Курсовая Эко.Мониторинг ОС

службе» как долгосрочные наблюдения за состоянием окружающей природной среды, ее загрязнением и происходящими в ней природными явлениями, а также оценка и прогноз состояния ОПС, ее загрязнения [12].

10

3. Методы и приборы определения запыленности воздуха

3.1 Обзор пылемеров Пылемеры, приборы для определения концентрации и (или)

дисперсного состава, т. е. распределения по размерам (в основном в интервале от менее 1 мкм до нескольких десятков мкм), взвешенных в атм.

воздухе или промышленных газах твердых частиц (пыли, дымы) аэрозолей.

Концентрацию пыли можно измерять без отбора пробы запыленного газа и с ее отбором. В последнем случае необходимо, как правило, получать осадок пыли; для ряда приборов наличие такого осадка не требуется.

Массовые пылемеры - ручные либо автоматические приборы периодического или непрерывного действия. Пробу запыленного газа отбирают через специальную трубку, установленную входным отверстием навстречу газовому потоку с соблюдением равенства скоростей газа во входном сечении трубки и в потоке. Фиксированный объем пробы просасывают через фильтр и по его привесу находят массу выделенной из газа пыли. Ее концентрацию определяют по отношению массы пыли к данному объему газа. Фильтрующие материалы - тонковолокнистые

(стеклянные, синтетические или минеральные), фильтровальная бумага.

К массовым пылемерам относят радиоизотопные приборы для автоматического измерения концентрации пыли по приросту массы осадка на фильтре. Действие их основано на пропускании β- или γ-излучения через предварительно запыленный фильтр и нахождении степени поглощения этого излучения. Непрерывная работа таких приборов достигается применением движущихся ленточных стекловолокнистых фильтров.

Оптические пылемеры. В фотометрических пылемерах,

используемых преимущественно для анализа атмосферного воздуха, массу пыли оценивают по интенсивности света, рассеянного (поглощенного)

осадком на фильтре (обычно ленточном). Для контроля концентраций промышленных пылей наиболее распространены собственно оптические

пылемеры, действие которых основано на поглощении или рассеянии

11

светового пучка, пропущенного через слой запыленного газа в газоходе. В

первом случае луч света от источника проходит через газовый поток и,

будучи ослабленным за счет поглощения частицами пыли, попадает на один из двух фотоприемников. Одновременно на другой фотоприемник падает луч сравнения. При мостиковой схеме соединения обоих фотоприемников возникает сигнал рассогласования, который является функцией степени поглощения пучка света и, следовательно, площади поверхности частиц пыли в потоке. Отличие пылемеров, измеряющих общее рассеяние света запыленным газовым потоком, состоит в том, что на фотоприемник поступают световые импульсы, рассеянные отдельными частицами пыли

(рис. 3.1). Оптические полуавтоматические приборы требуют калибровки для каждого вида пыли, т.к. их показания зависят от ее дисперсного состава и оптических свойств. Применение ИК-излучения позволяет уменьшить нижний предел измерений этих пылемеров с 30 - 50 до 10 мг/м3.

Рис. 3.1 - Оптический пылемер: 1, 5 - защитные стекла; 2 - газоход; 3, 4

- световые ловушки; 6, 10 - линзы; 7 - мостовая измерительная схема; 8 -

фотоприемник; 9 - источник света.

Широкую группу пылемеров составляют автоматические приборы, в

которых непрерывно отбираемую пробу газа анализируют без получения пылевого осадка. Наиболее просты контактно-электрические пылемеры,

12

действие которых основано на приобретении частицами пыли при трении о внутреннюю поверхность обычно пластмассовой трубки трибоэлектрического заряда; его величина пропорциональна площади поверхности частиц. Недостаток таких пылемеров - зависимость концентрации пыли не только от распределения частиц по размерам, но и от их электрических свойств. В индукционных пылемерах предварительно заряженные пылевидные частицы пропускают через измерительную камеру со специальным электродом, на котором индуцируется заряд, служащий мерой общего заряда частиц, определяемого площадью их поверхности и,

значит, мерой концентрации при условии постоянства дисперсного состава пыли. В емкостных пылемерах запыленный воздух просасывают через трубку, внутри которой установлено устройство в виде двух пластин; между ними помещена сетка, находящаяся под напряжением. Устройство включено в контур генератора, частота колебаний которого f изменяется по мере осаждения частиц на сетке; изменение f - мера массы осажденной пыли.

Для измерения низких (до единиц мг/м3) концентраций пыли,

присутствующей в основном в атмосферном воздухе, применяют фотоэлектрические счетчики, в которых запыленный воздух пропускают через освещенную зону (от 0,03 до нескольких мм3) и с помощью фото умножителя регистрируют световые импульсы, рассеянные отдельными частицами под углами до 90°. Эти импульсы преобразуются в импульсы напряжения, которые посредством электронной схемы сортируются по амплитудам на несколько диапазонов в соответствии с размерами частиц.

Благодаря такой сортировке в приборах с рассеянием под малыми углами

(несколько град.) снижается влияние различных факторов на показания счетчика, который без специальной калибровки одновременно определяет концентрацию и размеры частиц (в интервале 0,3 - 20 мкм). Главный недостаток - ограниченный верхний предел так называемой счетной концентрации, который при использовании белого света лампы накаливания

13

близок к 108 частиц/м3 и увеличивается в несколько раз в случае использования лазерного пучка. При концентрациях пыли более нескольких мг/м3 газ предварительно разбавляют чистым воздухом. Одно из актуальных направлений развития таких счетчиков - объединение их с микропроцессорной системой, позволяющей полностью автоматизировать счет частиц при одновременном определении их размеров, поверочную калибровку приборов и выдачу данных в компактном виде (на цифровом печатающем устройстве или магнитной ленте).

Определение дисперсного состава промышленных пылей, особенно при их высоких концентрациях (несколько десятков мг/м3 и более), требует отбора пробы из газового потока с последующим суспендированные пыли в жидкой или газовой фазе, для чего используют специальные приборы. Для измерений размеров частиц без нарушения их агрегатного состояния (это важно для пылей конденсационного происхождения) широко применяют ручные приборы-импакторы (рис. 3.2), в которых сепарацию пыли осуществляют непосредственно в ходе отбора пробы, что позволяет оценивать размеры агрегированных (скоагулированных) частиц. Пыль,

присутствующая в пробе, разделяется на 5 - 8 фракций при пропускании газа через последовательно установленные сопла постепенно уменьшающегося диаметра. Частицы соответствующего размера осаждаются на плоских подложках, размещенных напротив сопл. Содержание различных фракций находят по привесу подложек за время отбора пробы. Импакторы позволяют одновременно с дисперсным составом оценивать также концентрацию пыли в газовом потоке.

14

Рис. 3.2 - Импактор: 1, 5 - входной и выходной патрубки; 2 - корпус; 3 -

пылевой осадок; 4, 7 – 10 - сопла; 6 - фильтр.

Для большинства пылемеров характерна погрешность измерений до

20%. Наименьшей погрешностью обладают радиоактивные приборы, а также фотоэлектрические счетчики, наибольшей - ручные массовые пылемеры. При условии соответствующей калибровки ряд пылемеров можно применять также для определения концентраций и дисперсного состава туманов.

В таблице 3.1 представлены пылемеры, выпускаемые в настоящее время нашей промышленностью.

Таблица 3.1 - Пылемеры, выпускаемые российской промышленностью