Отчет по научной работе Временная изменчивость концентрации аммиака

Отчет по научной работе: «Временная изменчивость концентрации аммиака в тропосфере» Выполнила: Коновалова Т. Н. , ПР-41 Научный руководитель: Еланский Н. Ф. Институт Физики Атмосферы им. Обухова

Исследование динамики приземного содержания атмосферных примесей является важнейшей задачей экологического мониторинга. Правильное понимание закономерностей этой динамики необходимо для успешных прогнозов условий накопления загрязняющих малых газов в приземном слое воздуха. Измерение содержания аммиака и двуокиси серы представляют интерес потому, что эти газы являются предшественниками аэрозолей. В Москве непрерывные ежеминутные измерения состава воздуха ведутся с 2002 г. на экологической станции Метеорологической обсерватории МГУ, организованной совместно ИФА РАН и Географическим факультетом МГУ. [1 и др. ].

Цель работы: vисследование изменения концентрации аммиака vизучение трендов аммиака v. Изучение корреляции аммиака

На данной стадии работа включает в себя обработку данных с учетом только временного параметра и представляет следующие результаты: ШХод концентрации аммиака в течение года ШСезонный ход концентраций ШСуточный ход концентраций Обработаны данные за период с января по сентябрь 2007 года

На последующих этапах работы будут обработаны данные с учетом метеорологических параметров: ШДавление воздуха ШТемпература ШВлажность ШСкорость ветра ШНаправление ветра Связь с другими атмосферными исследование их корреляции. примесями,

Газоанализаторы - приборы, измеряющие содержание (концентрацию) одного или нескольких компонентов в газовых смесях. Каждый газоанализатор предназначен для измерения концентрации только определенных компонентов на фоне конкретной газовой смеси в нормированных условиях. Наряду с использованием отдельных газоанализаторов создаются системы газового контроля, объединяющие десятки таких приборов. В большинстве случаев работа газоанализатора невозможна без ряда вспомогательных устройств, обеспечивающих создание необходимых температуры и давления, очистку газовой смеси от пыли и смол, а в ряде случаев и от некоторых мешающих измерениям компонентов и агрессивных веществ.

Измерительный комплекс • Аппаратура, на которой проводятся измерения в лаборатории автоматизации, используется в мировой сети. Качество данных практически удовлетворяет мировым требованиям. На станции используются приборы ведущих мировых производителей, калибровочный стандарт поставлен зарубежными коллегами, за счет чего и осуществляется привязка к мировым данным. Станция полностью автоматизирована. В центре приборов находится регистрирующий компьютер, к которому подключены все измерительные приборы. Контроль за ситуацией на станции, благодаря программному обеспечению способному зарегистрировать и оповестить об аварии, можно осуществлять из любой точки мира при помощи сети Internet и, в случае необходимости, направить на станцию сотрудников для устранения неполадок.

Измерительный комплекс • Цикл измерения приборов составляет 10 секунд, поэтому для удобства дальнейшей обработки, этот ряд даже не записывается, а регистрируются усредненные до одноминутного ряда показатели. Затем эти ряды еще усредняются для дальнейшего анализа, я получаю для обработки десятиминутные ряды. Данные, после регистрации главным компьютером, обрабатываются автоматически и вручную. Даже после проведения такой обработки остается недостоверность данных, обусловленная спецификой работы и техническими характеристиками приборов. Эти ошибки могут накапливаться, как следствие появляться недостоверные выводы. Основная задача – избежать этого, учитывая все особенности процесса получения и обработки данных.

Измерительный комплекс. Принцип работы. Измерение концентрации аммиака происходит в две стадии: без преобразования NH 3 в NO и с преобразованием NH 3 в NO. Концентрация молекул аммиака – это разность этих двух показателей. На крыше лаборатории, на высоте 5 метров от поверхности, находятся воздухозаборники всех приборов. Воздухозаборники представляют собой тефлоновые трубопроводы. Для аммиака используется стальной трубопровод, так как в тефлоновом трубопроводе NH 3 разрушается. Воздух (проба) идет непрерывным потоком, раз в 5 секунд срабатывает переключатель.

Измерительный комплекс • Сначала не идет преобразования NH 3 в NO и концентрация NO измеряется хемолюминесцентным методом по реакции с озоном. В приборе имеется генератор O 3 – газоразрядная трубка. Через камеру прокачивается исследуемый воздух, фотоумножитель в камере преобразует оптический сигнал в электрический (напряжение) и, по определенной формуле, значение сигнала пересчитывается в концентрацию. Поток воздуха идет непрерывно, время измерения одного цикла составляет 10 секунд. Если концентрация изменилась за время цикла, то получаем скачок на графике (ошибка прибора), в таких случаях бывают даже отрицательные концентрации). Компрессор прокачивает воздух со скоростью ῀0, 479 л/мин.

Измерительный комплекс • Вторая стадия измерения содержания аммиака в приземном слое воздуха – каталитическое преобразование NH 3 в NO при t = 825 о. С в керамической трубке. Далее – хемолюминесцентный анализ по реакции с озоном в стальной камере, объемом несколько кубических сантиметров. Диаметр подающей трубки внешний – 6, 35 мм, внутренний – 3 мм. Итоговая концентрация аммиака – разность концентраций NO по второй и первой стадиям. Метеопараметры измеряются и в лаборатории автоматизации, в на метеорологической станции МГУ.

Общая информация об аммиаке ь Аммиак – бесцветный газ, который легко сжижается при охлаждении до – 33, 4°С или при комнатной температуре при повышении давления примерно до 10 атм. Замерзает аммиак при охлаждении до – 77, 8°С. ь Аммиак химически довольно активен и вступает во взаимодействие со многими веществами. Смеси аммиака с воздухом при его содержании от 15 до 28% взрывоопасны. ь Между молекулами аммиака существуют водородные связи. ь Сильные водородные связи приводят к сравнительно высокой (по сравнению с другими газами) теплоте испарения аммиака – 23, 3 к. Дж/моль. Большая теплота испарения жидкого аммиака позволяет использовать это вещество в качестве хладагента в различных холодильных установках. ь Аммиак токсичен (4 категория токсичности). Для человека ПДК разовая составляет 200 мкг/м 3 или 140 ppb, ПДК среднесуточная составляет 40 м кг/м 3 или 28 ppb.

Применение аммиака Главным образом аммиак необходим для получения азотсодержащих удобрений. На изготовление удобрений расходуется приблизительно 80% всего получаемого аммиака. Остальные 20% производимого аммиака используются для получения полимеров, взрывчатых веществ и других продуктов. ь Удобрения (Сульфат аммония, мочевина, нитрат аммония) ь Синтетические волокна и др. полимеры (Нейлон, вискоза, полиуретан) ь Чистка (Гидроксид аммония ) ь Холодильная техника (Жидкий аммиак ) ь Сухие гальванические элементы, флюсы (Хлорид аммония ) ь Взрывчатыевещества (Концентрированнаяазотная кислота) ь Красители (Азосоединения )

Аммиак в атмосфере Аммиак попадает в атмосферу из животноводческих помещений, с мест аварий при транспортировке или газосодержащих емкостей, утечки из некачественных магистральных трубопроводов. Реакции атмосферного аммиака приводят к формированию частиц, состоящих из сульфата аммония. Схема химического превращения аммиака в атмосфере: NH 3, N 2 O → NO 2 → HNO 3, NO-3. Время пребывания NH 3 в атмосфере ~2 суток.

Выведение аммиака из атмосферы Удаляется аммиак из атмосферы, наряду с реакциями) и газов (NO 3, NO 2, SO 2, CI 2) уменьшается на 30 -40%. При этом осади в виде снега в 3 -4 раза эффективнее вымывают твердые аэрозоли, чем дождь. При одной и той же интенсивности осадков в снеговой воде сульфатов и нитратов содержится в несколько раз больше, чем в дождевой воде. Именно поэтому их максимум концентрации приходится на зимние месяцы

Временная изменчивость концентраций аммиака

Суточный ход концентрации аммиака

Временной ход концентрации аммиака

Заключение Экспериментальное изучение основных факторов, характеризующих процессы различных масштабов и их влияние на природную среду и климат, а также разработка высококачественного оборудования и методик для изучения этих факторов является одной из наиболее важных задач, так как эффективное исследование и анализ состояния природной среды обусловлены, прежде всего, получением параметров, характеризующих ее состояние. Я, как автор работы по исследованию временной изменчивости аммиака в тропосфере, вношу свой вклад в мониторинг окружающей среды полученными в данной работе результатами.