4. Автоматические приборы для контроля качества воздуха

В настоящее время разработаны и успешно используются многочисленные автоматические приборы, позволяющие контролировать качество воздуха одновременно по нескольким компонентам. Эти приборы выпускаются как в стационарном исполнении, так и в виде передвижных мобильных станций. Выпуском таких приборов занимаются

многочисленные фирмы за рубежом и на просторах СНГ.

Например, непрерывно работающий недисперсионный инфракрасный газоанализатор, основанный на поглощении инфракрасного излучения многоатомными гетероядерными молекулярными газами. Оптимальная чувствительность, а также высокая селективность по отношению к другим компонентам в пробе газа достигаются за счет оптопневматических приемников излучения, оптимизированных в зависимости от применения. Измерительная конструкция с термостатом позволяет охватывать мельчайшие диапазоны измерения. Электрохимическим датчиком может дополнительно производиться измерение концентрации кислорода. Диапазон измерения для кислорода до 25 об.%. Пределы обнаружения отдельных компонентов составляют (в ppm): CO – 100; CO₂ – 50; СH₄ – 200; SO₂ – 200; C₃H₈ – 100; NO – 500; N₂O – 50; фреон – 100 и т.д.

Широкое применение для регистрации выбросов промышленных предприятий, а также исследования загрязнений атмосферы получили лазерные методы, в которых учитывается рассеивание излучения лазера частицами аэрозолей и молекулами газов. Рассеянная энергия попадает на приемную антенну локатора. Регистрируя и расшифровывая следы взаимодействия лазерных импульсов с атмосферными слоями, можно извлечь информацию о давлении, плотности, температуре, концентрации различных газовых составляющих атмосферы и других параметрах.

Создание лазеров большой мощности с узким и стабильным спектром излучения, лазеров с полностью автоматизированным циклом работ и передачей результатов в вычислительный центр, совершенствование методов извлечения информации из результатов зондирования позволяют осуществлять оперативный контроль степени загрязнения атмосферы в широких масштабах.

Электрические газоанализаторы подразделяются на

кондуктометрические и кулонометрические. В основу принципа действия кондуктометрических приборов положено поглощение анализируемого компонента газовой смеси соответствующим раствором и измерение его электропроводности. Такие газоанализаторы широко применяются для определения концентрации сероводорода, сернистого ангидрида, аммиака, оксида и диоксида углерода. В кулонометрических газоанализаторах электрохимическая реакция протекает в ячейке между анализируемым газом и электролитом, в результате которой во внешней цепи появляется электродвижущая сила, пропорциональная концентрации определяемого компонента воздуха. Этим методом можно измерять содержание в атмосфере сернистого ангидрида, сероводорода, диоксида азота, озона, фтористого и хлористого водорода и др.

В последние годы получили распространение газоанализаторы, использующие не поглощение, а эмиссию излучения анализируемой газовой примеси. Сущность этого метода состоит в том, что исследуемые молекулы, например озона, оксидов азота, соединений серы, тем или иным способом приводят в состояние оптического возбуждения и затем регистрируют интенсивность люминесценции, возникающей при

возвращении их в равновесное состояние. Применяются три типа люминесценции (и соответственно три типа газоанализаторов),

различающихся между собой по типу возбуждения: хемилюминесценция (возбужденные молекулы возникают в ходе химической реакции), оптически возбуждаемая люминесценция (флюоресценция) и

люминесценция в пламени (пламенно-фотометрические газоанализаторы).

Радиоизотопный метод измерения концентрации пыли основан на свойстве радиоактивного излучения (обычно β-излучения) поглощаться частицами пыли. Массу уловленной пыли определяют по степени

ослабления радиоактивного излучения при прохождении его через слой накопленной пыли.

Результаты измерения концентрации пыли радиоизотопным методом зависят в некоторой степени от химического и дисперсного состава, что обусловлено особенностью взаимодействия радиоактивного излучения с веществом и нелинейностью зависимости степени поглощения от толщины слоя поглотителя. Однако, как показали исследования, эта погрешность не превышает ± 15%. В то же время методика измерения концентрации пыли радиоизотопным методом проще и не уступает гравитационному методу по точности и чувствительности и при создании автоматических систем контроля атмосферного воздуха вполне может заменить гравитационный метод.

Одним из перспективных способов измерения концентрации пыли является пьезоэлектрический метод. Возможны два варианта этого метода. В основе первого лежит измерение изменений частоты колебаний пьезокристалла при осаждении на его поверхности пыли. Этот метод позволяет непосредственно измерять массовую концентрацию пыли. В основе второго – счет электрических импульсов, возникающих при соударении частиц пыли с пьезокристаллом. Этот метод может быть использован для счетной концентрации частиц пыли.

Стационарный многокомпонентный газоанализатор промышленных выбросов АНКАТ-410 предназначен для непрерывного экологического и технологического контроля топливосжигающих и технологических установок, измеряет концентрации О₂, СО, СО₂, NО, NО₂, SО₂, H₂S, НCl, NН₃, Cl₂, а также для анализа отработанных газов тепловозов и других дизельных двигателей. Область его применения: топливосжигающие и технологические установки предприятий энергетики, металлургической, стекольной, химической и нефтяной промышленностей, предприятия производители строительных материалов, железнодорожный транспорт. В анализаторе использован электрохимический и оптикоабсорбционный методы. Способ забора пробы – принудительный (от внешнего побудителя расхода, либо за счет избыточного давления).

НПО «Химавтоматика» Россия выпускает передвижной комплекс, который предназначен для измерения содержания различных

неорганических веществ в атмосфере, воздухе рабочей зоны; газовых выбросах, жидких средах, включая взвеси; почвах и донных отложениях на основе ионного хроматографа («Стайер» или «ЦветЯуза») с

кондуктометрическим детектором. Комплекс позволяет определять концентрации NO, NO₂, HNO₃, S^2–, H₂SO₄, HCl, HF и NH₃ в пробах промышленных выбросов, атмосферного воздуха и воздуха рабочей зоны.

Ранее были разработаны и выпускались стационарные и передвижные лаборатории для контроля воздушного бассейна в городах и

промышленных центрах (Пост, Атмосфера), автоматизированные системы контроля загрязнений атмосферы «Воздух»).

Наиболее распространенные модели приборов для измерения концентраций пыли и газообразных примесей в атмосферном воздухе приведены в табл.4.

Тип прибора	Метод измерений	Определяемое вещество	Измеряемая концентрация, мг/м3	Погрешность,%
ППА	Гравитационный (фильтрация)	Аэрозоль	Свыше 1,0	±20
ПРИЗ	Радиоизотопный (β – излучение)	»	1-500	±15
ФЭКП	Ленточный фотометр	»	0-4000	±20
ФЭН-90	Нефелометрический	»	0-300	±5,0
АЗ-5	Счетчик частиц (регистрация рассеянного света)	»	1-300	±20
КДМ-1	Пьезоэлектрический	»	0-100	±8,0
ОА-5501	Оптико-акустический	CO;CH4;CO2	0-4000	±5,0
ФЛ-5601	Фотоколориметрический	SO2;NH3;NOX;H2S	0-20	±10
«Атмосфера»	Электрохимический	O3;SO2;H2S	0-15000	-
КУ-3	Кондуктометрический	CO;CO2;пары бензина	0-500	±5,00
8440	Хемилюминесцентный	NOX	0-5	±3,0
645 ХЛ 01	Хемилюминесцентный	CO;NO2;NO+NO2	0-7,5	±20
ГПИ-А	Пламенноионизационный	Углеводороды	0-5	±1,0
623 ИН02	Хроматографический с пламенноионизационным детектором	Сумма углеводородов,CH4	0-50	±15-20
623ЛА01	Лазерный абсорбционный	CH4	0-0,001	±25

Разработано множество автоматических анализаторов для

определения опасной концентрации метана в шахтной атмосфере. Например, переносные анализаторы метана и диоксида углерода «Сигнал», АМТ-03 предназначены для автоматического контроля и измерения объемной доли метана и диоксида углерода, выдачи световой и звуковой сигнализации при превышении установленных значений объемной доли метана или диоксида углерода в выработках шахт. Способ забора пробы – диффузионный. Принцип действия – термохимический в диапазоне измерения от 0 до 2,5 об.%, термокондуктометрический в диапазоне измерения от 5 до 100 об.%.

Анализаторы метана АТ1-1 и АТ3-1 предназначены для непрерывного местного и централизованного контроля метана, выдачи сигнала на автоматическое отключение электрической энергии контролируемого объекта при достижении предельно допустимой объемной доли метана в угольных шахтах, опасных по газу и пыли, а также для контроля скоплений природного газа в городских подземных коллекторах, подвалах общественных зданий, на газозаправочных станциях, у устья буровых скважин.

Инфракрасные датчики-газоанализаторы ДАК предназначены для непрерывного автоматического измерения довзрывоопасных концентраций метана СН₄, пропана С₃Н₈, суммы предельных углеводородов С₁ - С₁₀, в том числе паров нефти и нефтепродуктов, объемной доли диоксида углерода СО₂ в воздухе рабочей зоны помещений и открытых пространств, в том числе во взрывоопасных зонах производственных помещений и наружных установок, а также для измерения объемной доли ацетилена С₂Н₂ в газовых магистралях технологических объектов.

Термохимический сигнализатор концентрации метана СГШР

предназначен для непрерывного автоматического контроля

довзрывоопасных концентраций метана в атмосфере угольных шахт. Сигнализатор используют в составе проходческих или очистных комбайнов, а также компрессорных установок с обеспечением функции автоматического отключения электроэнергии, подаваемой на комбайны, компрессорные установки и другие шахтные устройства и механизмы при превышении концентрацией метана пороговых значений.

В завершение, необходимо отметить целый ряд газовых

хроматографов, позволяющих контролировать в атмосфере токсичные неорганические и органические компоненты.

Вопросы и задания для самостоятельной работы

1. Какие газообразные загрязнители определяют в воздухе? Какие аналитические методы для этого применяют и на чем они основаны?

2. Какие автоматические приборы для контроля качества воздуха Вы знаете? Какие компоненты они позволяют определять и на чем основано их действие?

3. Для определения каких загрязнителей воздуха применяют атомно-абсорбционную спектроскопию? Как осуществляется отбор проб?

4. Перечислите известные Вам источники поступления тяжелых металлов в атмосферу. Какие виды хозяйственной деятельности вносят наибольший вклад в загрязнение воздуха тяжелыми металлами?

5. Что называется индексом черного дыма? Как его определяют?

6. С помощью индикаторных трубок в воздухе было найдено содержание H₂S 0,0003 %_об. ПДК_м.р. = 0,008 мг/м³. Соответствует ли атмосферный воздух санитарным нормам? Ответ обоснуйте.

7. Через фильтр массой 0,1042 г пропустили 5000 л воздуха. После этого масса фильтра составила 0,2163 г. Осадок на фильтре растворили, раствор перенесли в мерную колбу объемом 25,00 см³ и разбавили до метки. В полученном растворе атомно-абсорбционным методом была определена концентрация свинца, которая составила 1,3 мкг/мл. Рассчитайте: а) содержание свинца в воздухе в мг/м³; б) содержание взвешенных частиц в мг/м³.