Реєстрація концентрацій забруднювачів атмосфери.

Описані методи відбору і аналізу проб повітря не дозволяють організувати оперативний контроль забруднення атмосфери, оскільки інформація про концентрації домішок виходить через 12 – 24 год після відбору проб. Крім того, вони зв’язані з великими затратами праці і не завжди дають об’єктивні дані.

Автоматичні безперервно діючі газоаналізатори дозволяють безперервно отримувати більш достовірну інформацію, яка зразу ж може бути передана зацікавленим організаціям.

Застосовується декілька типів газоаналізаторів, що реєструють.

Газоаналізатор ГКП-1 складається з датчика, пульту і реєстратора, і служить для безперервної реєстрації концентрацій SO₂ в атмосферному повітрі (рис.12.9). Оснований на полярографічному принципі.

Рис.12.9 Газоаналізатор на сірчистий газ ГКП-1: а – комплект: 1 – реєстратор; 2 – стабілізатор; 3 – датчик; 4 – пульт; б – датчик без кожуха: 1 – осередок; 2 і 3 – фільтри грубої і тонкої очистки; 4 – насос; 5 – обігрівач; 6 – газовий фільтр ФГ-6; 7 – вхід; 8 – регулятор витрати газу.

Визначення концентрації SO₂ основане на вимірюванні сили струму, який виникає при окисленні на платиновому електроді йодистого водню. Останній утворюється при взаємодії сірчистого газу з йодом:

.

Реакція відбувається у вимірювальній камері електрохімічного осередку, який містить кристалічний йод, через який проходить аналізоване повітря. Електричний струм, що протікає, при цьому по зовнішньому ланцюгу є мірою концентрації SO₂. Концентрація SO₂ безперервно реєструється на діаграмній стрічці самописного потенціометра.

Блоки газоаналізатору з’єднуються за допомогою кабелю. Забір аналізованого повітря здійснюється через забірний пристрій на кришці датчика або через зовнішню забірну лінію з скляної або фторопластової трубки діаметром 4-8 мм.

Всередині корпусу датчика розташована висувна каретка, на якій і змонтовані всі його блоки. Каретка закріплюється в корпусі двома пружними фіксаторами. Електричне єднання із зовнішніми ланцюгами здійснюється через штепсельне гніздо і дві колонки на задній стінці корпуса датчика. Датчик складається з чотирьох основних вузлів – системи забору і очищення повітря, електрохімічного осередку, системи підтримання проходження повітря і системи термостатування.

Система забору і очищення повітря від пилу складається із забірного пристрою, протипилового фільтру ФГ-6 і двох з’єднувальних фторопластових трубок. Стиковка забірного пристрою ФГ-6 здійснюється за допомогою штуцера. При використанні зовнішньої забірної лінії замість забірного пристрою на вхід датчика прикріплюється перехідний штуцер, що знаходиться в комплекті запасних частин до газоаналізатору. Аналізоване повітря при роботі приладу проходить послідовно забірний пристрій, фільтр ФГ-6 і по з’єднувальній трубці надходить до вимірювальної камери електрохімічного осередку.

Електрохімічний осередок являє собою конструкцію з органічного скла. Він має чотири камери: вимірювальну, дві порівняльні і ємність для запасного електроліту. Дві порівняльні камери відокремлені від вимірювальної іонообмінними мембранами, які пропускають тільки позитивно заряджені іони. Всередині вимірювальної камери розташований платиновий вимірювальний електрод. Він закріплюється зовні гайкою і має зверху штуцер для з’єднання з лінією, що підводить газ. Під вимірювальним електродом є порожнина, в яку засипається зовні по спеціальному каналу кристалічний йод. У вимірювальну камеру і камеру запасного електроліту заливається 3 %-ний розчин сірчаної кислоти і засипається кристалічний йод. В камери порівняння заливається 5 %-ний розчин сірчаної кислоти і засипається електродна суміш, складена з порошків активованого піролюзиту й вугілля, взятих у співвідношення 1:4 за об’ємом.

Аналізоване повітря, яке пройшло через забірний пристрій і протипиловий фільтр, попадає до вимірювальної камери, де сірчистий газ реагує з йодом, утворюючи йодистий водень. При певній різниці потенціалів між вимірювальним і порівняльним електродами молекули йодистого водню окисляються на поверхні вимірювального електроду, і у зовнішньому ланцюгу протікає струм, пропорційний кількості сірчистого газу. З вимірювальної камери повітря проходить до камери запасного електроліту, очищується фільтрами і викидається назовні.

Система підтримання проходження повітря через прилад забезпечує безперервний забір і протягування через електрохімічний осередок постійної кількості повітря за одиницю часу (50 ± 4 л/хв). Система складається з фільтрів грубого і тонкого очищення, сигналізатору проходження газу СРГ-5, побудника проходження ПРГ-4 і схеми керування.

Фільтри грубого очищення призначені для очищення повітря, яке пройшло через осередок, від парів йоду і кислоти. Сигналізатор проходження газу СРГ-5 служить для підтримання постійного проходження повітря. Побудник проходження ПРГ-4 є газовим мембранним насосом. Проходження газу змінюється у відповідності з керованими сигналами від СРГ-5, які надходять до схеми керування роботою побудника проходження.

Система термостатування забезпечує підтримання всередині датчика постійної температури 18-20°С при роботі в холодний період. Обігрівач складається з п’яти скляних опорів. Температура контролюється терморезистором, увімкненим в одне з плечей мостової схеми.

Керування газоаналізатором здійснюється через пульт. На лицьовій панелі пульту розташовані: ручки увімкнення приладу, термостатування датчика, перемикач діапазонів вимірювання, лампочка, що сигналізує про критичне проходження газу, запобіжний і перемикач діапазонів.

Межі вимірювань газоаналізатору ГКП-1 0,15-19,0 мг/м ³, але він може перемикатися для реєстрації з верхніми межами 1,25 і 10 мг/м ³.

Датчик ГКП-1 працездатний при температурі навколишнього середовища від -30 до +50°С. Основна похибка вимірювань 15 %.

При тривалій роботі газоаналізатора ГКП-1 періодично перевіряють роботу окремих вузлів і контролюють градуювання. Для цієї мети служать контрольні пристрої: фільтр для перевірки «нуля» приладу, витратомір, дозатор SO₂.

Фільтр установлюється на вхід аналізатора і служить для перевірки точки «нуля» приладу, через те, що прилад має початковий струм, який може змінитися часом. Зсув «нуля», якщо він виявляється, визначається і враховується під час розрахунку концентрації SO₂. як фільтри використовуються фільтрувальні коробки аналогічні тим, які застосовуються в протигазах (ГП-4У, ГП05, МО-14) або трубка довжиною 20-30 см, наповнена гранульованим активованим вугіллям.

Витратомір контролює проходження повітря через газоаналізатор. Він повинен мати повірочне свідоцтво.

Дозатор SO₂ перевіряє правильність показань приладу. Він являє собою джерело SO₂ постійної концентрації. Дозатори виготовляються в хімічній лабораторії і повинні мати паспорт.

Щомісячно проводиться перезарядка іонних осередків, фільтру грубого очищення, а один раз на три місяці – фільтру тонкого очищення і промивка повітрезабірних ліній.

При обробці стрічок із записами концентрацій SO₂ визначають лінію «нуля», проводять розмітку часу, визначають середні значення за 20 хв і максимальні концентрації, а також час появи і тривалість вмісту у повітрі концентрації SO₂ вище ГДК. Потім вводять поправки на зміщення «нуля» і результати записують.

Реєстрація концентрації окису вуглецю в атмосферному повітрі. Для здійснення постійного контролю концентрації СО найбільш придатні спектроскопічні газоаналізатори, основані на методі якісного й кількісного аналізу СО за інтенсивністю поглинання ним інфрачервоної (ІЧ) радіації (СО поглинає в області 4660 нм). Найбільше розповсюдження мають оптико-акустичні газоаналізатори з диференційною оптичною схемою. Вони забезпечують необхідну точність вимірювань малих концентрацій, стійко працюють в процесі тривалої безперервної експлуатації і тому можуть бути застосовні як для установки в окремих контрольних пунктах, так і в широкій системі контролю рівня забруднення повітря.

Оптико-акустичні газоаналізатори з диференційною вимірювальною схемою містять два випромінювача ІЧ радіації 6, 7 (рис.12.10). Потік радіації кожного направляється по одному з двох паралельних каналів. Канали містять ідентичні кювети 4, 9 з прозорими (для ІЧ радіації) вікнами і закінчуються прозорими вікнами прийомних об’ємів оптико-акустичного перетворювача 3.

Оптико-акустичний перетворювач 3 являє собою герметичну камеру, наповнену СО і розділену мембраною 2 на дві однакові частини. Мембрана разом з нерухомою пластинкою 10 утворює конденсатор, названий конденсаторним мікрофоном. При попаданні через вікна перетворювача ІЧ радіації СО нагрівається, поглинаючи її, в результаті цього підвищується тиск в обох частинах камери. Якщо потоки радіації через обидва вікна однакові і однакові тиски з обох сторін мембрани, то мембрана залишається нерухомою. Якщо ж потоки відрізняються за інтенсивністю і тиск по обидві сторони мембрани стає різним, то мембрана деформується пропорційно різниця тиску.

Через кювету 4, що зветься робочою, прокачується досліджуване повітря, а порівняльна кювета 9 заповнена азотом (який ІЧ радіацію не поглинає).   Рис.12.10 Схема оптико-акустичного газоаналізатору: 1 – вимірювальний прилад; 2 – мембрана; 3 – оптико-акустичний перетворювач; 4 і 9 – робоча і порівняльна кювети; 5 – диск модулятора; 6 – мотор модулятора; 7 і 8 – ІЧ випромінювачі; 10 –пластинка; 11 – підсилювач.

Якщо в аналізованому повітрі СО відсутнє, то в робочій кюветі ІЧ радіація не поглинається, і тому інтенсивність обох (модульованих) потоків радіації, що попадають до оптико-акустичного перетворювача, однакова.

Рівні і амплітуди пульсації тиску по обидві сторони мембрани, тому мембрана залишається нерухомою. Якщо ж у досліджуваному повітрі міститься СО, то потік радіації, що проходить через нього, ослабне (поглинання радіації пропорційне концентрації СО) і викликані ним пульсації тиску в камері перетворювача будуть менші, ніж пульсації, викликані неослабленим потоком, що надходить через другий канал. В результаті мембрана почне коливатися з частотою 5 Гц і амплітудою, пропорційній концентрації СО. Ці коливання за допомогою ємнісного моста перетворюються в електричні сигнали, які підсилюються, коректуються і перетворюються в напругу постійного струму, пропорційну концентрації СО. Ця напруга подається на вимірювальний і реєструючий прилади зі шкалами в одиницях концентрації СО.

У повітрі завжди є водяна пара і може міститься двоокис вуглецю, область поглинання яких співпадає з областю поглинання СО. Тому для виключення помилок вимірювання досліджуване повітря до подачі в робочу кювету пропускається крізь поглиначі водяної пари і в обох каналах установлюються фільтрові кювети, наповнені СО₂.

Серійний оптико-акустичний газоаналізатор ГМК-3 дозволяє вимірювати і реєструвати СО в трьох межах: 0-40, 0-80 і 0-400 мг/м ³, з похибкою 10 % (рис.12.11).

Рис.12.11 Газоаналізатор ГМК-3 на окис вуглецю: а – зовнішній вигляд; б – вузли газоаналізатору; 1 – мотор; 2 – оптико-акустичний перетворювач; 3 – диск модулятора; 4, 5 і 6 – кювети:фільтри СО₂, робоча, порівняльна; 7 – ІЧ випромінювачі; 8 – поглиначі водяної пари; 9 – насоси; 10 – блоки електроніки.

ГМК-3 змонтований в металевому корпусі. На лицьовій панелі знаходяться ручки розподільних газових кранів. Тут же на поверхні панелі нанесена схема увімкнення ланцюгів газоводів. Нижче розміщені вимірювальний прилад, рукоятки керування (переключення діапазонів, регулювання чутливості, увімкнення насосів, систем обігрівання). На правій боковій стінці розташовані штуцери вводу і виводу аналізованого повітря, азоту і окису вуглецю. На внутрішній стороні лицьової панелі (рис.12.11, б) змонтовані основні вузли аналізатору, всередині корпусу знаходиться вентилятор з електронагрівачем, який вмикається термоконтактором при зниженні температури нижче норми. Реєстрація концентрації СО робиться автоматичним потенціометром, який підключається до аналізатора. ГМК-3 потребує частого регулювання.

Більш удосконаленим газоаналізатором є ГІАМ (рис.12.12).

Це достатньо складна установка, що забезпечує вимірювання концентрації СО в діапазонах 0-40, 0-80, 0-400 мг/м ³ з похибкою 5 %. Вона змонтована в металевій шафі (стояку). Маса установки складає 250 кг. ГІАМ містить блоки автоматичного настроювання, корекції показань, видачі і прийому команд, автоматичного керування і реєстрації. Досвід експлуатації ГІАМ ще недостатній для повної оцінки його якостей.     Рис.12.12 Газоаналізатор ГІАМ.

Автоматизація контролю рівня забруднення повітря. Система окремих постів, які вимірюють шкідливий вміст домішок у повітрі, не може повністю задовольнити вимоги служби контролю забруднення особливо у великих містах. Тому розроблюються і створюються автоматизовані системи контролю забруднення повітря – АСКЗП, які забезпечать оперативне отримання даних про забруднення з необхідної кількості пунктів, збір і аналіз цих даних, прийняття рішень і, у випадку необхідності, видачу рекомендацій про міри із зниження рівня забруднення, а також контроль виконання рекомендацій і оцінку ефективності їх проведення. Проектування АСКЗП для деяких крупних міст і промислових центрів знаходяться на стадії завершення.

АСКЗП за структурою аналогічна іншим автоматичним системам контролю і керування.

АСКЗП крупного міста складається з мережі контрольно-вимірювальних станцій (КВС), зв’язаних з центром збору, обробки і розповсюдження інформації (ЦЗОРІ). Лінії зв’язку системи базуються на основі ліній телефонної мережі.

КВС містить датчики шкідливих домішок і деяких метеорологічних величин, перетворювачі, деякі прийомо-керувальні пристрої і пристрої передачі інформації.

ЦЗОРІ – містить ЕВМ, клерувальні пристрої, пристрої прийому і розповсюдження, реєстрації і зберігання інформації.

АСКЗП працює за заданою програмою, автоматично варіруємою в залежності від рівня забруднення повітря і метеорологічної обстановки. В АСКЗП передбачена можливість вводу даних, отриманих рухливими контрольними лабораторіями (в результаті маршрутних і під факельних вимірювань). Надалі АСКЗП буде зв’язана з територіальним центром обробки і аналізу інформації про рівні забруднення по регіону. Видимо, ці територіальні центри будуть складовою частиною територіальних і регіональних обчислювальних центрів.

Контрольні запитання:

1. Дайте поняття ГДК.

2. Що відносять до специфічних домішок?

3. З чого складається мережа служби контролю забруднення атмосфери?

4. Для чого призначена пересувна лабораторія?

5. Яким розрахунком користуються під час розміщення постів?

6. Як проводяться стаціонарні вимірювання?

7. Яким приладом вимірюють метеорологічні величини?

8. Де установлюється датчик швидкості і напрямку вітру?

9. Яким приладом вимірюють атмосферний тиск?

10. Що являє собою пересувна лабораторія «Атмосфера –II»?

11. У яких випадках проводять маршрутні спостереження?

12. Коли проводять підфакельні вимірювання?

13. Що входить до комплекту обладнання «Атмосфери –II»?

14. Чим користуються під час відбору проб на газові інгредієнти?

15. На чому оснований принцип дії електроаспіраторів?

16. Як проводиться відбір проб для визначення концентрацій аерозолів?

17. Як на метеостанціях проводять збір атмосферних опадів?

18. Для чого призначений газоаналізатор ГКП-1?

19. Як працює оптико-акустичний газоаналізатор?

20. В яких межах ГМК-3 вимірює і реєструє СО?

---

Дата добавления: 2015-10-13