План
Введення
1. Методи оцінки забруднення газових потоків
2. Методи оцінки параметричних забруднень
3. Методи оцінки забруднення водного середовища, грунтів, грунтів і рослинності
Список літератури
Введення
Кількісна оцінка промислово-транспортних впливів на навколишнє середовище необхідна для:
- Визначення значущості окремих факторів і виявлення відповідних закономірностей;
- Розробки ефективних механізмів управління природоохоронною діяльністю та раціональним використанням природних ресурсів у промисловості і на транспорті.
Вона здійснюється у результаті моніторингу промислово-транспортних об'єктів і навколишнього середовища, тобто стеження за промислово-транспортними об'єктами як джерелами забруднень і зміною стану навколишнього природного середовища, а також попередження про створюються критичних ситуаціях, шкідливих або небезпечних для здоров'я людей та інших живих організмів.
Особливості моніторингу об'єктів промисловості і транспорту, що диктують вимоги до вимірювальних приладів, обладнання, програмних засобів і розрахунковим методиками, пов'язані з:
- Множинністю рухомих джерел забруднення змінної інтенсивності викидів в часі і в просторі;
- Розподілених джерел забруднень на значній площі території;
- Наявністю великої кількості параметрів, які необхідно вимірювати регулярно або безперервно з високим ступенем вірогідності.
У зв'язку з цим виникають особливі вимоги до конструкції приладів, використання спеціальних методів вимірювань та оцінки екологічно значимих показників транспортних засобів, матеріалів, техніко-експлуатаційного стану інженерних споруд, параметрів стану навколишнього середовища. Мова йде про створення комплексної системи моніторингу на основі аерокосмічного зондування і наземного оперативного супроводу з використанням стаціонарних і пересувних постів спостережень.
Обов'язковою умовою успішної роботи такої системи є широке використання спеціальних програмних засобів і математичних методів обробки, аналізу масивів поточної інформації про промислово-транспортних об'єктах та зміну стану навколишнього середовища, відновлення інформації про характеристики транспортних потоків, рівнях забруднення повітря, води, грунту, рослинності на значній площі території (до 1000 км 2), використовуючи в якості вихідних даних результати вимірювань цих параметрів в окремих (репрезентативних) точках простору. Ці методи та засоби необхідні для візуалізації і представлення результатів моніторингу в формі, зручній для прийняття ефективних управлінських рішень.
1. Методи оцінки забруднення газових потоків
Для визначення концентрацій шкідливих домішок в атмосферному повітрі поблизу автомагістралей і у відпрацьованих газах двигунів використовуються різні методи оцінки, коли аналізуються індивідуальні проби газу, взяті дискретно і при безперервних вимірах.
Основні вимоги до відбору проб газу і його аналізу наступні:
-Всі частини системи відбору повинні бути інертні по відношенню до досліджуваного компоненту;
-Температура системи відбору проб повинна підтримуватися на рівні, що виключає конденсацію парів або взаємодія компонентів досліджуваної газової суміші один з одним;
-Обсяг проби повинен бути точно виміряним і достатнім для забезпечення необхідної точності вимірювань.
Автоматичні прилади безперервної дії використовуються для оперативного контролю рівня забруднення атмосферного повітря поблизу інтенсивних джерел викидів (об'єктів енергетики, автомагістралей, хімічних виробництв та ін.) Для визначення токсичності автомобілів (двигунів) використовують прилади аналізу індивідуальних проб на певному режимі роботи двигуна або при випробуваннях за їздовим циклом, а також прилади безперервної дії.
У газоаналітичної апаратурі реалізуються такі методи вимірювань:
1. Безпосереднє вимірювання показника, що характеризує шкідлива речовина, без зміни хімічного складу проби газу.
Використовуються прилади, побудовані на принципах виборчої абсорбції світла в інфрачервоній, ультрафіолетовій і видимій частинах спектра, парамагнетизму, зміни щільності, теплопровідності, показника заломлення світла.
2. Шкідлива речовина, що підлягає вимірюванню, перекладається шляхом хімічних реакцій у стан, що володіє властивостями, доступними автоматичного виміру. Використовуються прилади фотометричного, гальванометричного, потенціометричного, термохімічного принципів дії.
У конструкціях найбільш поширених аналізаторів різних газів використовуються різноманітні методи (табл.1).
Таблиця 1. Методи аналізу забруднення повітря
Абсорбційний метод спектрального аналізу газів заснований на властивості речовин вибірково поглинати частина проходить через них електромагнітного випромінювання. Специфічність спектру поглинання дозволяє якісно визначати склад газових сумішей, а його інтенсивність пов'язана з кількістю поглинаючого енергію речовини. Кожному газу притаманна своя область довжин хвиль поглинання. Це обумовлює можливість виборчого аналізу газів.
Суть методу полягає в наступному: якщо по черзі (шляхом обтюрації) пропускати потік монохроматичного інфрачервоного (ІЧ) випромінювання, утворений після проходження ним інтерференційного фільтра, через кювету з використовуваною газовою сумішшю і без неї, то на приймачі інфрачервоного випромінювання буде реєструватися змінний сигнал, який несе інформацію про кількість ІК-енергії, поглиненої аналізованих газом з частотою обтюрації і, отже, про концентрацію аналізованого газу. Аналізаторами цього типу виробляється зокрема оцінка концентрації СО в атмосферному повітрі.
Недисперсійні оптико-акустичні (інфрачервоні) газоаналізатори широко застосовуються при контролі вмісту СО, пропану СзH 8, гексану З 6 H 14 у відпрацьованих газах бензинових двигунів при роботі на холостому ходу і під навантаженням. Розроблені та комбіновані прилади для одночасного визначення вмісту сумарних вуглеводнів, СО у відпрацьованих газах і частоти обертання колінчастого валу в двигунах автомобілів і мотоциклів.
В енергетиці використовуються газоаналізатори, у яких для оцінки концентрацій газових домішок замість інфрачервоних випромінювачів використовуються ультрафіолетові.
Тут концентрації домішок також визначаються за спектром поглинання. При проходженні світлового променя через газове середовище частина його енергії поглинається або розсіюється. Молекула певної речовини (SO 2, NO, NO 3, NH 3) поглинає енергію у своєму специфічному діапазоні довжин хвиль. Вимірювання концентрацій в автоматичному режимі розглянутих речовин відбувається одночасно без складної процедури сканування спектра.
Електрохімічний метод газового аналізу заснований на використанні хімічних сенсорних датчиків, що складаються з двох чутливих елементів і певного хімічного покриття, яке безпосередньо контактує з аналізованої середовищем і на якому відбувається адсорбція аналізованої речовини. У залежності від того, які фізичні властивості, що залежать від кількості адсорбованої речовини, вимірюються, датчики діляться на потенціометричні, кулонометрические, полярографічні та ін
Електрохімічні газоаналізатори відрізняються порівняльної простотою, низькою чутливістю до механічних впливів, малими габаритами і масою, незначним енергоспоживанням.
Полум'яно-іонізаційні газоаналізатори використовуються для вимірювання сумарної концентрації вуглеводнів різних класів, контроль яких виборчими методами аналізу дуже складний. Вони забезпечують надійне вимірювання в діапазоні концентрацій 10-10 000 млн-1, відрізняються високою чутливістю (до 0,001 млн 1) і малої інерційністю. Дозволяють роздільно визначати вміст метану і реакційноздатних вуглеводнів, що утворюють в атмосфері фотохімічний зміг.
Метод заснований на іонізації вуглеводнів у водневому полум'ї. У чистому водневому полум'ї вміст іонів незначно. При введенні вуглеводнів у полум'я кількість які виникають іонів значно зростає і під дією прикладеного електричного поля між колектором і пальником виникає іонізаційний струм, пропорційний змістом вуглеводнів. Деякі з газоаналізаторів даного типу мають вбудований генератор водню, що дозволяє відмовитися від зовнішніх джерел цього газу - газогенераторів або балонів з воднем.
Хемілюмінесцентний метод газового аналізу застосовується для вимірювання концентрацій NO x, О 3 і заснований на реакції цих компонентів, що подаються одночасно в реакційну камеру, яка має вигляд:
NO + O 3 → NO 2 (NO 2 ') + O 2
Збуджена молекула NO 2 '(утворюється 5-10% від загальної кількості молекул NO2) віддає надлишок енергії у вигляді випромінювання (в діапазоні хвиль довжиною 600-2400 нм, з максимумом при 1200 нм)
NO 2 '→ hv + NO 2
Інтенсивність випромінювання, що вимірюється фотопомножувачем, пропорційна концентрації оксидів азоту. Озон отримують у генераторах в результаті впливу тліючого розряду або ультрафіолетового випромінювання на кисневмісних суміш (повітря).
Для визначення концентрації Оз в атмосфері використовують реакцію озону з органічним барвником на поверхні активованого речовини, при якій також спостерігається хемілюмінесценція.
Крім того, використовують в якості газу-реагенту етилен високого ступеня очищення. Під дією ультрафіолетового випромінювання озон вступає в реакцію з етиленом, яка супроводжується люмінесцентним випромінюванням в області довжин хвиль 330-650 нм. Газоаналізатори цього типу відрізняються високою чутливістю та селективністю, а при наявності вбудованого озонатора, високим рівнем автоматизації і тривалим терміном автономної роботи без обслуговування.
Метод ультрафіолетової флуоресценції використовується в приладах для контролю SO 2 і H 2 S. Явище флуоресценції полягає в здатності певних речовин випромінювати світло під впливом випромінювання джерела порушення.
Для молекул SO 2 це опромінення проби газу світлом в області довжин хвиль 200-500 нм (максимум при 350 нм), коли ці молекули переходять із збудженого стану в нормальний, розряджаючись частково через флуоресценцію.
Інтенсивність випромінювання, пропорційна змісту SO 2, реєструється фотоумножителем. Включення до складу приладу конвертора, що забезпечує каталітичне окислення сірководню до діоксиду сірки, дозволяє створити апаратуру для одночасного контролю в газовій суміші цих речовин.
Перевага зазначеного методу в порівнянні з методом полум'яної фотометрії у відсутності допоміжних газів.
Гравіметричний (ваговий) метод - Традиційний метод визначення концентрації твердих частинок в газових сумішах, пов'язаний з відбором проби, пропусканням її через фільтр, зважуванням фільтра або визначенням його ступеня чорноти за еталоном. Цей метод реалізований в димомір, які використовуються для визначення димності відпрацьованих газів дизелів.
Необхідність безперервного контролю вмісту твердих частинок у відпрацьованих газах двигунів або атмосферному повітрі привела до широкого поширення оптичних, радіоізотопних методів аналізу. Оптичний метод аналізу (рис. 6.2) заснований на вимірюванні послаблення випромінювання твердими частинками при проходженні променя світла через вимірювальний канал певної довжини.
Метод використовується для якісної оцінки змісту частинок на виході з двигунів, пальникових пристроїв, очисних споруд (в одиницях оптичної щільності газового потоку при просвічуванні його заданої товщини з виміром на фотоелементі ступеня поглинання світла).
Наприклад, автомобільний димомір типу «Хартрідж» має шкалу, розділену на 100 одиниць. За одиницю прийнята ступінь ослаблення інтенсивності світлового потоку на 1%. Але кількісне визначення вмісту частинок цим методом неефективно, оскільки на вимірювання істотний вплив роблять кольоровість і дисперсність частинок. Тому похибка оцінки концентрацій може досягати десятки відсотків.
Широке поширення набув радіоізотопний метод, позбавлений цього недоліку і заснований на ослабленні β-випромінювання частинками. Концентрація твердих частинок (пилу) обчислюється за результатами вимірювань на фільтрі (стрічка з скловолокна) до і після нанесення проби. Стрічка транспортується в детекторний блок, де розташований радіоізотопне джерело, і проводиться вимір.
Хроматографічний метод широко поширений і заснований на використанні властивості розділення складних сумішей на хроматографічної колонці, заповненій сорбентом.
Проба газу вводиться в потік відповідного газу-носія найпростішої форсункою і разом з ним пропускається через колонки з твердими адсорбуючими поверхнями (адсорбційна газова хроматографія), або з нанесеними на тверді поверхні нелетучими рідинами (газорідинна хроматографія). Окремі компоненти суміші з різними швидкостями переміщуються у колонці, виходять з неї роздільними фракціями і реєструються.
Газ-носій, що транспортує молекули досліджуваної газової суміші, протікає з постійною швидкістю. Колонки, по яких проходить газ, калібруються для того, щоб встановити час проходження того чи іншого компонента. Відповідний детектор використовується для виявлення або визначення кількості того чи іншого компонента суміші. Кількісна оцінка здійснюється по інтенсивності сигналу детектора або за допомогою електронних інтеграторів. Цим методом можуть реєструватися хімічно однорідні речовини (індивідуальні вуглеводні) зі слабко вираженою якісною реакцією (N 2 O, СО), які ідентифікуються за специфічному часу утримування.
Найважливіша частина газового хроматографа - детектор. У приладах, призначених для вимірювань забруднення атмосферного повітря, набули поширення такі види цих датчиків:
-Полум'яно-іонізаційний детектор, який реагує практично на всі органічні сполуки, включаючи бензол, толуол, ксилол, фенол, формальдегід;
-Електронно-захватний детектор - чутливий до хлорвмісних речовин;
-Фотоіонізаційні детектор використовується для контролю органічних сполук і неорганічних речовин (NH 3, H 2 S, Рнз);
-Детектор по теплопровідності використовується для контролю продуктів горіння (СО, СО 2, H 2, SO 2).
У зв'язку з впровадженням сучасних засобів електроніки і мініатюризацією аналітичної частини хроматографів створені портативні (переносні) прилади для здійснення газового аналізу в польових умовах (пересувні лабораторії на транспортних засобах). Найбільший інтерес представляють переносні газові хроматографи, запрограмовані для ідентифікації певних компонентів газової суміші. Результати виражаються безпосередньо в концентрації контрольованого речовини.
Лідарних система контролю забруднення реалізує лазерно-локаційний метод - комбінаційне розсіювання і диференціальне поглинання забруднюючих речовин з використанням джерела лазерного випромінювання і призначена для дистанційного зондування якості атмосфери. Складається з лидара кругового огляду, який встановлюється в промислових зонах або поблизу автомагістралей на домінуючих будовах, і призначений для безперервного контролю викидів аерозолів, NO x, SO 2 на території радіусом 7-15 км і вимірювання азимута і відстані до джерела забруднення. Лідар другого типу на базі автомобіля - комбінаційного розсіювання використовується для багатокомпонентного аналізу концентрації домішок у повітрі.
2. Методи оцінки параметричних забруднень
Вимірювання рівня шуму роблять за допомогою шумоміром як із приєднанням до них октавних фільтрів (аналізаторів спектру), так і без них.
Шумоміри складаються з датчика (мікрофона або акселерометра), що сприймає звуковий тиск, підсилювача і вихідної ланки, що представляє собою стрілочний індикатор, градуйований безпосередньо в децибелах.
Найбільші вимоги пред'являються до датчиків. Вони повинні мати широкий робочий діапазон частот, володіти високою і стабільною чутливістю, не спотворювати сприймається звукове поле, мати невеликі габарити і масу. Датчики бувають електродинамічні, керамічні, конденсаторні, п'єзоелектричні.
Шумоміри вимірюють сумарні рівні інтенсивності звуку в чотирьох частотних характеристиках: А, В, С і лінійною в діапазоні частот 2-40 000 Гц. Аналізатор спектру шуму - підсилювач, який в залежності від налаштування дозволяє виділяти певну смугу частот. Він встановлює не абсолютні рівні інтенсивності шуму в цих смугах частот, а їх співвідношення, що дозволяє визначити смугу з максимальною енергією (інтенсивністю шуму).
Аналізатори спектру шуму бувають фільтрові та гетерогенні. Фільтрові складаються з набору електричних фільтрів, кожний з яких пропускає певну смугу частот. У гетерогенних аналізаторах отримання певної смуги пропускання забезпечується за допомогою вузькосмугових кварцових фільтрів. Реєстрація рівнів шуму може здійснюватися також за допомогою самописця, магнітограф, магнітофона.
3. Методи оцінки забруднення водного середовища, грунтів, грунтів і рослинності
Для оцінки рівня забруднення водного середовища використовуються традиційні прилади фізико-хімічного аналізу, а також хроматографи. Контролюється каламутність, колір, запах, твердість, питома електрична провідність, коефіцієнт світлопропускання, редокс-потенціал, активність водневих іонів (рН), рівень насичення киснем, активність і концентрація іонів різних речовин, що надходять у воду у вигляді забруднень, і інші параметри (температура , тиск, швидкість потоку).
Хімічний аналіз води здійснюється за допомогою лабораторних комплектів аналізу води. У ці комплекти входять хімічні розчини, порцеляновий і скляний посуд, допоміжне обладнання, необхідне для збору і обробки проб, виконання хімічного аналізу. Фізико-хімічні властивості води визначаються з використанням фотоколориметрія, атомно-абсорбційних, інфрачервоних, калориметричних спектрометрів, іонометрії, комплексних аналізаторів якості води.
Для контролю стану поверхні земель, якісного і кількісного складу грунтів і грунтів, оцінки рівня і складу забруднень використовуються прилади та обладнання, наведені вище (аналіз водної витяжки грунту), а також ряд спеціальних приладів, призначених для визначення щільності, властивостей грунтів, грунтів (твердомір , глибинний гамма-щільномір, зсувне прилад, вимірник об'ємної вологості), параметрів снігового покриву. Широко використовується переносний лабораторний комплект визначення гідрофізичних і фізико-механічних властивостей грунтів.
Седиментація атмосферних транспортних аерозолів, зокрема важких металів, призводить до забруднення рослинності. Наземні частини рослин акумулюють атмосферні забруднення, і їх хімічний склад може бути індикатором для виділення територій з високим рівнем впливу транспортних засобів.
Вимірювані параметри:
- Фізіологічний стан рослин;
- Елементний склад тканин рослини.
Візуальна оцінка забруднення - прояв надмірного (вище встановлених норм) вмісту різних речовин в зеленій масі будується на ідентифікації явно виражених змін виду рослин:
-Мідь - темно-зелене листя, товсті короткі коріння;
-Залізо - темно-зелене забарвлення листя, сповільнений ріст надземних частин рослини;
-Цинк - хлороз і некроз решт листя, междужілковий хлороз молодого листя;
-Свинець - темно-зелене листя, бурі короткі коріння, скручування старого листя;
-Кадмій - бурі краї листя, червонуваті жилки й черешки, скручені листя й бурі недорозвинені коріння.
Визначення концентрації токсичних елементів у тканинах рослин здійснюється по водній витяжці в лабораторних умовах методами, розглянутими вище.
Список літератури
1. Промислово-транспортна екологія: Учеб. для вузів / В.М. Луканін, Ю.В. Трофименко; Під ред. В.Н. Луканіна. - М.: Вищ. Шк., 2003
2. Мазур І.І., Молдаванов О.І., Шишов В.М. Інженерна екологія. Загальний курс. У 2-х т. / За ред. І.І. Мазура. - М.: Вища школа, 1996.
3. Богдановський Г.А. Хімічна екологія: Учеб. посібник. М.: Изд-во МГУ, 1994.
Введення
1. Методи оцінки забруднення газових потоків
2. Методи оцінки параметричних забруднень
3. Методи оцінки забруднення водного середовища, грунтів, грунтів і рослинності
Список літератури
Введення
Кількісна оцінка промислово-транспортних впливів на навколишнє середовище необхідна для:
- Визначення значущості окремих факторів і виявлення відповідних закономірностей;
- Розробки ефективних механізмів управління природоохоронною діяльністю та раціональним використанням природних ресурсів у промисловості і на транспорті.
Вона здійснюється у результаті моніторингу промислово-транспортних об'єктів і навколишнього середовища, тобто стеження за промислово-транспортними об'єктами як джерелами забруднень і зміною стану навколишнього природного середовища, а також попередження про створюються критичних ситуаціях, шкідливих або небезпечних для здоров'я людей та інших живих організмів.
Особливості моніторингу об'єктів промисловості і транспорту, що диктують вимоги до вимірювальних приладів, обладнання, програмних засобів і розрахунковим методиками, пов'язані з:
- Множинністю рухомих джерел забруднення змінної інтенсивності викидів в часі і в просторі;
- Розподілених джерел забруднень на значній площі території;
- Наявністю великої кількості параметрів, які необхідно вимірювати регулярно або безперервно з високим ступенем вірогідності.
У зв'язку з цим виникають особливі вимоги до конструкції приладів, використання спеціальних методів вимірювань та оцінки екологічно значимих показників транспортних засобів, матеріалів, техніко-експлуатаційного стану інженерних споруд, параметрів стану навколишнього середовища. Мова йде про створення комплексної системи моніторингу на основі аерокосмічного зондування і наземного оперативного супроводу з використанням стаціонарних і пересувних постів спостережень.
Обов'язковою умовою успішної роботи такої системи є широке використання спеціальних програмних засобів і математичних методів обробки, аналізу масивів поточної інформації про промислово-транспортних об'єктах та зміну стану навколишнього середовища, відновлення інформації про характеристики транспортних потоків, рівнях забруднення повітря, води, грунту, рослинності на значній площі території (до 1000 км 2), використовуючи в якості вихідних даних результати вимірювань цих параметрів в окремих (репрезентативних) точках простору. Ці методи та засоби необхідні для візуалізації і представлення результатів моніторингу в формі, зручній для прийняття ефективних управлінських рішень.
1. Методи оцінки забруднення газових потоків
Для визначення концентрацій шкідливих домішок в атмосферному повітрі поблизу автомагістралей і у відпрацьованих газах двигунів використовуються різні методи оцінки, коли аналізуються індивідуальні проби газу, взяті дискретно і при безперервних вимірах.
Основні вимоги до відбору проб газу і його аналізу наступні:
-Всі частини системи відбору повинні бути інертні по відношенню до досліджуваного компоненту;
-Температура системи відбору проб повинна підтримуватися на рівні, що виключає конденсацію парів або взаємодія компонентів досліджуваної газової суміші один з одним;
-Обсяг проби повинен бути точно виміряним і достатнім для забезпечення необхідної точності вимірювань.
Автоматичні прилади безперервної дії використовуються для оперативного контролю рівня забруднення атмосферного повітря поблизу інтенсивних джерел викидів (об'єктів енергетики, автомагістралей, хімічних виробництв та ін.) Для визначення токсичності автомобілів (двигунів) використовують прилади аналізу індивідуальних проб на певному режимі роботи двигуна або при випробуваннях за їздовим циклом, а також прилади безперервної дії.
У газоаналітичної апаратурі реалізуються такі методи вимірювань:
1. Безпосереднє вимірювання показника, що характеризує шкідлива речовина, без зміни хімічного складу проби газу.
Використовуються прилади, побудовані на принципах виборчої абсорбції світла в інфрачервоній, ультрафіолетовій і видимій частинах спектра, парамагнетизму, зміни щільності, теплопровідності, показника заломлення світла.
2. Шкідлива речовина, що підлягає вимірюванню, перекладається шляхом хімічних реакцій у стан, що володіє властивостями, доступними автоматичного виміру. Використовуються прилади фотометричного, гальванометричного, потенціометричного, термохімічного принципів дії.
У конструкціях найбільш поширених аналізаторів різних газів використовуються різноманітні методи (табл.1).
Таблиця 1. Методи аналізу забруднення повітря
| Метод аналізу | Речовина |
| Абсорбційний метод спектрального аналізу (інфрачервона та ультрафіолетова області спектра) Полум'яно-іонізаційний Хемілюмінесцентний Флуоресцентний, полум'яно-фотометричний Радіометричний, гравіметричний Електрохімічний | СО, О 3 Вуглеводні, органічні речовини NO, NO 2, О 3 SO 2, H 2 S Пил СО, SO 2, H 2 S |
Суть методу полягає в наступному: якщо по черзі (шляхом обтюрації) пропускати потік монохроматичного інфрачервоного (ІЧ) випромінювання, утворений після проходження ним інтерференційного фільтра, через кювету з використовуваною газовою сумішшю і без неї, то на приймачі інфрачервоного випромінювання буде реєструватися змінний сигнал, який несе інформацію про кількість ІК-енергії, поглиненої аналізованих газом з частотою обтюрації і, отже, про концентрацію аналізованого газу. Аналізаторами цього типу виробляється зокрема оцінка концентрації СО в атмосферному повітрі.
Недисперсійні оптико-акустичні (інфрачервоні) газоаналізатори широко застосовуються при контролі вмісту СО, пропану СзH 8, гексану З 6 H 14 у відпрацьованих газах бензинових двигунів при роботі на холостому ходу і під навантаженням. Розроблені та комбіновані прилади для одночасного визначення вмісту сумарних вуглеводнів, СО у відпрацьованих газах і частоти обертання колінчастого валу в двигунах автомобілів і мотоциклів.
В енергетиці використовуються газоаналізатори, у яких для оцінки концентрацій газових домішок замість інфрачервоних випромінювачів використовуються ультрафіолетові.
Тут концентрації домішок також визначаються за спектром поглинання. При проходженні світлового променя через газове середовище частина його енергії поглинається або розсіюється. Молекула певної речовини (SO 2, NO, NO 3, NH 3) поглинає енергію у своєму специфічному діапазоні довжин хвиль. Вимірювання концентрацій в автоматичному режимі розглянутих речовин відбувається одночасно без складної процедури сканування спектра.
Електрохімічний метод газового аналізу заснований на використанні хімічних сенсорних датчиків, що складаються з двох чутливих елементів і певного хімічного покриття, яке безпосередньо контактує з аналізованої середовищем і на якому відбувається адсорбція аналізованої речовини. У залежності від того, які фізичні властивості, що залежать від кількості адсорбованої речовини, вимірюються, датчики діляться на потенціометричні, кулонометрические, полярографічні та ін
Електрохімічні газоаналізатори відрізняються порівняльної простотою, низькою чутливістю до механічних впливів, малими габаритами і масою, незначним енергоспоживанням.
Полум'яно-іонізаційні газоаналізатори використовуються для вимірювання сумарної концентрації вуглеводнів різних класів, контроль яких виборчими методами аналізу дуже складний. Вони забезпечують надійне вимірювання в діапазоні концентрацій 10-10 000 млн-1, відрізняються високою чутливістю (до 0,001 млн 1) і малої інерційністю. Дозволяють роздільно визначати вміст метану і реакційноздатних вуглеводнів, що утворюють в атмосфері фотохімічний зміг.
Метод заснований на іонізації вуглеводнів у водневому полум'ї. У чистому водневому полум'ї вміст іонів незначно. При введенні вуглеводнів у полум'я кількість які виникають іонів значно зростає і під дією прикладеного електричного поля між колектором і пальником виникає іонізаційний струм, пропорційний змістом вуглеводнів. Деякі з газоаналізаторів даного типу мають вбудований генератор водню, що дозволяє відмовитися від зовнішніх джерел цього газу - газогенераторів або балонів з воднем.
Хемілюмінесцентний метод газового аналізу застосовується для вимірювання концентрацій NO x, О 3 і заснований на реакції цих компонентів, що подаються одночасно в реакційну камеру, яка має вигляд:
NO + O 3 → NO 2 (NO 2 ') + O 2
Збуджена молекула NO 2 '(утворюється 5-10% від загальної кількості молекул NO2) віддає надлишок енергії у вигляді випромінювання (в діапазоні хвиль довжиною 600-2400 нм, з максимумом при 1200 нм)
NO 2 '→ hv + NO 2
Інтенсивність випромінювання, що вимірюється фотопомножувачем, пропорційна концентрації оксидів азоту. Озон отримують у генераторах в результаті впливу тліючого розряду або ультрафіолетового випромінювання на кисневмісних суміш (повітря).
Для визначення концентрації Оз в атмосфері використовують реакцію озону з органічним барвником на поверхні активованого речовини, при якій також спостерігається хемілюмінесценція.
Крім того, використовують в якості газу-реагенту етилен високого ступеня очищення. Під дією ультрафіолетового випромінювання озон вступає в реакцію з етиленом, яка супроводжується люмінесцентним випромінюванням в області довжин хвиль 330-650 нм. Газоаналізатори цього типу відрізняються високою чутливістю та селективністю, а при наявності вбудованого озонатора, високим рівнем автоматизації і тривалим терміном автономної роботи без обслуговування.
Метод ультрафіолетової флуоресценції використовується в приладах для контролю SO 2 і H 2 S. Явище флуоресценції полягає в здатності певних речовин випромінювати світло під впливом випромінювання джерела порушення.
Для молекул SO 2 це опромінення проби газу світлом в області довжин хвиль 200-500 нм (максимум при 350 нм), коли ці молекули переходять із збудженого стану в нормальний, розряджаючись частково через флуоресценцію.
Інтенсивність випромінювання, пропорційна змісту SO 2, реєструється фотоумножителем. Включення до складу приладу конвертора, що забезпечує каталітичне окислення сірководню до діоксиду сірки, дозволяє створити апаратуру для одночасного контролю в газовій суміші цих речовин.
Перевага зазначеного методу в порівнянні з методом полум'яної фотометрії у відсутності допоміжних газів.
Гравіметричний (ваговий) метод - Традиційний метод визначення концентрації твердих частинок в газових сумішах, пов'язаний з відбором проби, пропусканням її через фільтр, зважуванням фільтра або визначенням його ступеня чорноти за еталоном. Цей метод реалізований в димомір, які використовуються для визначення димності відпрацьованих газів дизелів.
Необхідність безперервного контролю вмісту твердих частинок у відпрацьованих газах двигунів або атмосферному повітрі привела до широкого поширення оптичних, радіоізотопних методів аналізу. Оптичний метод аналізу (рис. 6.2) заснований на вимірюванні послаблення випромінювання твердими частинками при проходженні променя світла через вимірювальний канал певної довжини.
Метод використовується для якісної оцінки змісту частинок на виході з двигунів, пальникових пристроїв, очисних споруд (в одиницях оптичної щільності газового потоку при просвічуванні його заданої товщини з виміром на фотоелементі ступеня поглинання світла).
Наприклад, автомобільний димомір типу «Хартрідж» має шкалу, розділену на 100 одиниць. За одиницю прийнята ступінь ослаблення інтенсивності світлового потоку на 1%. Але кількісне визначення вмісту частинок цим методом неефективно, оскільки на вимірювання істотний вплив роблять кольоровість і дисперсність частинок. Тому похибка оцінки концентрацій може досягати десятки відсотків.
Широке поширення набув радіоізотопний метод, позбавлений цього недоліку і заснований на ослабленні β-випромінювання частинками. Концентрація твердих частинок (пилу) обчислюється за результатами вимірювань на фільтрі (стрічка з скловолокна) до і після нанесення проби. Стрічка транспортується в детекторний блок, де розташований радіоізотопне джерело, і проводиться вимір.
Хроматографічний метод широко поширений і заснований на використанні властивості розділення складних сумішей на хроматографічної колонці, заповненій сорбентом.
Проба газу вводиться в потік відповідного газу-носія найпростішої форсункою і разом з ним пропускається через колонки з твердими адсорбуючими поверхнями (адсорбційна газова хроматографія), або з нанесеними на тверді поверхні нелетучими рідинами (газорідинна хроматографія). Окремі компоненти суміші з різними швидкостями переміщуються у колонці, виходять з неї роздільними фракціями і реєструються.
Газ-носій, що транспортує молекули досліджуваної газової суміші, протікає з постійною швидкістю. Колонки, по яких проходить газ, калібруються для того, щоб встановити час проходження того чи іншого компонента. Відповідний детектор використовується для виявлення або визначення кількості того чи іншого компонента суміші. Кількісна оцінка здійснюється по інтенсивності сигналу детектора або за допомогою електронних інтеграторів. Цим методом можуть реєструватися хімічно однорідні речовини (індивідуальні вуглеводні) зі слабко вираженою якісною реакцією (N 2 O, СО), які ідентифікуються за специфічному часу утримування.
Найважливіша частина газового хроматографа - детектор. У приладах, призначених для вимірювань забруднення атмосферного повітря, набули поширення такі види цих датчиків:
-Полум'яно-іонізаційний детектор, який реагує практично на всі органічні сполуки, включаючи бензол, толуол, ксилол, фенол, формальдегід;
-Електронно-захватний детектор - чутливий до хлорвмісних речовин;
-Фотоіонізаційні детектор використовується для контролю органічних сполук і неорганічних речовин (NH 3, H 2 S, Рнз);
-Детектор по теплопровідності використовується для контролю продуктів горіння (СО, СО 2, H 2, SO 2).
У зв'язку з впровадженням сучасних засобів електроніки і мініатюризацією аналітичної частини хроматографів створені портативні (переносні) прилади для здійснення газового аналізу в польових умовах (пересувні лабораторії на транспортних засобах). Найбільший інтерес представляють переносні газові хроматографи, запрограмовані для ідентифікації певних компонентів газової суміші. Результати виражаються безпосередньо в концентрації контрольованого речовини.
Лідарних система контролю забруднення реалізує лазерно-локаційний метод - комбінаційне розсіювання і диференціальне поглинання забруднюючих речовин з використанням джерела лазерного випромінювання і призначена для дистанційного зондування якості атмосфери. Складається з лидара кругового огляду, який встановлюється в промислових зонах або поблизу автомагістралей на домінуючих будовах, і призначений для безперервного контролю викидів аерозолів, NO x, SO 2 на території радіусом 7-15 км і вимірювання азимута і відстані до джерела забруднення. Лідар другого типу на базі автомобіля - комбінаційного розсіювання використовується для багатокомпонентного аналізу концентрації домішок у повітрі.
2. Методи оцінки параметричних забруднень
Вимірювання рівня шуму роблять за допомогою шумоміром як із приєднанням до них октавних фільтрів (аналізаторів спектру), так і без них.
Шумоміри складаються з датчика (мікрофона або акселерометра), що сприймає звуковий тиск, підсилювача і вихідної ланки, що представляє собою стрілочний індикатор, градуйований безпосередньо в децибелах.
Найбільші вимоги пред'являються до датчиків. Вони повинні мати широкий робочий діапазон частот, володіти високою і стабільною чутливістю, не спотворювати сприймається звукове поле, мати невеликі габарити і масу. Датчики бувають електродинамічні, керамічні, конденсаторні, п'єзоелектричні.
Шумоміри вимірюють сумарні рівні інтенсивності звуку в чотирьох частотних характеристиках: А, В, С і лінійною в діапазоні частот 2-40 000 Гц. Аналізатор спектру шуму - підсилювач, який в залежності від налаштування дозволяє виділяти певну смугу частот. Він встановлює не абсолютні рівні інтенсивності шуму в цих смугах частот, а їх співвідношення, що дозволяє визначити смугу з максимальною енергією (інтенсивністю шуму).
Аналізатори спектру шуму бувають фільтрові та гетерогенні. Фільтрові складаються з набору електричних фільтрів, кожний з яких пропускає певну смугу частот. У гетерогенних аналізаторах отримання певної смуги пропускання забезпечується за допомогою вузькосмугових кварцових фільтрів. Реєстрація рівнів шуму може здійснюватися також за допомогою самописця, магнітограф, магнітофона.
3. Методи оцінки забруднення водного середовища, грунтів, грунтів і рослинності
Для оцінки рівня забруднення водного середовища використовуються традиційні прилади фізико-хімічного аналізу, а також хроматографи. Контролюється каламутність, колір, запах, твердість, питома електрична провідність, коефіцієнт світлопропускання, редокс-потенціал, активність водневих іонів (рН), рівень насичення киснем, активність і концентрація іонів різних речовин, що надходять у воду у вигляді забруднень, і інші параметри (температура , тиск, швидкість потоку).
Хімічний аналіз води здійснюється за допомогою лабораторних комплектів аналізу води. У ці комплекти входять хімічні розчини, порцеляновий і скляний посуд, допоміжне обладнання, необхідне для збору і обробки проб, виконання хімічного аналізу. Фізико-хімічні властивості води визначаються з використанням фотоколориметрія, атомно-абсорбційних, інфрачервоних, калориметричних спектрометрів, іонометрії, комплексних аналізаторів якості води.
Для контролю стану поверхні земель, якісного і кількісного складу грунтів і грунтів, оцінки рівня і складу забруднень використовуються прилади та обладнання, наведені вище (аналіз водної витяжки грунту), а також ряд спеціальних приладів, призначених для визначення щільності, властивостей грунтів, грунтів (твердомір , глибинний гамма-щільномір, зсувне прилад, вимірник об'ємної вологості), параметрів снігового покриву. Широко використовується переносний лабораторний комплект визначення гідрофізичних і фізико-механічних властивостей грунтів.
Седиментація атмосферних транспортних аерозолів, зокрема важких металів, призводить до забруднення рослинності. Наземні частини рослин акумулюють атмосферні забруднення, і їх хімічний склад може бути індикатором для виділення територій з високим рівнем впливу транспортних засобів.
Вимірювані параметри:
- Фізіологічний стан рослин;
- Елементний склад тканин рослини.
Візуальна оцінка забруднення - прояв надмірного (вище встановлених норм) вмісту різних речовин в зеленій масі будується на ідентифікації явно виражених змін виду рослин:
-Мідь - темно-зелене листя, товсті короткі коріння;
-Залізо - темно-зелене забарвлення листя, сповільнений ріст надземних частин рослини;
-Цинк - хлороз і некроз решт листя, междужілковий хлороз молодого листя;
-Свинець - темно-зелене листя, бурі короткі коріння, скручування старого листя;
-Кадмій - бурі краї листя, червонуваті жилки й черешки, скручені листя й бурі недорозвинені коріння.
Визначення концентрації токсичних елементів у тканинах рослин здійснюється по водній витяжці в лабораторних умовах методами, розглянутими вище.
Список літератури
1. Промислово-транспортна екологія: Учеб. для вузів / В.М. Луканін, Ю.В. Трофименко; Під ред. В.Н. Луканіна. - М.: Вищ. Шк., 2003
2. Мазур І.І., Молдаванов О.І., Шишов В.М. Інженерна екологія. Загальний курс. У 2-х т. / За ред. І.І. Мазура. - М.: Вища школа, 1996.
3. Богдановський Г.А. Хімічна екологія: Учеб. посібник. М.: Изд-во МГУ, 1994.