВ-1) почався в 70-х роках. Включені до складу лабораторії аналітичні прилади і хімічне устаткування дозволяють робити відбір проб повітря і їх хімічний аналіз для широкого класу забруднювачів. До складу лабораторій входять засоби відбору проб повітря (аспіратори), засоби підготовки до аналізу, прилади контролю (хроматографи, газоаналізатори, спектрофотометри), а також лабораторний посуд і спеціальні меблі. Лабораторії розміщені на значній площі (70…100 м2), використовуються санітарно-епідеміологічною службою на промислових підприємствах і контролюють стан повітря в цехах і на території заводів. Лабораторію обслуговують 6-8 чоловік.

Лабораторія типу “ПОСТ”. Необхідність контролю атмосферних забруднень у безпосередній близькості до житлових масивів і дослідження поширення забруднюючих речовин на територіях великих міст обумовила розробку спеціальної лабораторії з можливістю установки її на вулицях великих міст і промислових центрів. Такою лабораторією стала комплектна лабораторія типу “ПОСТ”.

Лабораторії даного типу являють собою комплекс приладів і устаткування, розміщений у спеціальному павільйоні і дозволяють:

Павільйон являє собою твердий-металевий каркас, що обшитий стіновими панелями, облицьованими зовні штампованими алюмінієвими плитками ребристої форми. Архітектурні форми павільйону відповідають вимогам технічної естетики, пропонованими до споруджень малих архітектурних форм у містах. З внутрішньої сторони павільйон обшивається декоративно обробленою столярною плитою. Як ущільнювач використовується полістирольнмй пінопласт, розташований між внутрішньою і зовнішньою плитами.

Дах павільйону ізольований від атмосферних опадів, на ньому поміщена щогла з датчиком, що визначає напрямок і швидкість вітру. Технічне устаткування в павільйоні укріплено на спеціальних полках. Габаритні розміри павільйону 2095х2095х2870 мм, маса 2300 кг. Температура в павільйоні підтримується автоматично за допомогою двох нагрівальних печей типу ПЕТ-7 і температурного датчика типу ДТКБ. Люмінесцентні світильники забезпечують освітлення не менше 200 лк.

Відбір проб повітря на задані газові інгредієнти здійснюється через повітровідбірник, виведений назовні через стелю і дах павільйону. Для захисту вхідного отвору від вологи встановлений поліетиленовий ковпачок із сіткою. Повітровідбірник установлений на висоті 500 мм над дахом павільйону щоб уникнути впливу матеріалу даху і снігового покриву на виміри. Газова схема відбору проб повітря приведена на рис. 4.1.

Р ис. 4.1. Газова схема відбору проб повітря комплектної лабораторії ПОСТ-1

1 – температурний датчик; 2 – трійник; 3 – регулятор температури; 4 – захисний ковпачок; 5 – металева труба; 6 – фторопластова трубка; 7 – нагрівачі; 8 – теплоізоляція; 9 – термометр; 10 – поглинальні прилади; 11 – гумовий шланг; 12 – захисний патрон; 13 – електроаспіратор; 14 – розподільна гребінка

Повітря, що надходить через зовнішню частину забірного пристрою захищеного від атмосферних опадів ковпачком (4), проходить через нагрівальний елемент, що підігріває повітря в зимових умовах до позитивних температур. Чуттєвий елемент (датчик) системи підігріву проб повітря (1) розташований у трійнику (2) газової магістралі павільйону. Контроль температури повітря в газовій магістралі здійснюється за допомогою термометра (9). Регулятор (3) перетворює сигнал від чуттєвого елемента в сигнали керування обмоткою реле, контакти якого знаходяться в ланцюзі живлення нагрівального елемента Повітрозабірний пристрій закінчується фторопластовою розподільною гребінкою, за допомогою штуцерів якої приєднані поглинальні прилади і газоаналізатори. Аспірацію повітря забезпечує електроаспіратор моделі 822.

Відбір проб повітря на пил і сажу виконується через люки, які розташовані на висоті 1,5 м від землі в стінках павільйону. Для зручності експлуатації елементи відбору проб на пил і сажу об’єднані в один загальний блок. Витрати повітря вимірюються за допомогою ротаметричного індикатора типу РС-7, для забезпечення температурного режиму якого в зимовий час включається підігрівач з терморегулятором.

Швидкість і напрямок вітру визначаються за допомогою датчика метеостанції М-49. Вимірювальний пульт приладу встановлений всередині павільйону на робочому столі спостерігача, а приймальна частина (датчики) – над дахом павільйону на щоглі.

Вимірювання температури і вологості повітря здійснюється за допомогою відповідних датчиків метеостанції М-49. Вони поміщені в ніші Павільйону на висоті 2 м. На час вимірів датчики висуваються на відстань до 1,5 м від стінки павільйону за допомогою штанги, на якій вони кріпляються. Пульт вимірів метеорологічних параметрів розміщений у павільйоні па робочому столі оператора.

Важливою частиною вирішення проблеми контролю атмосферних забруднень стало застосування в лабораторії типу “ПОСТ-1” приладів автоматичної реєстрації шкідливих домішок в атмосфері. Їх впровадження дозволило істотно збільшити інформацію про забруднювачі, забезпечило передумови для створення автоматизованих систем контролю атмосферних забруднень. До складу лабораторії входять два автоматичних газоаналізатора: кулонополярографічний типу ГКП-1 для визначення концентрацій двоокису сірки в атмосфері й оптико-акустичний типу ГМК-3 для визначення концентрацій окису вуглецю.

Визначення концентрації двоокису сірки газоаналізатором типу ГКП-1 засновано на вимірі величини граничного струму, що виникає при окислюванні на платиновому електроді йодистого водню, що утворюється при взаємодії двоокису сірки з йодом. Цей прилад має достатню чутливість, порівняно простий і компактний. Газоаналізатор має чотири діапазони виміру двоокису сірки: 0-1, 0-2, 0-5, 0-10 мг/м3; переключення діапазонів виміру – ручне. Основна приведена погрішність газоаналізатора – не більше 20% від діапазону виміру. Недоліком газоаналізатора є значний вплив на його показання домішок сірководню в аналізованому повітрі.

Дія оптико-акустичного газоаналізатора типу ГМК-3 заснована на вимірі степеня поглинання окисом вуглецю інфрачервоного випромінювання. Газоаналізатор призначений для визначення концентрацій окису вуглецю в атмосфері в межах 0-400 мг/м3 з погрішністю не більш 10% від діапазону виміру. Реєстрація інформації від газоаналізаторів виробляється на самописах типу КСП-004.

Лабораторія має ряд недоліків: невелика степінь автоматизації процесів відбору проб і вимірів, триразове обслуговування протягом доби, потреба в попередній обробці вимірів для наступної машинної обробки. Крім того, задача локалізації джерел промислових викидів в атмосферу вимагає установки значного числа постів у крупних містах країни для одержання повної картини поширення забруднень. Для усунення всіх перерахованих недоліків була розроблена і впроваджена пересувна лабораторія контролю атмосферного повітря “Атмосфера-ІІ”.

Пересувна лабораторія “Атмосфера-ІІ”. Лабораторія здійснює: контроль за забрудненням атмосферного повітря в зонах розміщення промислових об’єктів, спостереження за поширенням шкідливих речовин від промислових джерел, а також контроль метеорологічних параметрів в зоні спостереження.

Лабораторія застосовується в системі Держкомгідромета й в організаціях, що здійснюють контроль атмосферних забруднень.

Прилади й устаткування лабораторії дозволяють робити одночасний відбір чотирьох-шести проб повітря на обрані газові інгредієнти, відбір проб на пил і сажу, інструментальний аналіз сірчистого газу, сірководню, озону і хлору.

До складу лабораторії входять: автомашина типу УАЗ, газоаналізатор кулонополярографічний типу ГКП-1, газоаналізатор “Атмосфера-ІІ”, анеморумбометр типу М-47, барометр-анероїд типу М-67, психрометр типу МВ-4М, лічильник газовий типу РГ-40, аспіратор моделі 822, пилосос “Вихор”, компас гірський ГК-2, настановне устаткування (стенди) і засоби життєзабезпечення, що дозволяють експлуатувати лабораторію в будь-який час року і доби (додаток ).

Устаткування лабораторії “Атмосфера-ІІ” змонтовано на кузові автофургона типу УАЗ. Салон автофургона розділено спеціальною перегородкою на два відсіки – приладовий і допоміжний. У приладовому відсіку розміщені прилади й устаткування для відбору проб повітря на газові домішки, пил і сажу, а також прилади інструментального аналізу. У допоміжному відсіку розміщені розподільний щит, утримувач пилового і сажевого патронів, кабельна котушка й акумуляторні батареї “виносних” пунктів.

На даху автофургона закріплена зйомна платформа, на якій розміщені піднімальна щогла для установки в робоче положення датчика вітру анеморумбометра і висувна штанга утримувача.

Для транспортування вимірювальних приладів до місця спостереження, а також для їх захисту від ударів і вібрації в лабораторії передбачена система індивідуальної і групової амортизації.

Для зручності обслуговування прилади й устаткування лабораторії підрозділяються на наступні експлуатаційні групи:

Основне устаткування лабораторії змонтоване на спеціальних стендах, що розташовані по периметру приладового відсіку автомашини для зручності роботи оператора.

Схема розміщення приладів всередині кузова автомашини приведена на рис. 4.2.

На передньому стенді встановлені основні вимірювальні і контролюючі прилади лабораторії (газоаналізатор типу ГКП-1, покажчик параметрів анеморумбометра, контрольний годинник оператора і т.д.).

Рис. 4.2. Схема розміщення устаткування пересувної лабораторії “Атмосфера-ІІ”

1 – збуджувач витрати аспіратора моделі 822; 2 – ротаметр РГ-40; 3 – терморегулятор; 4 – аспіратор моделі 822; 5 – шафа; 6 – барометр; 7 – газоаналізатор ГКП-1; 8 – пульт керування; 9 – самописець; 10 – пульт керування М-47; 11 – шафа з виносними Приладами; 12 – газоаналізатор “Атмосфера-ІІ”; 13, 15 – аспіратори ЛК-1; 14 – газоаналізатор “Атмосфера-І”

Проби повітря на газові домішки, пил і сажу відбираються за допомогою аспіраторів і пилососа під час стоянки автомашини. Відбір проб на газові домішки виконується одночасно в трьох точках (із відсіку приладів лабораторії і на двох “виносних” пунктах). Проходячи через поглинальні прилади, проби повітря на газові суміші вступають у взаємодію з поглинальним розчином, а частки пилу і сажі залишаються на фільтрах. Потім у стаціонарних умовах проводять лабораторний аналіз відібраних проб і, одночасно, інструментальний аналіз сірчистого газу, сірководню, озону і хлору та контроль метеопараметрів.

Електроживлення подається від міської мережі змінного струму (напруга 220 В, частота 50 Гц) на розподільний щит лабораторії за допомогою гнучкого переносного кабелю, намотаного на спеціальну котушку в допоміжному відсіку. На розподільному щиті наявний пакетний перемикач (для підключення до мережі живлення – автомат типу АЕ-1000), що забезпечує захист мережі лабораторії від перевантажень, і розетки для включення переносних ламп.

З розподільного щита живлення подається на пульт керування, на якому розташовані амперметр і вольтметр, що контролюють параметри мережі живлення, а також тумблери вмикання устаткування і сигнальні лампочки. З пульта керування живлення подається на спеціальні перехідні колодки, на яких закріплені штепсельні розетки.

Для забезпечення надійного захисту обслуговуючого персоналу від ураження струмом кожен споживач електроенергії з’єднаний заземлюючим дротом з контуром заземлення, що має вихід на розподільний щит лабораторії. Для забезпечення захисного заземлення при роботі лабораторії на місцевості використовується спеціальний електрод, що заглиблюється в грунт на всю довжину і з’єднується з контуром заземлення спеціальним провідником.

Відбір проб повітря на газові домішки виконується за допомогою аспіраторів моделі 822 по двох каналах: вертикальному (з висоти 2,5 м від рівня землі через фторопластовий трубопровід і виведений на дах автофургону повітровідбірник) і горизонтальному (через виносний держак, укріплений на висувній штанзі). Обидва канали мають загальний нагрівник, що автоматично вмикається при температурах зовнішнього повітря нижче 5°С. Через розподільник повітря надходить на поглинальні прилади, встановлені в штативах. Уся система має загальний перемикач повітряних магістралей, який слугує для зміни точки забору атмосферного повітря.

Відбір проб повітря на пил виконується за допомогою пилососі. Повітря протягом 20 хв проходить через пиловий патрон, закріплений в держаку. Витрата повітря визначається газовим лічильником, а час – секундоміром. При температурі в точці відбору проби нижче 5°С виробляється автоматичний підігрів проби нагрівником. Потім фільтр виймають з патрона і зважують.

Відбір проб повітря на сажу виробляється за допомогою одного з аспіраторів моделі 822. “Сажевий” патрон закріплюється у держаку і з’єднується з аспіратором гумовою трубкою.

Інструментальний аналіз сірчистого газу виконується за допомогою газоаналізатора типу ГКП-1. Прилад приєднується до розподільника за допомогою фторопластової трубки.

Відбір проб і аналіз на сірководень, озон і хлор проводиться на виносних пунктах за допомогою газоаналізаторів “Атмосфера”.

Вимір метеорологічних параметрів здійснюється за допомогою анеморумбометра типу М-47. Датчик швидкості і напрямку вітру анеморумбометра на час вимірів монтується на спеціальній щоглі, закріпленій на зйомній платформі. Щогла має можливість повороту у вертикальній площині на 90°. Значення швидкості і напрямку вітру відображаються на покажчику метеопараметрів анеморумбометра, встановленому в приладовому відсіку.

Температура і вологість повітря вимірюються за допомогою виносного психрометра типу МВ-4М.

Одночасно з розвитком пересувних засобів контролю атмосфе-РЧ були початі роботи з удосконалювання стаціонарних засобів контролю. Основні задачі цього етапу: підвищення автономності роботи комплексів і степені автоматизації вимірів і відбору проб, одержання інформації про забруднювачі і метеопараметри у вигляді, придатному для безпосереднього введення в ЕОМ, підвищення інформаційної продуктивності технічних засобів станції.

На шляху вирішення цих задач, що дозволяють підняти процес контролю атмосферних забруднень на якісно нову ступінь, з’явилася розробка автоматизованої станції контролю атмосферних забруднень “Повітря-1”, що пройшла у даний час стадію промислового освоєння.

Станція контролю атмосферних забруднень “Повітря-1”. Станція “Повітря-1” являє собою комплекс приладів і устаткування, розміщений у спеціальному павільйоні і призначений для вирішення задач інструментального аналізу атмосферного повітря на двоокис сірки і окис вуглеводню за допомогою автоматичних газоаналізаторів; автоматичного відбору проб повітря для наступного хіманаліза одночасно на чотири газових інгредієнти і пил; виміру супутніх метеопараметрів (швидкість і напрямок вітру, температура, вологість і тиск атмосферного повітря); реєстрації інформації від первинних датчиків на друкуючому обладнанні (додаток ).

Структура технічних засобів станції приведена на рис. 4.3. Технічні засоби станції можуть бути розділені на чотири групи:

До першої групи відносяться технічні засоби розподілу електроенергії між споживачами станції і засоби забезпечення необхідного кліматичного режиму всередині павільйону, до другої – газоаналізатори на двоокис сірки й окис вуглецю (ГІАМ-1 і ГКП-1), анеморумбограф типу М63МР і група засобів перетворення інформації, що входять до складу стійки приладів, а також принтер типу ПР-150, до третьої – засоби ручного й автоматичного відбору проб атмосферного повітря (повітровідбірник “Компонент” і електроаспіратори типів ЕА-1 і ЕА-2), до четвертої – прилади стрілочного типу (метеостанція М-49 (без датчика вітру) і барометр-анероїд).

Повітровідбірник “Компонент” працює автоматично, запуск виробляється один раз на добу оператором.

Електроаспіратори типів ЕА-1 і ЕА-2 призначені для відбору проб атмосферного повітря в присутності оператора протягом 20 хв з моменту їх пуску. Стрілочні прилади, що входять до складу метеостанції М-49, і барометр-анероїд дозволяють здійснювати візуальне знімання інформації з записом відповідних показань приладів оператором.

Павільйон станції “Повітря-1” аналогічний по своєму пристрою і зовнішньому оформленню павільйону лабораторії ПОСТ-1, однак відрізняється від нього великими габаритними розмірами (2200х4500х2900 мм), що дозволило розмістити всередині станції додаткові технічні засоби виміру й автоматичного відбору проб.

На даху павільйону встановлена щогла з датчиком швидкості і напрямку вітру і психрометрична будка з датчиком температури і вологості.

Для визначення концентрації сірчистого газу в атмосферному повітрі використовується газоаналізатор кулонополярографічний типу ГКП-1, інформація від якого реєструється на стрічці самописного потенціометра типу КСП-004 і одночасно надходить на перетворення і реєстрацію на друкуючому обладнанні. Газоаналізатор розміщений у спеціальній стійці.

Газоаналізатор типу ГІАМ-1, який використовується для визначення концентрації окису вуглецю, має вихідний уніфікований сигнал 0…5 мА. У газоаналізаторі використано оптико-акустичний метод аналізу газу, який засновано на вимірі поглинання променистої енергії і використані його для визначення концентрації газів, що мають смуги поглинання в інфрачервоній області спектру. Вимір здійснюється в інфрачервоній області спектра. Вимір проводиться в трьох діапазонах концентрації: 0…40, 0…80, 0…400 мг/м3. Габаритні розміри газоаналізатора 600х650х1700 мм, маса 250 кг. Споживана потужність не більш 2,5 кВт.

У павільйоні передбачені газові магістралі для підключення і місця для розміщення додаткових газоаналізаторів, які установлюються споживачем (для контролю сірчистого газу, озону, вуглеводнів і окисів азоту).

Для ручного відбору проб повітря на задані газові інгредієнти використовується електроаспіратор типу ЕА-1 з вбудованим витратоміром, що здійснює проходження аналізуємого повітря через поглиначі. Обсяг повітря, необхідний для аналізу, дорівнює добутку часу відбору на швидкість аспірації (додаток ).

Відбір повітря на пил здійснюється електроаспіратором типу ЕА-2, що здійснює проходження аналізуємого повітря протягом визначеного часу з визначеною швидкістю через фільтруючий елемент, на якому вловлюється пил. При цьому замірюється кількість протягнутого через аспіратор повітря і його температура. В якості фільтруючого елементу використовується фільтр Петрянова, що представляє собою рівномірний шар ультратонких волокон із полімерів (додаток ).

Для виміру, метеопараметрів на станції встановлені:

Для автоматичного відбору проб повітря з метою їхнього наступного аналізу в хімічних лабораторіях на задані газові інгредієнти до складу технічних засобів станції включений повітровідбірник “Компонент”, який являє собою стійку з встановленими в ній поглиначами і розміщеними усередині неї газовими магістралями і пристроями завдання, забезпечення і контролю режиму відбору проб. Аспірацію повітря виконує компресорна установка, яка розміщена окремо від стійки (рис. 4.3).

P ис. 4.3. Зовнішній вигляд стійки повітровідбірника “Компонент”

1 – регулятор; 2 – блок поглинальних приладів; 3 – поглинальні прилади; 4 – блок реле; 5 – аварійна сигналізація, 6 – лічильник проб; 7 – клавіатура вибору проби

Повітровідбірник “Компонент” може бути використаний не тільки в складі станції “Повітря-1”, але і як самостійний прилад для автоматичного відбору проб повітря. Повітровідбірник дозволяє скоротити кількість обслуговуючого персоналу в порівнянні з електроаспіраторами типу ЕА-1 і значно збільшити число проб, що відбираються одним приладом протягом доби.

Повітровідбірник може працювати в трьох режимах:

  1. автоматичному, з відбором восьми проб протягом циклу по заданій програмі;

  2. ручному, з відбором проб на вибір оператора;

  3. середньодобовому, з відбором восьми проб через один з обраних поглиначів.

Оператор, що обслуговує установку, робить один раз на добу зміну поглиначів і запуск установки на наступний цикл.

Таким чином, станція “Повітря-1” є ефективною ланкою в мережі спостереження і контролю атмосферних забруднень, що забезпечує автоматичне одержання проб для наступного хімічного аналізу й автоматичну реєстрацію контролюємих параметрів для їх подальшої обробки в регіональних центрах.