Методы контроля атмосферного воздуха

Экологический контроль за фактическими концентрациями вредных веществ в воздухе населенных мест позволяет оценить эффективность пылеочистительного оборудования, предусмотреть необходимую степень очистки, совершенствовать технологию производства для снижения концентрации вредных веществ в производственных выбросах. Интервал возможных концентраций загрязнений может изменяться в очень широких пределах – 10^–8-10⁵ мг/м³. Это исключает возможность создания универсального метода измерения концентрации атмосферных загрязнений и объясняет дифференцированный подход к способам их измерения.

5.2.1. Контроль концентрации пыли

При анализе запыленности воздуха чаще используют методы, основанные на предварительном осаждении пыли. К недостаткам их относят циклический характер измерения, высокую трудоемкость и низкую чувствительность. Применяют гравитационный, радиоизотопный, оптические и электрические методы.

Гравитационный метод заключается в выделении из пылегазового потока частиц пыли и определении их массы. Концентрацию пыли рассчитывают по формуле

C=m/(Q∙t); мг/м³, (39)

где m – масса пробы пыли, мг;

Q – объемный расход воздуха через пробоотборник, м³/с;

t – продолжительность отбора пробы, с.

Гравитационный метод является стандартным в России, Англии, Франции, Бельгии и других странах.

Преимущества метода – это получение массовой концентрации пыли и отсутствие влияния ее химического и дисперсного состава на результаты измерений. Недостаток - большая трудоемкость анализа.

Радиоизотопный метод основан на свойстве радиоактивного β-излучения поглощаться частицами пыли.

Массу накопленной пыли определяют по степени ослабления радиоактивного излучения при прохождении его через слой пыли. Результаты измерения концентрации пыли зависят в некоторой степени от ее химического и дисперсного состава.

По точности и чувствительности не уступает гравитационному методу и при создании автоматизированных систем контроля атмосферного воздуха может его заменить.

Оптические методы основаны на использовании зависимости физических свойств (оптической плотности, степени поглощения или рассеивания световых лучей) пылевого осадка или запыленного потока газа от концентрированной пыли.

Метод, основанный на явлении поглощения света при прохождении его через пылегазовую среду, называется абсорбционным. Он позволяет измерять концентрацию пыли в атмосферном воздухе без предварительного отбора пробы.

Изменение интенсивности рассеянного света является функцией размера частиц. Это явление лежит в основе приборов, определяющих срочную концентрацию частиц и дисперсный состав анализируемой пыли.

Электрические методы (индукционный, контактно-электрический, емкостный и др.) используются при создании пылемеров, измеряющих концентрации аэрозолей в пылевоздушной среде. На точность измерений влияют:

- влажность;

- природа пыли;

- изменение ее дисперсного состава во времени.

Широкого применения методы этого типа не получили.

Пьезоэлектрический метод является перспективным при измерении концентрации пыли. Возможны два его варианта. В основе первого лежит измерение изменений частоты колебаний пьезокристалла при осаждении на его поверхности пыли, при этом измеряется массовая концентрация пыли. В основе второго - счет электрических импульсов, возникающих при соударении частиц пыли с пьезокристаллом. Он может быть использован для счета частиц пыли.

5.2.2. Контроль концентраций газо- и парообразных выбросов

Анализ газового состава атмосферного воздуха производится с помощью газоанализаторов, позволяющих осуществлять мгновенный и непрерывный контроль содержания в нем вредных примесей.

Широко применяются универсальные газоанализаторы упрощенного типа, основанные на линейно-колориметрическом методе анализа.

При просасывании воздуха через индикаторные трубки, заполненные твердым поглотителем, изменяется окраска индикаторного порошка (рис. 14). Длина окрашенного слоя пропорциональна концентрации исследуемого вещества, концентрация измеряется по шкале в мг/дм³.

Рис. 14. Подсоединение индикаторных трубок к насосу:

1 - фильтрующая трубка; 2 - отрезок резиновой соединительной трубки; 3 - индикаторная трубка; 4 - насос-пробоотборник

Методы контроля газовых примесей:

- оптические;

- электрохимические;

- термохимические;

- хроматографические;

- лазерные.

Оптические основаны на избирательном поглощении газами лучистой энергии в инфракрасной, ультрафиолетовой или видимой областях спектра.

Оптико-акустические газоанализаторы, работающие в ИК-области, используют для определения оксидов углерода, метана, SO₂, NO и NO₂.

Приборы, в которых лучистая энергия поглощается газами в УФ области спектра, применяют для обнаружения в воздухе паров ртути, карбонила, никеля, озона и некоторых других газов.

Действие фотоколориметрических газоанализаторов основано на поглощении лучистой энергии в видимой области спектра растворами или индикаторными лентами, изменяющими свою окраску при взаимодействии с определенным газовым компонентом.

Различают жидкостные и ленточные фотоколориметры. В жидкостных концентрация анализируемого компонента воздуха определяется по изменению светопоглощающего раствора. Ленточные основаны на фотометрировании индикаторной ленты, предварительно обработанной раствором, селективным по отношению к определяемому вредному компоненту. Чувствительность ленточных фотоколориметров выше, чем жидкостных.

Широко распространены газоанализаторы, использующие не поглощение, а эмиссию измерения анализируемой газовой примеси.

Сущность их работы заключается в регистрации интенсивности люминесценции, возникающей при переходе из состояния оптического возбуждения в равновесное состояние исследуемых молекул (озона, оксидов азота, серы и т.д.).

Применяют три типа люминесцентных газоанализаторов, которые различают по виду возбуждения:

- хемилюминесценция (возбуждение молекул в результате химической реакции);

- оптически возбуждаемая люминесценция (флюоресценция);

- люминесценция в пламени (пламенно-фотометрическая).

Электрические газоанализаторы подразделяются на кондуктометрические и кулонометрические.

В основу кондуктометрических приборов положено поглощение анализируемого компонента газовой смеси соответствующим раствором и измерении его электропроводности (H₂S, SO₂, NH₃, CO, CO₂).

В кулонометрических газоанализаторах электрохимическая реакция протекает в ячейке между анализируемым газом и электролитом, в результате которой во внешней цепи появляется эдс пропорциональная концентрации определяемого компонента воздуха (сернистый ангидрид, H₂S, NO₂, O₃, HF, HCl и др.).

Хроматографические методы контроля газовых примесей основаны на разделении воздушной смеси сорбционными методами в динамических условиях. Разделение происходит в результате поглощения газовых компонентов на активных центрах адсорбции.

Лазерные методы основаны на учете рассеивания излучения лазера частицами аэрозолей и молекулами газов. Рассеянная энергия попадает на приемную антенну локатора. Регистрируя и расшифровывая взаимодействие лазерных импульсов с атмосферными слоями, можно извлечь информацию о давлении, плотности, температуре, концентрации различных газовых компонентов атмосферы.