Мониторинг состояния атмосферного воздуха
Организация сети наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха Правила организации наблюдений за уровнем загрязнения атмосферы в городах и населенных пунктах регламентируются требованиями ГОСТ 17. 2. 3. 01 -86 «Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населенных пунктов» . Наблюдения за загрязнением атмосферы осуществляют на специальных постах. Постом является выбранная точка местности, на которой размещают павильон или автомобиль, оборудованные соответствующими приборами.
При проведении мониторинга устанавливают три категории постов наблюдений: • Стационарный пост предназначен для обеспечения непрерывной регистрации содержания загрязняющих веществ или регулярного отбора проб воздуха для последующего анализа. Из числа стационарных постов выделяют опорные стационарные посты, которые предназначены для выявления долговременных изменений содержания основных и наиболее распространенных загрязняющих веществ. • Маршрутный пост предназначен для регулярного отбора проб воздуха в фиксированной точке местности при наблюдениях, которые проводятся с помощью передвижного оборудования. • Передвижной пост (подфакельный) предназначен для отбора проб под дымовым (газовым) факелом с целью выявления зоны влияния данного источника.
Размещение постов • • Каждый пост независимо от категории размещают на открытой проветриваемой со всех сторон площадке с непылящим покрытием, таким образом, чтобы были исключены искажения результатов измерений из-за наличия зеленых насаждений, зданий и т. д. Стационарный и маршрутный посты размещают в местах, выбранных на основе предварительного исследования загрязнения воздушной среды города промышленными и бытовыми выбросами, выбросами автотранспорта и условий рассеивания. Эти посты размещают в центральной части населенного пункта, жилых районах с различным типом застройки, зонах отдыха, на территориях, примыкающих к магистралям интенсивного движения транспорта. Места отбора проб при передвижных (подфакельных) наблюдениях выбирают на разных расстояниях от конкретного источника выброса с учетом закономерностей распространения загрязняющих веществ в атмосфере. Число постов и их размещение определяют с учетом численности населения, площади населенного пункта и рельефа местности, развития промышленности и сети магистралей, рассредоточенности мест отдыха и курортных зон. Число стационарных постов устанавливают следующим образом (не менее): 1 пост – до 50 тыс. жителей, 2 поста – 100 тыс. жителей, 2 -3 поста – 100 -200 тыс. жителей, 3 -5 постов – 200 -500 тыс. жителей, 5 -10 постов – более 500 тыс. жителей, 10 -20 постов (стационарных и маршрутных) – более 1 млн. жителей. В населенных пунктах устанавливают один стационарный или маршрутный пост через каждые 0, 5 -5 км с учетом сложности рельефа и наличия источников загрязнения.
Наблюдения на постах проводят по одной из четырех программ: • • • Полная программа предназначена для получения информации о разовых и среднесуточных концентрациях. Наблюдения по полной программе выполняют ежедневно путем регистрации с помощью автоматических устройств или дискретно через равные промежутки времени не менее четырех раз с обязательным отбором в 1, 7, 13, 19 ч по местному времени. Допускается проводить наблюдения по скользящему графику: в 7, 10, 13 ч – во вторник четверг, субботу; в 16, 19, 22 ч – в понедельник, среду пятницу. Наблюдения по неполной программе разрешается проводить с целью получения информации о разовых концентрациях ежедневно в 7, 13, 19 ч по местному времени. По сокращенной программе наблюдения проводят с целью получения информации о разовых концентрациях ежедневно в 7 и 13 ч по местному времени. Наблюдения по этой программе допускается проводить при температуре воздуха ниже -45 °С и в местах, где среднемесячные концентрации ниже 1/20 разовой ПДК или меньше нижнего предела диапазона измерений примеси используемым методом. Суточная программа отбора проб предназначена для получения информации о среднесуточной концентрации. Наблюдения по этой программе проводят путем непрерывного суточного отбора проб (в 1, 7, 13, 19 ч). Одновременно с отбором проб воздуха определяют направление и скорость ветра, температуру воздуха, состояние погоды и подстилающей поверхности. В период неблагоприятных метеорологических условий (штиль, температурная инверсия) и значительного возрастания концентраций загрязняющих веществ наблюдения проводят каждые три часа.
Выбор места контроля загрязнения и его источника • Поиск и выбор места отбора, а также первичной оценки проб воздуха проводят в предполагаемых зонах максимального загрязнения окружающей природной среды (например, в факеле выброса и в зонах его возможного прохождения на расстоянии до объекта от сотен метров до нескольких километров, обычно на высоте до 1, 5 м от поверхности земли) или непосредственно вблизи нахождения людей и других биообъектов, для которых данный выброс может оказаться вредным или опасным. • В рабочей зоне пробы воздуха следует отбирать в местах постоянного или максимально длительного пребывания людей, при характерных производственных условиях с учетом особенностей технологического процесса, уровня, физико-химических свойств, а также класса опасности и биологического действия выделяющихся химических загрязняющих веществ или физических факторов воздействия, температуры и влажности окружающей среды.
Места для отбора пробы воздуха в рабочей зоне выбирают с учетом технологических операций, при которых возможно наибольшее выделение в воздух рабочей зоны вредных веществ, например: • у аппаратуры и агрегатов в период наиболее активных химических, термических и иных процессов в них; • на участках загрузки и выгрузки веществ, затаривания готовой продукции; • на участках внутренней транспортировки сырья, полуфабрикатов и продукции; • на участках размола и сушки сыпучих, пылящих материалов и веществ, у наиболее вероятных источников выделений при перекачке жидкостей и газов (насосные, компрессорные) и др. ; • в местах отбора технологических проб, необходимых для целей технического анализа. Также учитывают свойства веществ и класс опасности, устанавливая следующую периодичность отбора и анализа проб: для первого класса – не реже одного раза в 10 дней; для второго класса – не реже чем ежемесячно; для третьего и четвертого классов – не реже одного раза в квартал.
• В операцию поиска источника или места пробоотбора часто включают задачу идентификации характера воздействия или загрязняющего вещества (3 В) – установление его природы, расшифровку состава основных компонентов смеси. • В случае обнаружения вредного физического фактора (ФФ) целесообразно сразу проводить количественное измерение его уровня. Это следует делать максимально экспрессно, т. е. за минимальный промежуток времени, сопоставимо по времени с пробоотбором. • Характер работы технического средства контроля в режиме обнаружения по возможности должен быть следящим (непрерывным или хотя бы периодическим, но с минимальным временем паузы между повторяющимся циклом анализа).
• При неавтоматизированном режиме обнаружения используют портативные средства экспрессного контроля. Для воздуха это индикаторные трубки, экспресс-тесты на основе индикаторных бумажек или пленок, другие индикаторные элементы. • Для автоматического обнаружения обычно применяют малогабаритные сенсоры и другие чувствительные элементы – устройства, обладающие свойствами быстродействующего первичного преобразования контролируемого параметра окружающей среды в аналитический сигнал (изменение окраски, перепад электрического тока, напряжения или другого фиксируемого показателя), т. е. являющиеся сигнализаторами. После обнаружения (или идентификации) загрязняющего вещества (средства) выдается информация, необходимая для принятия решения о проведении следующей операции – пробоотбора.
Виды проб • Отбор проб – важнейшая часть аналитической процедуры при осуществлении контроля качества окружающей среды контактными методами наблюдений. Погрешность пробоотбора, как правило, значительно превышает погрешность подготовки проб, а последняя, в свою очередь, больше погрешности метода анализа. Правильно отобранная проба – залог получения достоверного результата. • Правильно отобрать пробу – значит получить пробу представительную (репрезентативную). Представительная проба статистически правильно отражает состояние объекта анализа и его количественный и качественный состав в данное время в данном месте, содержит достаточное количество вещества для анализа, обеспечивает условия сохранности вещественного состава среды в течение всего времени до получения результата анализа.
• • Пробы бывают простые (единичные) и смешанные. Взятие простой пробы подразумевает однократный отбор в одной точке пространства всего объема материала, необходимого для проведения анализа. В большинстве случаев единичной пробы недостаточно для получения объективной информации о состоянии окружающей среды вследствие изменчивости ее характеристик в пространстве и времени. Смешанную пробу (усредненную, объединенную, составную) получают путем объединения нескольких простых проб, взятых по определенной программе в разных точках пространства в один и тот же момент времени или отобранных в одной точке пространства через определенные интервалы времени. Смешанная проба может быть средневзвешенной – ее получают смешиванием простых проб одинакового объема (массы) – и среднепропорциональной – при этом объем (масса) простых проб может быть различным, что определяется параметрами объекта исследования. При отборе простых или смешанных проб загрязняющее вещество может быть сконцентрировано (пробоотбор с концентрированием), что является весьма немаловажным при контроле высокотоксичных примесей, содержащихся в объектах окружающей среды в незначительных количествах (диоксины, полихлорированные бифенилы). В этом случае, химический состав исследуемой примеси может оставаться неизменным (если при отборе применяют метод абсорбции или адсорбции) или намеренно изменяться (при использовании методов хемосорбции'); таким образом повышается сохранности пробы во времени. Если же концентрация загрязняющего вещества велика, проводят пробоотбор без концентрирования. В этом случае после отбора проб необходимо проводить их стабилизацию (консервацию).
Отбор проб воздуха • Химический анализ воздуха чаще всего начинают с отбора и подготовки пробы к анализу. В большинстве случаев именно отбор и подготовка пробы к химическому анализу определяют надежность и качество получаемых результатов, а также трудоемкость и длительность аналитического цикла. • Приемы и порядок отбора пробы настолько важны при проведении химического анализа, что обычно предписываются государственным стандартом. • Отобранная проба должна быть представительной, т. е. статистически правильно отражать состояние объекта окружающей среды, из которого она взята. • Выбор адекватного способа отбора проб определяется прежде всего агрегатным состоянием веществ, а также их физико-химическими свойствами.
Общие требования к отбору проб воздуха • Пробоотбор должен быть максимально экспрессным: 20 -30 мин (в рабочей зоне – 15 мин). Изначально чистые поглотительные сосуды и емкости необходимо герметично подсоединять к побудителю расхода воздуха и плотно закрывать. • Все характеристики пробы (масса, объем, время, место отбора), а также климатические и другие рабочие условия должны быть запротоколированы. При наличии нескольких загрязняющих веществ допускается осуществлять пробоотбор по наиболее опасным или характерным компонентам.
• • • В воздухе загрязняющие компоненты могут присутствовать в виде газов (NО, NО 2, СО, SО 2), паров (преимущественно органических веществ с температурой кипения до 230 -250 °С), аэрозолей (туман, дым, пыль). Иногда вещества могут находиться в воздухе одновременно в виде паров и аэрозолей. Это преимущественно жидкости с высокой температурой кипения (дибутилфталат, капролактам и др. ). Попадая в воздух, их пары конденсируются с образованием аэрозоля конденсации. Аэрозоли конденсации образуются также при некоторых химических реакциях, приводящих к появлению новых жидких или твердых фаз. Правильное установление агрегатного состояния вредного вещества в воздухе способствует правильному выбору фильтров и сорбентов и уменьшению погрешности определения, связанной с пробоотбором. Для предварительной оценки агрегатного состояния примесей в воздухе необходимо располагать сведениями об их летучести – максимальной концентрации паров, выраженной в единицах массы на объем воздуха при данной температуре. Летучесть L (в мг/л) рассчитывают по формуле L = 16 · P · M/(273+t) где Р – давление насыщенного пара при данной температуре, мм рт. ст. ; М – молекулярная масса вещества; t – температура, ° С. При классификации вредных веществ по их агрегатным состояниям в воздухе необходимо учитывать (помимо летучести) их ПДК. Агрегатное состояние рекомендуется оценивать отношением летучести вещества при 20 °С к его ПДК. Если относительная летучесть вещества ниже ПДК в 10 раз и более, то наличием паров можно пренебречь. В этом случае определяют лишь содержание в воздухе аэрозоля. При значительном превышении ПДК (в 50 раз и более) определяют только пары. К парам и аэрозолям следует относить вещества, летучесть которых при 20 °С составляет от 10 до 50 ПДК.
При проведении санитарно-химических исследований на производстве пробы отбирают преимущественно аспирационным способом путем пропускания исследуемого воздуха через поглотительную систему. Минимальная концентрация вещества, поддающаяся четкому и надежному определению, зависит от количества отбираемого воздуха.
Многообразие вредных веществ и агрегатных состояний в воздухе обусловливает использование различных поглотительных систем, обеспечивающих эффективное поглощение микропримесей. Среди них выделяют: • • • Отбор проб в жидкие среды Отбор проб на твердые сорбенты Криогенное концентрирование Отбор проб в контейнеры Концентрирование на фильтрах
Отбор проб в жидкие среды • Отбор парогазовых веществ в жидкие поглотительные среды – наиболее распространенный способ. Анализируемые вещества растворяются или вступают в химическое взаимодействие с поглотительной средой (хемосорбция), которая обеспечивает полноту поглощения за счет образования нелетучих соединений. • Отбор проб в растворы осуществляют аспирацией исследуемого воздуха через поглотительный сосуд с каким-либо растворителем (органические растворители, кислоты, спирты, вода, смешанные растворы). Скорость пропускания воздуха может меняться в широких пределах – от 0, 1 до 100 л/мин. • Достоинствами отбора проб в жидкие среды являются селективность (можно подобрать поглотительный раствор для широкого круга загрязняющих веществ), простота, экономичность. К недостаткам следует отнести невысокую степень концентрирования (исппользуют для отбора проб воздуха при высоких концентрациях загрязнителей); невозможность получения представительной пробы при одновременном наличии в воздухе паров и аэрозолей загрязняющих веществ; необходимость отбирать пробы большого объема.
Отбор проб на твердые сорбенты • • • Применение твердых сорбентов дает возможность увеличить скорость пропускания воздуха (по сравнению с пропусканием через жидкость) и за короткое время накопить исследуемое вещество в количестве, достаточном для его определения. Твердые сорбенты позволяют также осуществлять избирательную, сорбцию одних веществ в присутствии других; кроме того, они удобны как в работе, так и при транспортировке и хранений отобранных проб, поскольку пробы, отобранные на твердые сорбенты, обладают высокой сохранностью. Этот метод пробоотбора характеризуется высоким коэффициентом концентрирования. Твердые сорбенты, применяемые для отбора проб воздуха, должны обладать механической прочностью, иметь небольшое сродство с водяными парами (т. е. плохо сорбировать их), легко активироваться, иметь максимальную сорбционную способность по отношению к анализируемым веществам, а при анализе – легко десорбировать поглощенное вещество, иметь однородную структуру поверхности. Для анализа воздуха применяют три группы твердых сорбентов, однако ни один из них не является универсальным. – первая группа – гидрофильные неорганические материалы типа силикагелей и молекулярных сит. – вторая группа – гидрофильные неорганические материалы – активированные угли. – третья группа – синтетические макропористые органические материалы с высокой степенью гидрофобности и небольшой удельной поверхностью пористые полимеры.
Силикагели (Si. O 2 • n. Н 2 O) представляют собой гидрофильные сорбенты с высокоразвитой капиллярной структурой геля. Адсорбционная способность силикагелей обусловлена наличием на их поверхности групп Si-ОН, способных к образованию водородный связей с молекулами сорбата. Силикагели избирательно поглощают примеси полярных соединений, таких как амины, спирты, фенол, альдегиды и аминоспирты. Однако эти адсорбенты применяют в практике анализа загрязнений реже, чем активированный уголь и полимерные сорбенты. Это обусловлено гидрофильностью силикагелей, которая приводит к значительному снижению сорбционной емкости ловушек.
Активированный уголь является полярным сорбентом с сильно развитой пористой структурой. Удельная поверхность активированного угля достигает 1000 м 2/г. Он способен прочно удерживать большинство органических соединений и некоторые неорганические газы при обычной температуре. Воздух пропускает со скоростью 0, 1 -1, 0 л/мин. Эффективность улавливания составляет 80 -100%, а адсорбционная емкость сорбента может достигать долей миллиграммов. Активированный уголь избирательно поглощает углеводороды и их производные ароматические соединений, слабее – низшие алифатические спирты, карбоновые кислоты, сложные эфиры. Сконцентрированные на активированном угле примеси удерживаются очень прочно, и десорбировать их при нагревании практически невозможно. Для извлечения примесей из ловушек с активированным углем используют экстракцию.
В условиях повышенной влажности применение активированного угля и силикагеля для отбора проб становится практически невозможным. В этом случае рекомендуемся применять полимерные пористые сорбенты, такие как порапаки, хромосорбы, полисорбы, тенакс и др. Пористые полимеры инертны, гидрофобны, обладают достаточно хорошо развитой поверхностью. Эффективно улавливают из воздуха примеси вредных веществ и легко отдают их при термодесорбции. Пористые полимеры успешно применяют для улавливания из воздуха примесей с большой молекулярной массой и таких опасных приоритетных загрязнителей, как пестициды, диоксины. Эффективность улавливания на полимерных сорбентах составляет 88 -100%. Недостатками полимерных сорбентов являются плохая адсорбция газов и паров низкомолекулярных соединений, нестабильность сорбционных свойств, возможность протекания реакций окислений и полимеризации, термическая нестабильность. Для концентрирования вредных веществ из воздуха в качестве адсорбентов применяют также непористые адсорбенты – карбонат калия, сульфат меди, хлорид кальция и др. Преимуществом таких абсорбентов является высокоэффективная десорбция сконцентрированных микропримесей, в том числе одновременное переведение в раствор как самого сорбента, так и адсорбированных на его поверхность химических веществ.
Криогенное концентрирование применяют при отборе из воздуха нестабильных и реакционно-способных соединений. Техника этого метода сводится к пропусканию исследуемого воздуха через охлаждаемое сорбционное устройство с большой поверхностью, например через стальные или стеклянные трубки, заполненные инертным носителем (стеклянными шариками, стеклянной ватой). В качестве хладагентов используют следующие смеси: – – лед – вода (0 °С); лед – хлорид натрия (-16 °С); твердая углекислота – ацетон (-80 °С); жидкий азот (-185 °С). Степень обогащения пробы целевыми компонентами может быть при этом очень высокой (100 -1000 раз и более). Эффективность криогенного извлечения примесей из воздуха очень высока – от 91 до 100%.
Отбор проб в контейнеры Этот метод рекомендуется для отбора летучих веществ, содержащихся в воздухе в значительных концентрациях, а также для анализа методом газовой хроматографии, обладающим достаточно высокой чувствительностью. Для отбора проб воздуха применяют шприцы, газовые пипетки и бутыли. К недостаткам этого метода отбора можно отнести: – – ограниченный набор определяемых соединений; ограниченный предел обнаружения примесей; сорбцию компонентов на стенках контейнеров; возможность протекания химических реакций при хранении пробы в контейнере в присутствии влаги и кислорода воздуха.
Концентрирование на фильтрах Вещества, находящиеся в воздухе в виде высокодисперсных аэрозолей (дымов, туманов, пыли), концентрируют на различных фильтрующих волокнистых материалах: перхлорвиниловой ткани, ацетилцеллюлозе, полистироле, стекловолокне. Перспективными являются фильтры, состоящие из волокнистого фильтрующего материала, импрегнированного тонкодисперсным активным углем. Большой интерес также представляют фильтры, импрегнированные твердым сорбентом, с добавлением химических реагентов. Такие фильтры позволяют проводить отбор проб воздуха как при положительных, так и при отрицательных температурах и высоких скоростях аспирации воздуха.
Стабилизация и хранение проб воздуха • Пробы объектов окружающей среды можно отбирать как непосредственно перед анализом, так и заблаговременно. В последнем случае выполняют промежуточные операции хранения и стабилизации проб. • Применение экспрессных методов анализа на месте помогает избежать многих осложнений с изменениями состояния анализируемых проб, однако это удается далеко не всегда. В зависимости от предполагаемой продолжительности хранения отобранные пробы иногда консервируют. При этом универсального консервирующего средства не существует, поэтому для анализа отбирают несколько проб, каждую из которых консервируют, добавляя соответствующие химикаты. • Применение консервирующих средств полностью не предохраняет определяемое вещество или саму среду от изменения. Поэтому стараются даже консервированные пробы анализировать сразу или на следующий день после отбора. Для обеспечения достоверности результатов все реагенты, особенно применяемые в больших количествах, должны быть по возможности высокой чистоты. Для определения очень низких концентраций даже реагенты высокой чистоты перед применением необходимо очищать дополнительно.
• Материалы, из которых изготовлены сосуды, устройства и инструменты для отбора проб, должны быть устойчивы к воздействию образца или реагента. Их поверхность должна быть гладкой и легко очищаться. • Желательно использовать тщательно вымытые стеклянные (притертые) или полиэтиленовые пробки. Корковые или резиновые пробки предварительно кипятят в дистиллированной воде или обертывают полиэтиленовой пленкой. • Подготовленная для отбора образцов или проб стеклянная или полиэтиленовая посуда через несколько часов накапливает на поверхности загрязнения, адсорбируя их из воздуха лаборатории, поэтому ее необходимо обрабатывать непосредственно перед употреблением. • Большие трудности при определении фоновых и следовых количеств загрязняющих веществ возникают в связи с тем, что уровни их содержания в природных объектах могут быть сравнимы с количествами этих соединений, вносимыми в образец с используемыми в анализе реагентами или при поступлении из окружающего воздуха. • Влияние примесей на результаты анализа в общем случае оценить довольно сложно, поэтому на последующих стадиях анализа их пытаются учесть с использованием холостого опыта.
• Источником искажающих анализ загрязнений проб воздуха могут быть как мешающие примеси в анализируемой воздушной среде, так и сам аналитик. В частности, в продуктах жизнедеятельности человека, выделяемых в воздух, идентифицировано около 135 различных соединений, часть из которых потом поглощается анализируемыми средами из воздуха (например, бензол, толуол, хлорорганические соединения, полиароматические углеводороды и др. ) или концентрируется на волосах и коже. Содержащиеся в воздухе лаборатории примеси могут поглощаться сорбентами, используемыми для концентрирования и разделения определяемых веществ. По этой причине фильтровальную бумагу и пластинки следует хранить в специальных условиях. • Особенностью хранения проб воздуха является то, что как таковые (воздух, отобранный в специальные емкости) их практически не хранят. Исключение составляют пробы веществ, отделенных от воздушной среды путем аспирации в жидкость или сорбции на твердые поглотители. При этом в первом случае применяют все описанные процедуры стабилизации и хранения водных (жидкостных) проб, а во втором – процедуры стабилизации и хранения проб почвы.
Проведение наблюдений за загрязнением атмосферы на стационарных постах • • Стационарный пост наблюдений – это специально оборудованный павильон, в котором размещена аппаратура, необходимая для регистрации концентраций загрязняющих веществ и метеопараметров по установленной программе. Пост должен находиться вне аэродинамической тени зданий и зоны зеленых насаждений. Его территория должна хорошо проветриваться и не подвергаться воздействию близко расположенных источников загрязнения атмосферы. На стационарных постах для проведения наблюдений используют комплектные лаборатории типа ПОСТ, представляющие собой утепленный, обитый дюралевыми ячейками павильон, в котором установлены комплекты приборов и оборудования для отбора проб воздуха и проведения метеорологических измерений. Отечественная промышленность выпускает две модификации комплектных лабораторий – ПОСТ-1 и ПОСТ-2. В лабораториях ПОСТ-1 и ПОСТ-2 могут устанавливаться газоанализаторы ГКП-1 (на SO 2), ГМК-3 (на СО), метеорологическая станция М-49, мачта для установки датчика ветра, фильтры для отбора пыли типа АФА, термостат для подогрева отбираемых проб воздуха при температурах окружающего воздуха менее 5 °С. Предусмотрены передача результатов измерений по каналам связи, буферирование накопленной информации в течение 30 суток, передача сообщений в случае превышения уровней ПДК, пожарной опасности, нарушения терморежимов, отказа сети питания. На стационарных постах наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха и метеопараметрами осуществляют круглогодично, во все сезоны независимо от погодных условий. На опорных постах проводят наблюдение за содержанием пыли, SO 2, СО, NО 2 (основные загрязняющие вещества) и специфическими веществами, которые характерны для промышленных выбросов данного населенного пункта, на неопорных постах – за специфическими веществами. Наблюдения за основными загрязняющими веществами на этих постах допускается проводить по сокращенной программе и не проводить, если среднемесячные концентрации этих веществ в течение года не превышают 0, 5 среднесуточной ПДК.
Проведение наблюдений за загрязнением атмосферы на маршрутных постах • • Маршрутный пост предназначен для регулярного отбора проб воздуха в фиксированной точке местности при наблюдениях, которые проводят с помощью передвижной аппаратуры. В качестве передвижного поста используют автолабораторию «Атмосфера-2» , смонтированную в салоне автофургона УАЗ-452 А (либо другого автомобиля). Салон автофургона разделен стенкой на два отсека: приборный и вспомогательный. В приборном отсеке размещены оборудование для отбора проб воздуха на газовые примеси, сажу, пыль; измерительный пульт анерумбометра М-49 и пульт управления. Во вспомогательном отсеке размещены датчики температуры и влажности; распределительный щит, кабель на катушке, аккумуляторные батареи и другое оборудование. На крыше автофургона укреплена съемная платформа, на которой размещены ящик с датчиком скорости и направления ветра, мачта для установки в рабочее положение датчиков и выносная штанга для крепления датчиков температуры, влажности и анерумбометра. Отбор проб воздуха на газовые примеси производят на высоте 2, 6 м от уровня земли. Оба канала отбора проб оборудованы общим нагревателем, контролируемым терморегулятором, включаемым при температурах наружного воздуха ниже 5 °С. В автолаборатории «Атмосфера-2» используют полуколичественные переносные приборы-индикаторы, предназначенные для определения содержания SO 2 и H 2 S ( «Атмосфера-1» ) и Сl 2 и О 3 ( «Атмосфера-2» ) в атмосферном воздухе. Производительность автолаборатории составляет около 5000 отборов проб в год, в день можно произвести отбор 8 -10 проб воздуха, что соответствует 4 -5 точкам маршрута, по которому передвигается пост в городе. Порядок объезда маршрутных постов ежемесячно меняют таким образом, чтобы отбор проб в каждом пункте проводился в разное время суток. На маршрутных постах проводят наблюдения за основными загрязняющими веществами и специфическими веществами, характерными для выбросов данного населенного пункта.
Проведение наблюдений за загрязнением атмосферы на передвижных (подфакельных) постах • Передвижные (подфакельные) посты предназначены для отбора проб под дымовым (газовым) факелом с целью выявления зоны влияния источника загрязнения атмосферы. Подфакельные наблюдения за специфическими загрязняющими веществами, характерными для выбросов данного предприятия, осуществляют по специально разрабатываемым программам и маршрутам – с учетом объема выбросов и их токсичности. • Места отбора проб при подфакельных наблюдениях выбирают на разных расстояниях от источника загрязнения с учетом закономерностей распространения загрязняющих веществ в атмосфере. Отбор проб производят последовательно по направлению ветра на расстояниях 0, 2 -0, 5; 1; 2; 3; 4; 6; 8; 10; 15 и 20 км от стационарного источника выброса, а также с наветренной стороны источника. • В зоне максимального загрязнения (по данным расчетов и экспериментальных замеров) отбирают не менее 60 проб воздуха, а в других зонах количество проб должно быть не менее 25. Отбор проб воздуха при подфакельных измерениях производят на высоте 1, 5 м от поверхности земли.
Наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха автотранспортом • • • Автотранспорт в крупных городах является основным источником загрязнения атмосферного воздуха. Количество выбросов автотранспорта, поступающих в атмосферу, зависит от качественного и количественного состава парка автомобилей, условий организации уличного движения и ряда других факторов. В настоящее время действует целый ряд нормативных документов, регламентирующих содержание оксида углерода и других примесей в отработавших газах (ОГ) двигателей, например ГОСТ 17. 2. 2. 03 -87 «Охрана природы. Атмосфера. Нормы и методы измерения содержания оксида углерода и углеводородов в отработавших газах бензиновых двигателей» , ГОСТ 17. 2. 06 -99 «Охрана природы. Атмосфера. Нормы и методы измерения содержания оксида углерода и углеводородов в отработавших газах газобаллонных автомобилей» . В целях снижения вредного воздействия ОГ на окружающую среду необходим контроль их токсичности, который производят при техническом обслуживании автомобилей, после регулировки карбюраторных двигателей, при выборочных проверках ГИБДД, СЭС. Регулировку систем зажигания предписывается проводить только ни станциях технического обслуживания и автозаправочных станциях. Проверку токсичности ОГ двигателей автомобилей на предприятиях, имеющих менее 50 машин, проводят специализированные организаций. Не разрешается выпуск на линию машин с концентрацией в ОГ вредных веществ, превышающей нормы, установленные соответствующим ГОСТом. Возможности использований стационарных и передвижных постов для контроля выбросов автотранспорта ограничены. Это связано с тем, что примеси от низких источников выбросов распространяются иначе, чем от высоких. Максимальная концентрация загрязняющих веществ в выбросах автотранспорта наблюдается на самой транспортной магистрали, а при удалении от обочины резко падает, достигая на расстоянии 15 -30 м от дороги фонового уровня»
• • Измерение уровня загрязнения воздуха, обусловленного выбросами автотранспорта, обычно проводят в комплексе с измерением выбросов промышленных источников. На автомагистралях и прилегающей к ним территории жилой застройки определяют содержание основных компонентов ОГ: СО, углеводородов, оксидов азота, акролеина, формальдегида, соединений свинца и продуктов их фотохимического превращения. При проведении специальных наблюдений (не в комплексе) определяют: – максимальные значения концентраций основных примесей и периоды их наступления при различных метеоусловиях и интенсивности движения транспорта; – границы зон и характер распространения примеси по мере удаления от магистралей; – особенности распространения примесей в жилых кварталах различного типа застройки и в зеленых зонах, примыкающих к автомагистралям; – особенности распространения транспортных потоков по магистралям города. • • Наблюдения проводят во все дни рабочей недели ежечасно с 6 до 13 ч или с 14 до 21 ч, чередуя дни с утренними и вечерними часами наблюдения. В ночное время наблюдения проводят 1 -2 раза в неделю. Точки наблюдения выбирают на городских улицах с интенсивным движением транспорта, в местах, где часто производится торможение автомобилей, в местах скопления вредных примесей за счет слабого рассеивания (под мостами, путепроводами, в туннелях, на узких участках улиц и дорог с многоэтажными зданиями), а также в зонах пересечения двух и более улиц с интенсивным движением транспорта. Места для размещения приборов выбирают на середине разделительной полосы, на тротуаре и за пределами тротуара – на расстоянии половины ширины проезжей части одностороннего движения. Пункт, наиболее удаленный от автомагистрали, должен располагаться не менее чем в 0, 5 м от стены здания. На улицах, пересекающих основную магистраль, пункты наблюдений размещают по краям тротуара и на расстояниях, превышающих ширину магистрали в 0, 5; 2; 3 раза. В кварталах старой застройки (сплошные ряды зданий с отдельными арочными проемами в них) места для размещения пунктов наблюдений выбирают в центре внутриквартального пространства.
• Интенсивность движения транспорта определяют путем учета числа проходящих транспортных средств, которые делятся на пять основных категорий: легковые автомобили; грузовые автомобили; автобусы; дизельные автомобили и автобусы; мотоциклы – ежедневно в течение двухтрех недель в период с 5 -6 ч до 21 -23 ч, а на транзитных трассах – в течение суток. • Подсчет количества проходящих транспортных единиц проводят в течение 20 мин каждого часа, а в двух-, трехчасовые периоды наибольшей интенсивности движения автотранспорта – каждые 20 мин. Среднюю скорость движения транспорта определяют по показанию спидометра автомашины, движущейся в потоке транспортных средств на участке протяженностью от 0, 5 до 1 км данной магистрали. На основании результатов наблюдений вычисляют средние значения интенсивности движения автотранспорта в течение суток (или за отдельные часы) в каждой из точек наблюдения. • Метеорологические наблюдения при оценке загрязнения атмосферы выбросами автотранспорта включают измерения температуры воздуха и скорости ветра на уровнях 0, 5 и 1, 5 м от поверхности земли. Аналогичные наблюдения выполняют на метеостанции, расположенной за городом. При определении содержания в воздухе озона на метеостанции одновременно проводят наблюдения за интенсивностью прямой и суммарной солнечной радиации, которая оказывает существенное влияние на скорость протекания фотохимических реакций в воздухе, образования озона и фотохимического смога.
Наблюдения за радиоактивным загрязнением атмосферного воздуха • При проведении мониторинга радиоактивного загрязнения атмосферы используют сборники радиоактивных загрязнений и воздухофильтрующие устройства, причем последние значительно превосходят первые по своей чувствительности. • Для массовых измерений в качестве простого и дешевого устройства, продуваемого ветром, используют марлевый конус (сачок), натянутый на проволочный каркас и насаженный на штангу, воткнутую в землю. Ось конуса располагают горизонтально, под прямым углом к штанге, на высоте 1, 5 м над поверхностью земли. Эффективность улавливания конусом радиоактивных аэрозолей зависит от погодных условий и дисперсности аэрозольных частиц. Хуже всего улавливаются частицы размером около 0, 1 мкм, что соответствует «старым» (давно образовавшимся) радиоактивным аэрозолям глобального происхождения.
• Для отбора проб аэрозолей и газообразного йода из приземной атмосферы в окрестностях АЭС предназначены воздухофильтрующие установки типа «Тайфун» , оборудованные сорбционным фильтром для улавливания радиоактивного йода и высокоэффективной фильтротканью. • Сорбционный фильтр и фильтроткань размещают послойно на фильтродержателе – жесткой сетке, выполненной в виде двускатной поверхности с тупым углом между составляющими плоскостями. Воздух принудительно прокачивают через описанную систему с помощью центробежной воздуходувки. Вся установка размещается в защитной будке, оборудованной жалюзи со снего- и каплезадерживающими карманами. • Когда не происходит повышенных выбросов радионуклидов в атмосферу, пробы отбирают в течение недели. Если же такой выброс произошел, экспонирование фильтра прерывают и проводят досрочный изотопный анализ. • Недостатками таких воздухофильтрующих устройств являются необходимость подвода электроэнергии для питания электродвигателей, а также сравнительная дороговизна и сложность обслуживания. • С целью выбора места для установки сборников радиоактивных загрязнений и воздухофильтрующих устройств проводят измерение радиоактивного заражения местности с помощью радиометров и дозиметров.
Мониторинг загрязнения снежного покрова • Снежный покров является удобным индикатором загрязнения атмосферных осадков, атмосферного воздуха, а также загрязнения воды и почв в результате таяния снега, так как: – при образовании и выпадении снега в результате процессов его сухого и влажного вымывания концентрация загрязняющих веществ в нем оказывается обычно на два-три порядка выше, чем в атмосферном воздухе; – отбор проб очень прост и не требует специального сложного оборудования; послойный отбор дает возможность отследить динамику загрязнения за зимний период; одна проба, взятая по всей толщине снежного покрова, дает представительные данные о загрязнении в период от образования устойчивого снежного покрова до момента отбора пробы; – снежный покров позволяет решить проблему количественного определения суммарных параметров загрязнения (сухих и влажных выпадений снега); – снежный покров является эффективным индикатором процессов закисления природных сред. • • Мониторинг загрязнения снежного покрова позволяет отслеживать загрязнение окружающей среды сульфатами, нитратами, ионами аммония, основаниями, тяжелыми металлами, полициклическими ароматическими нефтяными углеводородами, хлорорганическими пестицидами и другими веществами. Снежный покров также может быть использован для определения вещественного состава и мощности выбросов предприятий, доли вещества, увлекаемого в дальний и локальный перенос, дистанционных измерений параметров загрязнения местности, в том числе и из космоса (измерение альбедо).
• • • Мониторинг загрязнения снежного покрова осуществляют на базе снегомерной сети, используемой для определения физических параметров снежного покрова (высоты, плотности, влагозапаса). Отбирают пробы снега для определения параметров его загрязнения весовым снегомером во время проведения плановых снегосъемок в период максимального влагозапаса в снеге один раз за зиму. В месте отбора снегомер врезают на всю толщину снежного покрова до поверхности земли, после чего трубу с керном снега вытаскивают, поддерживая внизу полиэтиленовой лопаткой. Время пребывания снега в металлическом снегомере должно быть минимальным. Нижняя (режущая) часть снегомера и основание столбика снежного керна должны быть тщательно очищены от частиц грунта. Определение параметров загрязнения проводят путем анализа одной сборной пробы, которая с заданной точностью должна характеризовать среднюю концентрацию загрязняющего вещества на маршруте. Этого достигают отбором нескольких частных проб в пунктах определения плотности снега. Наиболее часто сборная проба имеет объем 2 -4 л и состоит из 4 -6 частных проб, равномерно размещенных на снегомерном маршруте. Часто для отбора проб снега используют метод конверта. Первичная обработка проб снега включает их растапливание и фильтрование. Если цель исследования состоит в определении параметров выпадения загрязняющих веществ, необходима максимально возможная сохранность в пробах первичного состава загрязняющих веществ; следовательно, нужно применять режим быстрого таяния (без существенного подогрева пробы). Если необходимо спрогнозировать загрязнение почв и стоковых вод при весеннем снеготаянии, условия таяния пробы должны быть максимально приближены к естественным, т. е. применяют режим медленного таяния.
Наблюдения за фоновым состоянием атмосферы • В 60 -е годы XX в. Всемирной метеорологической организацией (ВМО) была создана сеть станций мониторинга фонового загрязнения атмосферы (БАПМо. Н). Ее цель состояла в получении информации о фоновых уровнях концентрации загрязняющих атмосферу веществ, их вариациях и долгопериодных изменениях, по которым можно судить о влиянии антропогенной деятельности на состояние атмосферы. • Для осуществления фонового мониторинга создана сеть станций, которые подразделяют на базовые и региональные. Базовые станции обеспечивают получение информации об исходном состоянии биосферы и располагаются в районах, где отсутствует непосредственное антропогенное воздействие, в большинстве случаев – в биосферных заповедниках. На региональных станциях получают информацию о состоянии биосферы в зонах, подверженных антропогенному влиянию. Они могут располагаться вблизи урбанизированных районов. • В обязательную программу наблюдений на базовых и региональных станциях БАПМо. Н включены наблюдения за содержанием в воздухе SO 2, взвешенными аэрозольными частицами, мутностью атмосферы, радиацией, химическим составом осадков. Программа наблюдений может быть расширена за счет увеличения числа определяемых компонентов, в частности озона.
• • На станциях комплексного фонового мониторинга (СКФМ) проводят комплексное изучение содержания загрязняющих веществ в компонентах экосистем (атмосферном воздухе, осадках, воде, почвах, биоте). В связи с этим программа наблюдений на СКФМ включает систематические измерения содержания загрязнений одновременно во всех средах, причем любые наблюдения по программе фонового мониторинга должны сопровождаться комплексом метеорологических наблюдений, поэтому наблюдения желательно проводить на базе метеостанций. В атмосферном воздухе на СКФМ определяют показатель аэрозольной мутности атмосферы, а также среднесуточные концентрации: взвешенных веществ; оксида и диоксида углерода; диоксида серы; сульфатов; 3, 4 -бенз-а-пирена; ДДТ и других хлорорганических соединений; свинца, кадмия, ртути, мышьяка. • В атмосферных осадках определяют концентрацию в суммарных месячных пробах: свинца, кадмия, ртути, мышьяка; 3, 4 -бенз-а-пирена; ДДТ и других хлорорганических соединений; р. Н; анионов и катионов. • Метеорологические наблюдения следующих параметров: на СКФМ включают определение температуры и влажности воздуха; скорости и направления ветра; атмосферного давления; облачности (количество, форма, высота); солнечного сияния; атмосферных явлений (туман, метели, грозы, пыльные бури и т. п. ); атмосферных осадков (количество и интенсивность); снежного покрова (высота, содержание влаги); температуры почвы (на поверхности и в глубине), состояния поверхности почвы; радиации (прямая, рассеянная, суммарная, отраженная) и радиационного баланса; градиентов температуры, влажности и скорости ветра на высоте 0, 5 -10 м; градиентов температуры, влажности почвы на глубине 0 -20 см; теплового баланса.
Обобщение результатов наблюдений за уровнем загрязнения атмосферы Данные о результатах загрязнения атмосферного воздуха и метеорологических параметрах поступают в отделы обеспечения информацией народно-хозяйственных организаций управлений по гидрометеорологии, где они проходят контроль и сводятся в специальные таблицы наблюдений за загрязнением атмосферы (ТЗА), которые подразделяются на четыре вида – ТЗА-1, ТЗА-2, ТЗА-3 и ТЗА-4: • • ТЗА-1 – результаты разовых наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха на сети постоянно действующих стационарных и маршрутных постов в одном городе или промышленном центре, а также данные метеорологических наблюдений; ТЗА-2 – результаты подфакельных измерений; ТЗА-3 – данные среднесуточных наблюдений за выпадением и концентрацией пыли и газообразных примесей; ТЗА-4 – данные суточных наблюдений с помощью газоанализаторов или других приборов и устройств непрерывного действия.
• Таблица ТЗА-1 состоит из основной и дополнительной (ТЗА-1 д) таблиц. ТЗА-1 содержит восемь страниц (100 -120 наблюдений в месяц). В нее записывают данные наблюдений за концентрациями примесей и метеопараметров, соответствующих срокам отбора проб воздуха на метеостанциях. Таблица ТЗА-1 д предназначена для записи концентраций примесей и метеорологических данных наблюдений на постах СЭН и других ведомств того же города. • Таблица ТЗА-2 составляется по методикам Росгидромета для каждого конкретного случая. После заполнения таблицы ТЗА-2 производят расчеты: средних концентраций (или выпадений) за все дни месяца; максимальных концентраций (или выпадений) за все дни месяца; то же за дни с осадками, в том числе с осадками до 5 мм и более; то же за дни без осадков. Для этих расчетов выбирают данные о скоростях ветра менее 2, 2 -5 и более 5 м/с, число случаев превышения ПДК. • За титульным листом ТЗА-4 следуют развернутые листы для записи фактических данных непрерывных наблюдений за концентрациями одной примеси по одному прибору. Количество листов ТЗА-4 должно соответствовать числу приборов в городе. Данные помещают в порядке возрастания номеров постов. После заполнения таблиц и переноса данных на машинный носитель их сшивают вместе таким образом, чтобы данные наблюдений за все сроки следовали в порядке возрастания номеров постов.
Скачать презентацию Мониторинг состояния атмосферного воздуха Организация сети наблюдений
5. Мониторинг состояния атмосферного воздуха.ppt