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

Количество SO2 в пробе определяют с помощью калибровочного графика по разности результатов измерений оптической плотности раство-

ров пробы и нулевого. Анализ проб можно проводить визуально.

6.2. Определение двуокиси азота

Известно, что окислы азота поступают в атмосферу в результате вулканической деятельности, при разрядах молний, в процессе жизнеде-

ятельности бактерий. При этом количество этих окислов значительно превышает поступление окислов азота в атмосферу в результате дея-

тельности человека. Однако результирующая фоновая концентрация этих окислов в атмосфере невелика из-за их рассеивания по всей поверхности Земли.

Основными источниками антропогенного выброса окислов азота в атмосферу являются транспорт; электростанции, сжигающие ископаемое топливо, и предприятия, производящие туковые удобрения, анилиновые красители и вискозный шёлк.

Принцип метода

Метод основан на взаимодействии NO2 и сульфаниловой кислоты с образованием диазосоединения, которое, реагируя с L-нафтиламином, да-

ёт азокраситель.

Последний окрашивает раствор от бледно-розового до красно-

фиолетового цвета. По интенсивности окраски раствора определяют коли-

чество диоксида азота.

Метод рекомендуется для определения разовых концентраций. Чув-

ствительность определения – 0,1 мкг в анализируемом объёме пробы. Диа-

пазон измеряемых концентраций составляет 0,03-0,64 мг/м3 при отборе пробы воздуха объёмом 5 л.

51

Отбор проб

Для определения разовой концентрации NO2 исследуемый воздух протягивают через U-образный поглотительный прибор, наполненный 6 мл поглотительного раствора, со скоростью 0,25 л/мин в течение 20 мин. Срок хранения отобранных проб не более 2 суток.

Ход анализа

Уровень раствора в поглотительном приборе доводят дистиллиро-

ванной водой до метки 6 мл. Для анализа 5 мл раствора из каждой пробы переносят в пробирку и добавляют по 0,5 мл составного реактива. Содер-

жимое пробирок тщательно встряхивают и через 20 мин. в пробирки при-

ливают по 5 капель 0,06%-го раствора сернистокислого натрия и опять встряхивают. Измеряют оптическую плотность растворов в кюветах шири-

ной 10 мм при длине волны 540 нм относительно воды.

Одновременно с анализируемой пробой проводят измерения оптиче-

ской плотности нулевой пробы, для чего 5 мл поглотительного раствора анализируют аналогично пробам. Значение оптической плотности нулевого раствора должно быть не более 0,01.

Количество двуокиси азота в пробах находят по калибровочному гра-

фику по разности результатов измерений оптической плотности растворов пробы и нулевого. Анализ проб можно проводить визуально, сравнивая ис-

следуемый раствор со стандартными растворами. Концентрацию определяют при нахождении стандартного раствора близким по цвету к исследуемому.

6.3. Определение окиси азота

Принцип метода

Метод основан на окислении окиси азота хромовой кислотой до дву-

окиси и улавливании последней раствором йодистого калия. При взаимо-

52

действии NO с сульфаниловой кислотой образуется диазосоединение, ко-

торое, реагируя с L-нафтиламином, даёт азокраситель. Последний окраши-

вает раствор от бледно-розового до красно-фиолетового цвета. По интен-

сивности окраски раствора определяют количество оксида азота.

Метод рекомендуется для определения разовых концентраций.

Чувствительность определения – 0,065 мкг в анализируемом объёме пробы. Диапазон измеряемых концентраций составляет 0,013-0,26 мг/м3

при отборе пробы воздуха объёмом 5 л.

Отбор проб

Для определения разовой концентрации NO исследуемый воздух протягивают в течение 20 мин. со скоростью 0,25 л/мин. через систему, со-

стоящую из фильтра, заполненного сорбентом для поглощения NO2, стаби-

лизатором влажности, окислителем, и U-образного поглотительного при-

бора, заполненного 6 мл 8%-го раствора йодистого калия.

Ход анализа

Уровень раствора в поглотительном приборе доводят дистиллиро-

ванной водой до метки 6 мл. Для анализа к 5 мл раствора добавляют 0,5 мл составного реактива и встряхивают. Через 20 мин перед измерением в пробирку вносят по 5 капель 0,06%-го раствора сульфита натрия и ещё раз встряхивают. Измерения проводят в кюветах шириной 10 мм при длине волны 540 нм относительно воды.

Одновременно с анализируемой пробой проводят измерения оптиче-

ской плотности нулевой пробы, для чего 5 мл поглотительного раствора анализируют аналогично пробам. Значение оптической плотности нулевого раствора должно быть не более 0,01.

Количество окиси азота в пробах находят по калибровочному графи-

ку по разности результатов измерений оптической плотности растворов пробы и нулевого.

53

Анализируемый газ через фильтр с помощью побудителя расхода по-

ступает на стабилизатор расхода.

Избыток газа, поступающий на стабилизатор расхода, сбрасывается на выходной штуцер газоанализатора. Перед входом электрической ячейки находится индикатор расхода, показывающий наличие расхода газа через ячейку.

В электрохимической ячейке происходит преобразование электро-

химической реакции окисления детектируемого газа в электрический сигнал.

Электрохимическая ячейка работает совместно с усилительным устройством. Усилительное устройство создаёт на электродах потенциал,

а на выходе вырабатывает постоянное стабилизированное по температуре напряжение.

Это напряжение поступает на преобразователь унифицированного выходного сигнала, на устройство сигнализации, которое вырабатывает световой, звуковой сигналы и положительное напряжение на реле, на устройство индикации, аналого-цифровой преобразователь информацион-

ного цифрового сигнала и устройство сигнализации о рабочем состоянии газоанализатора.

6.5. Определение весовой концентрации пыли

Пыль – совокупность мелко раздробленных частиц твёрдого веще-

ства, находящегося во взвешенном состоянии.

В зависимости от происхождения, т.е. способа получения, различают пыль естественного происхождения и пыль промышленную. Первая обра-

зуется в результате процессов, не связанных непосредственно с процессом производства, хотя может быть определённая взаимосвязь между этим ви-

дом пылеобразования и хозяйственной деятельностью человека. К пыли

55

естественного происхождения относят пыль, поднимающуюся в воздух в результате эрозии почвы, пыль, образующуюся при выветривании горных пород, и т.д.

Промышленная пыль возникает непосредственно в процессе произ-

водства. Почти каждому виду производства сопутствует характерный для него вид пыли.

Совокупность мелко раздробленных частиц, на создание которых направлен технологический процесс, правильнее называть пылевидным материалом, например мука, сахарная пудра, цемент, алебастр и т.д. Одна-

ко большая часть видов пыли возникает при процессах, связанных с обра-

боткой материалов, например, при сортировке, резании, шлифовании и т.д.,

а также при транспортировке материалов и связанных с этим операциях:

погрузке, выгрузке, перегрузке.

Принцип метода

Запылённость воздуха определяют по привесу, полученному после аспирации воздуха через аэрозольный фильтр.

Метод рекомендуется для определения разовых и среднесуточных концентраций.

Чувствительность определения 0,2 мг пыли в пробе.

Диапазон измеряемых концентраций 0,1-10 мг/м3 при отборе пробы воздуха 2 м3.

Отбор проб

Для определения разовой концентрации исследуемый воздух протя-

гивают через фильтр со скоростью до 50 л/мин. Для определения среднесу-

точной концентрации пыли исследуемый воздух протягивают через один и тот же фильтр 6 раз по 20 мин с той же скоростью, что и при отборе разо-

вых проб, через равные промежутки времени.

56

Ход анализа

После отбора пробы фильтр не менее часа выдерживают и доводят до постоянного веса. Если отбор пробы проводился при относительной влаж-

ности воздуха, то фильтр необходимо поместить в сушильный шкаф на 30-

50 мин., а затем 40-50 мин. выдерживать в условиях комнатной температу-

ры и влажности.

Количество пыли определяется по разности веса фильтра до и после протягивания анализируемого воздуха.

57

7. МЕТОДЫ И АППАРАТЫ

ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ

Огромное значение в решении проблемы защиты атмосферного воз-

духа придается мерам научно-технического характера, в частности разра-

ботке новых малоотходных и безотходных технологий [29]. Технология должна позволять обеспечивать производство необходимых продуктов не только с минимальными расходами сырья, энергии и рабочей силы, но и с соблюдением экологических условий, сводящих к минимуму выбросы вредных веществ в атмосферу.

Существуют пять основных методов удаления газообразных загряз-

нителей:

–абсорбция,

–адсорбция,

–конденсация,

–химическая обработка,

–сжигание горючих загрязнителей [30].

Для абсорбции газа используют жидкие растворители. Её примене-

ние особенно эффективно при значительных концентрациях газообразных загрязнителей [31]. Однако возможно применение этих растворителей и при весьма низких концентрациях, когда растворимость газа в жидкости очень высока.

Хотя вода используется как растворитель наиболее часто, для погло-

щения газов, плохо растворимых в воде, можно применять другие раство-

рители с низким давлением пара; примером указанных газов могут служить углеводороды или сероводород. Вода, используемая для абсорбции, может содержать добавки химических веществ: кислот, щелочей, окислителей или восстановителей, реагирующих с поглощаемым газом и снижающих равно-

весное давление его пара [32].

58

Адсорбцию применяют для удаления большего числа различных газообразных загрязнителей, особенно органических, до получения их очень низких объёмных концентраций. Основными областями примене-

ния этого метода являются обработка больших объёмов газов с очень низкой концентрацией загрязняющих веществ и снижение концентраций этих веществ до следовых уровней [33]. Полярные адсорбенты, такие как активированные оксиды алюминия, силикагель и молекулярные сита, об-

ладают высокой селективностью по отношению к газам с полярными мо-

лекулами.

Однако присутствие таких часто встречающихся полярных продук-

тов, как водяной пар, может приводить к снижению их адсорбирующей способности по отношению к другим веществам или делать их вовсе не-

эффективными.

Неспецифический адсорбент – активированный уголь – получил наиболее широкое распространение. Он является одним из немногих ад-

сорбентов, которые можно использовать для влажных газов. Вследствие неспецифичности активированный уголь адсорбирует все газы, присут-

ствующие в малых количествах, пропорционально их концентрациям, по-

этому следует учитывать тот факт, что, помимо газа, который необходимо уловить, будут адсорбироваться и другие примеси.

Поскольку адсорбент должен регенерироваться для повторного ис-

пользования, при разработке процесса необходимо также подробно рас-

сматривать и стадии десорбции. Некоторые материалы обладают такой сильной адсорбирующей способностью, что при десорбции одновремен-

но удаляется некоторое количество молекул адсорбента (хемосорбция).

Другие материалы, на которых происходит полимеризация в порах ад-

сорбента, постепенно теряют свою активность, потому что удаление по-

лимерного материала не происходит и площадь поверхности адсорбента уменьшается [34].

59

Конденсация может быть применена для удаления материалов, име-

ющих низкое давление пара при умеренных температурах, материалов с высоким давлением пара в тех случаях, когда не требуется удаление за-

грязнений до столь низких концентраций, как миллионные доли [35].

Необходимость охлаждения при конденсации значительно снижает эконо-

мическую эффективность этого метода обработки.

Каталитические методы основаны на химическом превращении токсичных компонентов в нетоксичные на поверхности твёрдого катализа-

тора. Очистке подвергаются газы, не содержащие пыли и катализаторных ядов. Эти методы используют для очистки газов от оксидов азота, серы, уг-

лерода и органических примесей. Их проводят в реакторах различных кон-

струкций [36].

Термические методы применяют для обезвреживания газов от легко воспламеняющих токсичных и дурно пахнущих газов [37]. Мето-

ды основаны на сжигании горючих примесей в топках печей или фа-

кельных горелках. Преимуществом метода является простота аппарату-

ры и универсальное использование. Недостатком метода является до-

полнительный расход при сжигании концентрации газов, необходи-

мость дополнительно абсорбировать и адсорбировать очистки газов по-

сле сжигания.

Существуют следующие методы осаждения пыли:

–сухой метод очистки,

–фильтрация,

–мокрый метод очистки,

–электрический метод очистки [38].

В основе работ сухих аппаратов лежат гравитационные, инерцион-

ные и центробежные механизмы осаждения. Перечисленные аппараты от-

личаются простотой изготовления и эксплуатацией. Их достаточно широко используют в промышленности [39].

60