Средства контроля воздушной и других жидких сред

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

ФГБОУ ВПО «Пензенская  государственная технологическая  академия»

Кафедра « Биотехнология и техносферная безопасность »

Дисциплина «Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический мониторинг»

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

На тему: Средства контроля воздушной и других жидких сред

 

 

 

 

 

 

 

     

Выполнил: студент группы 08эк1в                                

                                                      Борзихина О.И.

                                 Проверил: Парфенова Е.А.

 

 

 

 

ПЕНЗА 2012 г.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………………..3

1. Средства контроля воздушной и других газообразных сред……………….5

2. Средства контроля вод и других жидких сред……………………………...23

Заключение………………………………………………………………………42

Список литературы……………………………………………………………...43

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

        В настоящее время существует несколько классификаций средств измерений, в основу которых, в зависимости от цели исследований, положены различные принципы (основания) для классификации. Так, средства экоаналитических измерений можно разделить на группы:

• автоматические и неавтоматические («ручные») - в зависимости от степени их автоматизации, т.е. способности средств выполнять все или отдельные операции экоаналитического цикла (пробоотбор, пробоподготовка, собственно измерение и др.) без участия человека;

• мобильные и стационарные - в зависимости от возможности перемещения СИ к источнику загрязнения (различают «носимые» - одним человеком, причем постоянно, «переносные» - одним или несколькими людьми для эпизодического измерения и «перевозимые» - с помощью каких-либо транспортных средств);

• анализаторы и сигнализаторы - в зависимости от формы выдаваемого аналитического эффекта («анализатор» - в виде количественной характеристики содержания вещества или другого показателя ОС, а «сигнализатор» - в виде любого сигнала, свидетельствующего о превышении допустимого уровня фиксируемого параметра);

• универсальные СИ - измеряющие содержание практически любых веществ различных классов (например, хроматограф или спектрофотометр), групповые - анализирующие ряд сходных по свойствам веществ одного класса или группы (например, атомно-адсорбционный анализатор тяжелых металлов или многоцелевой анализатор выхлопных газов автотранспорта) и целевые -специфичные к конкретным веществам (например, анализатор СО, анализатор паров Hg и т д);

• по анализируемой среде газоанализаторы - для газов (атмосферы), аква-анализаторы - для анализа вод, анализаторы сыпучих тел (почвы, пыли и др ) и т.д.,

• аналоговые и цифровые - по способу регистрации результатов и т д. Кроме весьма часто используемых, указанных выше классификации, одной из наиболее широко применяемых является классификация по методу измерений, составляющему основу (принцип) действия СИ. Очень часто название метода дает имя и средству измерения («хроматограф», «спектрофотометр», «хромато-масс-спектрометр», «кондуктометр», «нефелометр», «полярограф» и др.).

При совмещении всех вышеуказанных  оснований и при дальнейшей детализации средств измерения по особенностям анализируемых сред формируется наиболее широко применяемая в настоящее время на практике «прагматическая» классификация средств измерений, которая используется в том числе при ведении российского Государственного реестра СИ Деление средств измерений на группы и подгруппы в ней осуществляется по контролируемой среде, по ее особенностям, а далее -по методам, классам и видам определяемых веществ и т.д.

Рассмотрим более подробно и проанализируем особенности наиболее часто применяемых технических средств, группируемых в соответствии с предложенной прагматической их классификацией.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Средства контроля воздушной  и других газообразных сред

          По сложившейся традиции, в отечественном газоаналитическом приборостроении и мониторинге загрязнения атмосферы средства контроля газообразных сред подразделяют на.системы (комплексы),приборы и другиетехнические средства контроля загрязнения (ТСКЗ) воздушного бассейна, при этом группируя их по особенностям анализируемой воздушной среды следующим образом:

• ТСКЗ атмосферы (атмосферного воздуха),

• ТСКЗ воздуха населенных мест и жилых помещений;

• ТСКЗ воздуха рабочей зоны и производственных помещений;

• ТСК выбросов и паро-воздушных смесей, поступающих в атмосферу.

В экоаналитическом контроле загрязнений воздуха чаще всего применяются три первых типа средств, тогда как четвертая группа скорее относится к техническому контролю производственных процессов и контролю выбросов в атмосферу. Однако, так как данные средства позволяют характеризовать источник воздействия (загрязнения) окружающей среды, это дает возможность также относить их к средствам экоаналитического контроля - мониторинга воздействия на ОС. При этом ТСКЗ атмосферы также традиционно подразделяют по степени их автоматизации - на автоматические газоанализаторы (средства измерения содержания 3В) и/илигазосигнализаторы (средства индикации уровня загрязнения) и неавтоматизированные приборы или другие средства контроля паро-воздушных смесей и газовой среды (например, ручные экспрессные газоопределители).

На современном российском рынке средств экоаналитического  контроля более всего распространены автоматические газосигнализаторы, которые  постепенно замещаются газоанализаторами, являющимися средствами измерения - со всеми вытекающими из этого «метрологическими последствиями» Значительную долю этого рынка также до сих пор занимают неавтоматизированные ТСКЗ атмосферы (ТСКЗА) на основе индикаторных трубок, полуколичественных экспресс-тестов, индикаторных билетов, бумажек, красок, мелков, пленок и т.д. Именно такие средства являются наиболее доступными для общественного экологического контроля и «школьного» экомониторинга в силу их простоты и дешевизны. Профессионально они чаще всего используются при полевом контроле «на месте» для решения первой задачи в технологической цепочке - «поисковой», а также для предварительных и весьма приблизительных («полуколичественных») измерении. Примеры наиболее типичных средств и их основные характеристики рассматриваются далее.

Всего в Госреестре средств измерения (СИ), по данным, зафиксировано более 150 марок отечественных (35%) и импортных (около 65%) газоаналитических приборов, являющихся аттестованными СИ. Они могут быть сгруппированы по убыванию их числа следующим образом:

• промышленные газоанализаторы (автоматические приборы контроля воздуха рабочей зоны и промвыбросов) - более 60 (свыше 40%);

• анализаторы атмосферного воздуха - около 50 (30%);

• газоанализаторы транспортных выбросов - около 20 (13%);

• аппаратура контроля пыли и дымности - около 20 (13%);

• иные (экспресс-определители и др.) - более 5 (около 4%).

Таким образом, можно  отметить, что из приведенных типов  автоматических ТСКЗ воздушной среды  собственно средствами прямогоэкологического контроля атмосферы сегодня являются только примерно 30-45% средств (остальные косвенно - как приборы контроля воздействий на нее).

Среди промышленных газоанализаторов (за исключением анализаторов выбросов автотранспорта, рассматриваемых отдельно) наиболее часто применяются автоматические приборы, предназначенные для контроля воздуха в помещениях рабочей зоны, а также выбросов различных произволе гв и теплоэнергетических установок для следующих загрязняющих веществ (расположены в порядке убывания частоты контроля):

1) окиси углерода (СО) - более 16 типов приборов (65%);

2) двуокиси серы (SO₂;) - около 15 типов (более 60%);

3) окиси азота (NО) - около 14 типов (примерно 58%);

4) двуокиси азота (NО₂) - примерно 8 типов (около 33%);

5) кислорода (О₂) - около 7 типов (примерно 30%);

6) сероводорода (Н₂S) - около 6 типов (около 25%);

7) двуокиси углерода (СО₂) - около 5 типов (примерно 21%);

8) суммы оксидов азота  (NO_x) - примерно 4 типа (более 15%);

9) хлора (Сl₂), аммиака (NH₃) - примерно по 2 типа (по 8%);

10) органических и других  веществ - несколько типов (около 12%).

При этом некоторые промышленные газоанализаторы способны измерять важнейшие физические показатели воздушной  среды - температуру (Т), давление (Р), скорость газовых потоков и другие параллельно  с измерением концентраций указанных  веществ.

Анализаторы атмосферного воздуха в наибольшей степени ориентированы на контроль двуокиси серы (примерно 30%), окислов азота и ртуть (примерно по 23%), озон (почти 18%), а также на менее значимые вещества - сероводород, сероуглерод, аммиак, сумму углеводородов, пыль и др. Кроме этого, в эту группу входят средства, фиксирующие метеопараметры (температуру воздуха, скорость и направление ветра).

Отечественные газоанализаторы транспортных выбросов, как правило, в комплексе измеряют содержание окиси углерода (100% приборов), углеводородов (100%), двуокиси углерода (30%), окислов азота и серы (по 15%), а также (редко) дымность и число оборотов двигателя. 
Более часто, чем вышеуказанные автоматические приборы газового анализа, при контроле загрязнения воздуха применяются процедуры лабораторного анализа с использованием гостированных, а также других официальных методик выполнения измерений (МВИ). Однако они тоже требуют соответствующих технических средств контроля, которыми являются весьма широко применяемые лабораторные приборы универсального типа (хроматографы, спектрофотометры и т.д.).

При лабораторном экоаналитическом контроле 3В в воздухе фоновых  районов, населенных пунктов и в  промышленных выбросах в основном применяется  технология контроля с разделенными процедурами отбора и измерения показателей проб. При этом в числе универсальных приборов лабораторного анализа, на которых в соответствии с РД 52.04.186-89 и 52.18.595-96 реализуется не менее 130 методик выполнения измерений загрязняющих атмосферу веществ (в процентном отношении от общего их числа), находятся следующие типы средств:

• фотометры и спектрофотометры - около 50% (более 60 методик);

• хроматографы  (ГХ, ГЖХ, ЖХ) - около 20% (около 30 методик);

• атомно-абсорбционные  спектрометры -около 10% (около 15 методик);

• потенциометрические  приборы - примерно 4% (5 методик);

• флуориметры и различные  титраторы - примерно по 2,5% (по 3);

• кулонометры и весовые  приборы - примерно по 1,5% (по 2);

• остальные (хромато-масс-спектрометры, рентгено-флуоресцентные и электрометрические приборы и т.д.) - менее 1% (по 1-2 методики).

Из приведенных данных следует, что с помощью трех наиболее часто применяемых типов лабораторных измерительных приборов (фотометры, хроматографы и ААС-спектрометры) могут  решаться примерно 80% всех основных экоаналитических задач контроля воздуха, выполняемых в лабораторных условиях.

Рассмотрим далее последнее  из указанных в табл. 1-2 оснований  для классификации ТСКЗ атмосферного воздуха - «определяемое вещество» и кратко охарактеризуем наиболее часто применяемые для этого средства.

Принципиальным моментом в отборе средств, включенных в таблицу, является отбор «приоритетных 3В», для  определения которых данные ТСКЗА  и методики контроля предназначены. Число таких контролируемых веществ (их групп или классов) строго не установлено. Поэтому попробуем определиться самостоятельно. Следует иметь в виду, что по разным оценкам из примерно 7 млн синтезированных человечеством и не свойственных природе химических веществ («ксенобиотиков») в повседневной жизни людей используется (т.е., обращаясь в окружающей среде, загрязняет ее) около 70 000 веществ, число которых ежегодно возрастает на 500-1000 единиц. Кроме того, по данным ООН, из примерно 1 млн. наименований выпускаемой во всем мире продукции около 100 000 наименований относится к химическим соединениям, из которых до 15 000 веществ могут являться потенциальными токсикантами. 
Поэтому в целях минимизации реально необходимого для экоаналитического контроля 3В и возможного количества приборов или методик анализа в первую очередь приходится обращать внимание на «приоритетные» вещества, официально нормируемые в различных средах на государственном уровне. Следует помнить, что при санитарно-гигиеническом нормировании (по линии Минздрава России) в различные перечни нормируемых показателей химического загрязнения атмосферы включены:

• около 600 веществ, для  которых установлены предельно  допустимые концентрации 3В в атмосферном  воздухе населенных мест (ПДК н.м.);

• более 1500 веществ, имеющих  ориентировочный безопасный уровень воздействия 3В в атмосферном воздухе населенных мест (ОБУВ н.м.).

В сумме получается примерно 2100 соединении - нормируемых в гигиеническом  отношении на уровне, благоприятном  для проживания человека. Можно считать, что гигиенически нормируется (в более широком смысле) «условно безопасный» для ОС уровень загрязнения, а сами эти нормативы можно рассматривать как «антропоэкологические». Примерно столько же веществ (многие из них повторяются) нормируется в воздухе рабочей зоны (ПДК р.з., ОБУВ р.з.), хотя и на другом, примерно в 10-100 раз более высоком («экологически опасном») уровне их концентраций.

Итого - существует несколько тысяч соединений, в отношении которых в воздухе установлены санитарно-гигиенические нормативы. К сожалению, других - собственно «экологических» (по отношению к живым объектам природы) нормативов для атмосферного воздуха сегодня практически нет. Мало известные «Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе зон произрастания лесообразующих древесных пород» (утв. 10.05.95 Рослесхозом и Минприроды России) действуют лишь локально - на территории Братского района Иркутской области и касаются лишь трех веществ (диоксидов азота и серы, а также фтористого водорода). Именно поэтому современный экологический контроль атмосферы практически полностью ориентирован на выполнение только гигиенических нормативов загрязнения воздушной среды и производственно-технических нормативов воздействия на нее. 
Для более глубокого понимания этой ситуации экологу, сопоставляющему количество нормируемых в воздухе соединений (тысячи) и число применяемых для контроля атмосферы приборов или лабораторных методик (сотни), необходимо понимать принципы выбора приоритетных 3В с точки зрения их мониторинга и, соответственно, оптимизации набора ТСКЗА для решения данной задачи. Эта многовариантная оптимизационная задача является не очень трудной, но чрезвычайно важной -прежде всего с позиции экономии затрат на весьма дорогостоящие процедуры экологического мониторинга.