Теоретическая часть. Контроль за загрязнением АВ в селитебных зонах, т

Контроль за загрязнением АВ в селитебных зонах, т. е. на территории городов и других населенных пунктов регламентируется нормативно-техническими документами: ГОСТ 17.2.3.01-86 «Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества населенных пунктов», РД 52.04.186-89 «Руководство по контролю загрязнения атмосферы», ОНД-90 «Руководство по контролю источников загрязнения атмосферы» (часть I и II) и др. Они устанавливают, что на территории РФ проводятся регламентированные наблюдения за основными (взвешенные вещества или пыль, диоксид серы SO₂, оксиды азота NO_x и оксид углерода СО) и специфическими (углеводороды С_nН_m, фтористый водород HF, хлор С1 и др.) 3В на стационарных, маршрутных и передвижных (подфакельных) постах. Наблюдения выполняются непрерывно 4, 3 или 2 раза в сутки с учётом приоритетности 3В. Последняя устанавливается по методике, приведенной в подразделе 2.4 РД 52.04.186-89. В ней учитывают перечень 3В на контролируемой территории, суммарный выброс каждого из них, предельно допустимые концентрации (ПДК) и класс опасности этих 3В, а также характерный размер города или населенного пункта и его потенциал загрязнения АВ.

ПДК - это масса 3В в единице объёма воздуха (чаще в мг/м³), отнесенная к определенному периоду осреднения, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывает ни на него, ни на ОС в целом вредного воздействия (включая отдаленные последствия).

ПДК - это гигиенический норматив по тому или иному 3В, установленный для АВ города или другого населенного пункта. Если 3В оказывает на природу вредное действие в меньших концентрациях, чем на организм человека, то при нормировании исходят из порога действия этого вещества на ОС.

ПДК утверждаются Минздравом РФ и приведены (с указанием класса опасности 3В) в списке за № 3086-84 и дополнениях к нему (в частности, № 3865-85, № 4256-87 и № 5158-89), которые можно найти в приложении 1.1 РД-52.04.186-80, книге 1 Сборника нормативных материалов по охране окружающей среды (Минск: БелНИИНТИ, 1991) или на с. 291...299 учебника «Охрана окружающей среды» (Под ред. С. В. Белова. - М.: Высшая школа, 1991).

Для 3B, у которых пока нет ПДК для АВ населенных мест, устанавливаются ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ) Минздравом РФ. Основной список ОБУВ за № 4414-84 утвержден 28.07.87 г. и содержит сведения о 537 веществах. К нему дополнение № 1 за № 4944-88 о 154 вредных веществах.

В зависимости от периода осреднения установлено два вида ПДК для АВ населенных мест:

1) максимально разовые (ПДК_МР) с периодом осреднения 20…30 мин, предназначенные для предупреждения рефлекторных реакций у человека через раздражение рецепторов органов дыхания (в частности, ощущение неприятных запахов, чихание, аллергическое состояние и т. п.) при таком кратковременном воздействий 3В; методика их определенния предполагает производство (если позволяет прибор или принятый метод) нескольких в течение 20...30 мин замеров концентрации ЗВ и наивысшее значение из ряда полученных концентраций называют МР;

2) среднесуточная (ПДК_СрС) с периодом осреднения 24 ч, предназначенная для предупреждения общетоксичного, канцерогенного, мутагенного и другого прямого и косвенного воздействия на человека в условиях неопределенно долгого круглосуточного вдыхания; она определяется как среднеарифметическое значение разовых концентраций, для которых продолжительность отбора равна 20...30мин. в течение суток, или как средневзвешенное содержание 3В в пробах ЗВ, отбираемых в течение 24 ч непрерывно или с равными интервалами равной продолжительности.

Для оценки состояния или степени загрязнения АВ используют соотношения

и , (1)

где С_р и С_СрС- соответственно измеренные разовые и среднесуточные

концентрации 3В в АВ, мг/м³;

ПДК_МР и ПДК_СрС- соответственно максимально разовые и среднесуточные ПДК

данных 3В, мг/м³.

Если эти соотношения выполняются, то чистота АВ в городе или населенном пункте соответствует гигиеническим нормам. При содержании в АВ нескольких 3В, обладающих эффектом суммации,их безразмерная суммарная концентрация С должна удовлетворять условию

(2)

где C₁, C₂,..., C_n- фактические концентрации ЭВ, обладающие эффектом

суммации, мг/м³;

ПДК_МР1,…,ПДК_МРn- максимально разовые или среднесуточные ПДК этих

веществ, мг/м³.

Согласно РД 52.04.186-89 (с.615...616) эффектом суммации обладают пока 44 сочетания 3В: аммиак и сероводород; аммиак, сероводород и формальдегид; аммиак и формальдегид; азота диоксид и оксид; мазутная зола и сера диоксид; ацетон и фенол; др.

Контроль загрязнения АВ в селитебных зонах может быть:

1) по объёму - полный или выборочный, т. е. по номенклатуре контролируемых 3В);

2) по частоте измерений - эпизодический иди систематический;

3) по форме проведения - плановый или экстренный;

4) по способу измерения контролируемого параметра - инструментальный (автоматический), инструментально-лабораторный, индикаторный;

5) расчётный.

Инструментальный (автоматический) метод контроля АВ основан на применении автоматических газоанализаторов, которые непрерывно измеряют концентрации 3В на стационарных постах. Эти газоанализаторы используют многие физико-химические методы газового анализа, в частности: оптический, электрохимический, хромотографический и плазменно-ионизационный методы. Каждый из данных методов, а следовательно и газоанализатор, применим для измерения конкретных 3В в АВ, имеющем соответствующие метеорологические параметры и определенные примеси. Они достаточно сложны в обслуживании и имеют высокую стоимость, но не требуют много времени на анализ проб воздуха и передачу результатов контроля в информационный центр. Также в них отбор проб воздуха и их анализ соединены вместе, что повышает точность измерений. При этом методе контроля АВ следует руководствоваться соответствующими методами определения концентраций 3В, изложенными в разделе 6 РД 52.04.186-89.

Инструментально-лабораторный метод контроля АВ основан на отборе проб воздуха на постах с последующим их анализом в химических лабораториях, которые оснащены соответствующим оборудованием и аппаратурой или автоматическими и полуавтоматическими приборами. Этот метод применяют для контроля широкого спектра специфических 3В, а также и основных 3В, не обеспеченных средствами инструментального контроля вообще или, в частности, на соответствующих постах из-за их дороговизны. Здесь отбор проб воздуха и их анализ разделены в пространстве и во времени, что несколько усложняет подготовку пробы к анализу, увеличивает время на её анализ и на передачу результатов контроля в информационный центр. Данный метод контроля АВ использует многие методы лабораторного анализа проб воздуха (например, гравиметрический и т. п.). Они достаточно точны и позволяют определять 3В, содержащиеся в ничтожно малых количествах, но требуют довольно сложную аппаратуру и значительное время их проведения, а также высокую квалификацию работников, проводящих анализ таких проб. Аттестованную методику определения массовой концентрации соответствующего 3В берут из раздела. 5-РД.52.04.186-89. Используя её, получают результаты измерений ЗВ, которые затем приводят к нормальным условиям: температуре Т_о= 0 °С = 273 К и давлению Р_о= 760 мм рт.ст.= 101,3 кПа.

Индикаторный метод контроля АВ основан на использовании селективных индикаторных трубок (ИТ), в которых твердый сорбент меняет свою окраску в зависимости от концентрации 3В в отбираемой пробе воздуха. В настоящее время создано много рецептов твердых сорбентов на широкий класс 3В, на основании которых выпускаются различные ИТ. Последние могут применяться с приборами ГХ-4, ГХСО-5, ГХПВ-1, ГХПВ-2 иди УГ-1. УГ-2. Все ИТ унифицированы и могут использоваться с аспиратором сильфонного типа АМ-5. При этом объём пробы воздуха, необходимый для определения измеряемого 3В, может быть от 100 до 1000 см³ в зависимости от применяемой ИТ и концентрации ЗВ. Время анализа такой пробы воздуха составляет от 15 с до 4 мин, а погрешность - не более 25 % измеряемой величины ЭВ (по ГОСТ 17.2.3.02-78). Кроме того, согласно данному ГОСТу температура воздуха на входе в ИТ должна быть в пределах 0...35 °С при отсутствии капельно-жидкой фазы в исследуемой пробе. Как видим, этот метод контроля состояния загрязнения АВ прост и достаточно точен для практического использования. Поэтому он применяется для экспрессного (быстрого, ускоренного) анализа иди при предварительной оценке концентраций 3В.

РД 52.04.186-89 рекомендует вести контроль загрязнения АВ в городах и других населенных пунктах на высоте 1,5...3,5 м от поверхности земли. При этом продолжительность отбора проб воздуха должна составлять при определении:

1) разовых концентраций 3В - 20...30 мин.;

2) среднесуточных концентраций 3В - 20...30 мин. через равные промежутки времени в сроки 1, 7, 13 и 19 ч при дискретных наблюдениях, а при непрерывном отборе проб - 24 ч.

Одновременно с этим проводятся в течение 10 мин. метеорологические наблюдения за скоростью, направлением ветра, температурой воздуха, состоянием погоды на стационарных и маршрутных постах, а при подфакельных наблюдениях - за скоростью и направлением ветра на высоте 2 м.

Любой метод контроля загрязнения АВ состоит из следующих операций:

1)отбор проб воздуха;

2) подготовки пробы к анализу;

3)анализ пробы;

4) обработка результатов.

Наиболее ответственной операцией является первая, т. к. она обеспечивает достоверность результатов контроля, особенно при анализе проб в химических лабораториях. Отбор проб чаще всего ведётся путем аспирации определенного объёма АВ через поглотительный прибор, заполненный жидким или твердым сорбентом для улавливания того или иного 3В, или через фильтр АФА (аналитические аэрозольные фильтры из тканей ФПП-15, ФПМ-15 и других с диаметром 10, 20. 40, 100 и 160 мм), задерживающий содержащиеся в воздухе частицы 3В. Следовательно, определяемое вещество (примесь) из большого объёма воздуха концентрируется в небольшом объёме сорбента или на фильтре. При этом используют следующие режимы отбора проб: 1) разовый, продолжающийся 20...30 мин; 2) дискретный, при котором в один поглотительный прибор или на фильтр через равные промежутки времени в течение суток отбирают несколько (от 3 до 8) разовых проб и 3) суточный, при котором отбор в один поглотительный прибор или на фильтр производится непрерывно в течение суток.

Большое значение имеют условия хранения, транспортировки и подготовки этих проб, которые регламентируются РД 52.04.186-89.

Как известно, загрязненность АВ в любой точке селитебной зоны в среднем состоит на 90 %из паро- и газообразных веществ и на 10 % из аэрозолей. Для контроля содержания пыли или взвешенных веществ РД 52.04.186-89 регламентируют гравиметрический метод, используемый в данной лабораторной работе. Он основан на определении массы взвешенных частиц пыли, задержанных фильтром АФА при прохождении через него определенного объёма АВ. По привесу фильтра определяют массовую концентрацию взвешенных веществ или пыли в мг/м³ в исследуемой точке. При этом взвешенные вещества - это не дифференцированная по составу пыль, аэрозоль.

Для контроля паро- и газообразных веществ в АВ в данной лабораторной работе используются два типа газоанализатора.

Универсальный газоанализатор УГ-2, позволяющий определить микро-концентрации 14 газообразных веществ с помощью ИТ, т. е. реализующий индикаторный метод контроля АВ. В ИТ порошковые сорбенты поглощают исследуемые вещества и окрашиваются в соответствующий цвет. Мерой концентрации определяемого компонента (вещества) является длина окрашенного столбика порошка в ИТ. Эту длину сравнивают со стандартной градуированной шкалой для соответствующего объёма просасываемого воздуха через ИТ, определяя концентрацию данного вещества в мг/л.

Полуавтоматический газоанализатор ПГФ2М1, позволяющий определять концентрации 11 горючих газов и паров воздуха, т. е. реализующий инструментальный метод контроля АВ. Принцип действия прибора состоит в определении теплового эффекта реакции окисления (горения) горючего компонента (газа или пара) в присутствии катализатора. При этом измеряемую концентрацию газа или пара после перевода по таблице, помещенной на внутренней крышке прибора, получаем в объёмных процентах (o6. %), за исключением паров этилированного бензина, которая даётся в мг/л.