Проблемы загрязнения атмосферы. Экологический мониторинг и нормы воздействия отраслей промышленности. Учебное пособие

ка в этом случае осуществляется автоматически при помощи толстостен-

ных капиллярных трубок или медицинских игл, работающих в критиче-

ском режиме.

При наличии в месте отбора проб водопровода в качестве побудителя расхода воздуха можно использовать водоструйный насос, что позволяет производить отбор нескольких параллельных проб с общим расходом воз-

духа до 4 л/мин.

4.2. Метеорологические

наблюдения при отборах проб воздуха

Отбор проб воздуха для определения концентрации примесей должен сопровождаться наблюдениями за состоянием дымового факела и следую-

щими метеорологическими параметрами:

–скоростью и направлением ветра;

–температурой и влажностью воздуха;

–атмосферными явлениями, состоянием погоды и состоянием дея-

тельной поверхности;

– давлением атмосферного воздуха.

Измерение скорости и направления ветра

Для определения направления ветра применяются флюгер или вым-

пел и компас. Для определения характеристик ветра применяется ветромер или анемометр. Анемометр крепится на треноге так, чтобы приёмная часть его располагалась на высоте 2 м. от земли.

Анемометр включают по секундомеру ровно на 10 мин., начальные и конечные показания записываются, затем вычисляется разность отсчётов,

делится на 600 (при времени 10 мин) и по графику или таблице определяет-

ся скорость ветра с точностью до 0,1 м/с. Направление ветра определяется

41

в течение 1-2 мин по 16 румбам (рис. 4) и результат записывается в граду-

сах (табл. 7).

Рис. 4. Определение скорости ветра

Измерение температуры, влажности воздуха

и оценка состояния погоды

Для измерения температуры и влажности воздуха служит аспирацион-

ный психрометр. Психрометр подвешивают на треноге так, чтобы резервуары

42

располагались на высоте 1,5 м от земли навстречу ветру. Наблюдение по пси-

хрометру проводят в течение 10 мин. следующим образом: при помощи пи-

петки с водой смачивают батист термометра. Осторожно, чтобы не сорвать пружину, почти до отказа заводят аспиратор. Первые отсчёты по термомет-

рам делают через 4 мин. после завода, через 5-6 мин после начала аспирации необходимо снова завести аспиратор. Выполняются три отсчёта по сухому и смоченному термометрам, вносятся поправки, осредняются полученные ис-

правленные значения температуры и по психрометрическим таблицам рас-

считываются значения абсолютной (мб) и относительной (%) влажности.

Состояние погоды оценивается визуально по характерным признакам.

Наблюдения за дымовыми факелами

Форма дымового факела и его окраска определяются визуально.

Наряду с этим отмечается наличие характерного запаха, раздражающе дей-

ствующего на слизистые оболочки глаз и носа. Форма факела фиксируется зашифрованной цифрой в соответствии с характеристикой и внешним ви-

дом, указанными в табл. 8.

43

Шкала состоит из 6 пронумерованных квадратов. Её нужно поднять на вытянутой руке до уровня глаз наблюдателя. Наблюдатель смотрит на дым в месте выхода его из источника, определяет номер квадрата (рис. 5).

Для характеристики режима сгорания топлива качественно с помо-

щью шкалы оценивается степень прозрачности (чернота) дыма (рис. 5).

Рис. 5. Определение степени прозрачности дыма

Прозрачность дыма q, % при количестве отсчётов n рассчитывается:

Q 100 20 n1 2n2 3n3 4n4 5n5 n

Прозрачность дыма ниже 40% говорит о неудовлетворительном ре-

жиме сжигания топлива.

44

5.ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ

ВМОНИТОРИНГЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

После отбора проб на стационарных, маршрутных или подфакельных постах проводят анализ данных проб различными методами [26]. Предпо-

чтение отдаётся инструментальным методам измерения как наиболее изби-

рательным и высокочувствительным.

В лабораторном отделении по коммунальной гигиене службы госу-

дарственного санитарного эпидемиологического наблюдения (СГСЭН)

наиболее часто применяют следующие методы исследования:

–фотоколориметрический;

–газоанализатор «Палладий»;

–гравиметрический.

Фотоколориметрические методы анализа – одна из широко ис-

пользуемых разновидностей абсорбционного оптического анализа.

Принцип действия фотоколориметрических газоанализаторов основан на измерении интенсивности окраски цветного соединения, образующегося при взаимодействии измеряемого компонента со вспомогательным реа-

гентом.

Фотоколориметрические газоанализаторы позволяют определять SO2, NO2, NO, аммиак, формальдегид.

Фотометрические приборы имеют высокую чувствительность; под-

бором соответствующих реагентов можно добиться хорошей селективно-

сти, однако точность и избирательность этих приборов достигаются путём их значительного усложнения.

Газоанализатор «Палладий» предназначен для анализа CO. Прин-

цип метода состоит в следующем: ручным насосом накачивают воздух в камеру, которая присоединена к газоанализатору, и определяют концен-

трацию вещества.

45

Гравиметрический метод применяют при анализе пыли. Для этого берут фильтр, взвешивают его в лаборатории, едут на место отбора проб,

протягивают воздух через фильтр, затем в лаборатории опять взвешивают фильтр на аналитических весах и по разности весов определяют концен-

трацию пыли.

При инструментальном анализе состава газовых смесей применяют

идругие методы анализа:

–электрохимические,

–оптические,

–пламенно-ионизационные [27].

Электрохимические методы в основном включают кондуктометри-

ческий и кулонометрический методы.

Работа кондуктометрических анализаторов заключается в регистра-

ции изменений электропроводности раствора, возникающих в результате поглощения газовой смеси. Кондуктометрический метод не требует приме-

нения сложной аппаратуры, приборы обладают высокой чувствительно-

стью, быстродействием и компактностью. Недостатком метода является его неселективность: все растворяющиеся в реактиве с образованием ионов га-

зы сильно влияют на электропроводность электролита.

Кулонометрический метод состоит в непрерывном автоматическом титровании вещества реагентом, электрохимически генерируемым на од-

ном из электродов в реакционной среде. При этом количество электриче-

ства, затраченного на генерацию титрующего агента, служит мерой содер-

жания определяемого вещества в реакционной среде. Количество электри-

чества определяется как произведение измеряемого тока на время генера-

ции до точки эквивалентности.

Кулонометрический метод анализа обладает высокой чувствительно-

стью и широким динамическим диапазоном. Современные кулонометриче-

ские анализаторы имеют сравнительно простое устройство, небольшие га-

46

бариты и массу, сравнительно низкую стоимость. К недостаткам кулоно-

метрических приборов можно отнести низкую селективность и необходи-

мость периодической смены электролита.

Оптические методы анализа включают в себя в основном абсорб-

ционные и эмиссионные методы.

Абсорбционные методы анализа основаны на способности веществ поглощать лучистую энергию в характерных участках спектрального диа-

пазона.

Среди абсорбционных методов в отдельную группу выделяют лазер-

ные методы. Принцип лазерного контроля состоит в следующем: лазерный луч, проходя через газовую среду, взаимодействует с ней, оставляя за со-

бой «след» возбуждённых молекул, излучающих свет обычно на более низ-

кой частоте, чем частота лазерного света (флуоресценция).

Эмиссионные методы анализа основаны на измерении интенсивности излучения анализируемой газовой смеси. Сущность метода состоит в том,

что исследуемые молекулы тем или иным способом приводят в состояние оптического возбуждения и затем регистрируют интенсивность люминес-

ценции или флуоресценции, которая заключается в испускании возбуждён-

ными молекулами квантов света при возвращении молекул в основное со-

стояние.

Пламенно-ионизационный метод применяют при контроле углево-

дородов. Он основан на измерении изменения тока ионизации, полученно-

го при введении в пламя водорода органических веществ. Молекулы орга-

нических веществ, вводимые в пламя, легко ионизируются, в результате че-

го электропроводность пламени резко возрастает. Если такое пламя поме-

стить между электродами, к которым приложено постоянное напряжение,

то между ними появится ионизационный ток, который усиливается и пода-

ётся на регистрирующий прибор.

47

6. МЕТОДЫ ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Наиболее распространенными загрязняющими веществами атмо-

сферного воздуха являются такие вещества, как SO2, NO2, NO, CO и весо-

вая пыль. Определить их можно различными способами:

6.1. Определение двуокиси серы

Одним из веществ, играющих главную роль в загрязнении атмосфер-

ного воздуха, являются окислы серы, которые поступают в атмосферу в ре-

зультате сжигания топлива и промышленных выбросов. Известно, что дву-

окись серы раздражает дыхательные пути, снижает их проходимость. При систематическом вдыхании двуокись серы нарушает углеводный и белко-

вый обмены и другие функции организма человека [28].

Двуокись серы является основной причиной кислотных дождей

(1/3 кислотных дождей вызывает диоксид азота), которые меняют pH озёр,

рек и почвы в местах выпадения осадков и тем самым вызывают гибель растительного и животного мира.

Принцип метода с использованием хлоридом бария

Метод основан на окислении сернистого газа в процессе его улавли-

вания из воздуха раствором хлората калия или перекиси водорода с после-

дующим определением образующегося сульфат-иона с хлоридом бария.

Определению мешают сульфаты, серная кислота и сероводород. Вли-

яние сульфатов и серной кислоты устраняются улавливанием их на фильтр АФА-В-10.

Метод рекомендуется для определения разовых концентраций. Чув-

ствительность определения 5 мкг в анализируемом объёме пробы. Диапазон измеряемых концентраций 0,08-1,5 мг/м3 при отборе пробы объемом 80 л.

48

Отбор проб

Для определения разовой концентрации SO2 исследуемый воздух со скоростью 4 л/мин. протягивают в течение 20 мин. через поглотительный прибор Рыхтера, содержащий 6 мл поглотительного раствора. При исполь-

зовании U-образных поглотительных приборов скорость аспирации не должна превышать 2 л/мин.

Ход анализа

В лаборатории доводят уровень раствора в поглотительном приборе до 6 мл дистиллированной водой. Для анализа 5 мл раствора пробы перено-

сят в пробирки и добавляют по 1 мл раствора BaCl2. Содержимое пробирок тщательно встряхивают и через 15 мин. Определяют оптическую плотность растворов в кюветах шириной 10 мм при длине волны 400 нм относительно воды. Одновременно проводят измерения «нулевой» пробы, для чего 5 мл поглотительного раствора анализируют аналогично пробам. Оптическая плотность нулевой пробы должна быть не более 0,01. Количество SO2

в пробах находят с помощью калибровочного графика по разности резуль-

татов измерений оптической плотности раствора пробы и нулевого раство-

ра. Анализ проб можно проводить визуально.

Принцип тетрахлормеркуратного метода

Метод основан на взаимодействии дихлорсульфитомеркурата, обра-

зующегося в процессе поглощения двуокиси серы раствором тетрахлормер-

курата натрия, с формальдегидом и парарозанилином или фуксином.

Образующееся при этом соединение окрашивает раствор в красно-

фиолетовый цвет, по интенсивности которого определяют содержание

SO2.

Определению мешают окислы азота, озон и соли некоторых тяжё-

лых металлов. Влияние окислов азота устраняется добавлением сульфа-

49

миновой кислоты; озона – выдерживанием пробы перед фотометрирова-

нием; солей тяжёлых металлов – добавлением трилона Б и фосфорной кислоты.

Метод рекомендуется при обследовании районов с малым содержа-

нием SO2 в атмосфере.

Чувствительность определения – 0,1 мкг в анализируемом объёме пробы. Диапазон измеряемых концентраций составляет 0,003-0,24 мг/м3

при отборе пробы объёмом 40 л.

Отбор проб

Для определения разовой концентрации диоксида серы исследуемый воздух протягивают через поглотительный прибор Рыхтера, содержащий

6 мл поглотительного раствора.

Срок хранения отобранных проб в холодильнике – не более 5 дней,

без холодильника – 1-2 дня.

Ход анализа

При отборе проб в жидкостные поглотительные приборы доводят уровень раствора в поглотительном приборе до метки (6 мл). Переносят жидкость из поглотительного прибора в пробирку и отбирают 5 мл рас-

твора для анализа.

К 5 мл пробы добавляют по 0,2 мл сульфаминовой кислоты, встря-

хивают и оставляют на 10 мин для разрушения нитритов и окислов азота.

Затем приливают точно по 0,4 мл формальдегида и по 1 мл раствора пара-

розанилина или фуксина. Одновременно проводят измерения нулевой пробы.

Содержимое пробирок тщательно встряхивают и через 30 минут определяют оптическую плотность растворов в кюветах шириной 10 мм при длине волны 575 нм относительно воды.

50