Воздействие автотранспорта на окружающую среду

 

 

 

9. Методы и приборы для определения загрязненности воздуха произведенной пылью и выхлопными газами

 

Способы измерения концентрации пыли по числу частиц основаны на том, что из известного, в большинстве случаев небольшого объема воздуха, на прозрачную поверхность осаждается пыль, видимые частицы которой подсчитываются под микроскопом. Осаждение частиц пыли осуществляется в основном следующими четырьмя способами:

- пыль задерживается во время  прохождения пробы воздуха на  мембранном фильтре;

- поток воздуха направляется  на клейкую прозрачную поверхность,  к которой прилипают частицы  пыли;

- пылевые частицы осаждаются в результате термофореза на охлажденных деталях прибора;

- частицы задерживаются в жидкости  при пропускании пробы через  специальные промывные склянки  (отражатели), в которых пузырьки  воздуха ударяются о стеклянные  поверхности.

Подсчет частиц с помощью микроскопа проводится на прозрачной или непрозрачной подложке на светлом или темном поле. Для облегчения подсчета в отраженном свете можно использовать соответствующие цветные фильтры.

Результаты подсчета по одному из перечисленных выше методов дают количество частиц в 1 см воздуха. Поэтому, как правило, приходится удовлетворяться использованием числа частиц как относительного показателя для качественной оценки пылевого загрязнения. Однако обязательным является постоянство распределения частиц по размерам и их одинаковый химический состав. Для приближенной и неточной оценки могут использоваться следующие соотношения:

Число частиц в 1 см   500 2000 20000

Концентрация пыли, мг/м3 2 10 100

Ниже приводится описание некоторых  приборов для определения числа частиц.

Малый прибор (пылесборник) Дрегера  состоит из выполненной в виде диска-насадки к насосу, используемому  вместе с газоанализатором. Насадка  предназначена для размещения круглого мембранного фильтра, на поверхности  которого равномерно распределяется содержащаяся в пробе воздуха пыль (один рабочий ход насоса =100 см3 воздуха).

Фильтру придается прозрачность путем  смачивания его иммерсионным маслом. Затем под микроскопом могут  проводиться обычные наблюдения.

Выпускаемый фирмой Sartorius прибор Konimater состоит из микроскопа, на предметное стекло которого с помощью небольшого поршневого насоса подается 2,5 или 5 см3 воздуха. Рассчитанное на 36 проб пыли круглое предметное стекло покрыто слоем клейкого вещества, к которому прилипают частицы пыли. В комплект микроскопа с 200-кратным увеличением входит разделенная на 2 сектора по 18° каждый микрометрическая сетка, предназначенная для подсчета пылевых частиц.

Электрический метод. Для определения содержания в атмосферном воздухе диоксида серы, сероводорода, хлора и озона используются газоанализаторы «Атмосфера-1» и «Атмосфера-2», в основу работы которых положен кулонографический метод анализа.

Газоанализатором «Атмосфера-1»  определяют содержание диоксида серы (сернистого газа) и сероводорода; газоанализатором «Атмосфера-2» - содержание хлора и озона.

Газоанализаторы «Атмосфера» при  определении концентраций веществ  работают в следующих диапазонах (табл. 8):

 

 

 

 

Таблица 8.

Диапозон измерений  газоанализаторов типа «Атмосфера»

Вещество	Сернистый газ	Сероводород	Хлор	Озон
Диапазон измерений, мг/м3	0-0,5;2	0-0,5	0-0,2 0-1	0-0,1 0-0,5

 

Газоиндикаторы «Атмосфера» предназначены  для работы в следующих условиях эксплуатации: температура окружающей среды 0-50°С, относительная влажность  окружающего воздуха 30-90%, атмосферное давление 91-105 кПа (680-785 мм рт. ст.).

 

Таблица 9.

Значения концентрации (мг/м3) мешающих веществ

Определяющее вещество	Мешающее вещество
	озон	Хлор	Серо водород	Диоксид серы	Диоксид азота
Диоксид серы	0,1	0,12	0,25
Озон		0,6	0,01	0,8	0,1
Хлор	0,06		0,01	0,1	0,1

 

В газоанализаторе «Атмосфера-1»  определение концентрации сернистого газа и сероводорода (табл. 9) основано на поглощении этих газов раствором  йода в серной кислоте с последующим  электроокислением образующихся иодид-ионов. На дне камеры измерительного электрода ячейки находятся кристаллы J2 в 3%-ном растворе H2SO4. Анализируемая газовая смесь попадает в камеру измерительного электрода и, если смесь содержит сернистый газ, то SO2 реагирует с йодом до образования йодоводорода:

 

SO2 + J2 + 2H2O 2HJ + Н2SO4,

 

В результате этой реакции S+4 отдает 2ё  и при этом окисляется до S+6:

 

S+4-2e->S+6,

 

Йод восстанавливается из свободной (окисленной) формы

до йод-ионов:

 

j°+2e->2j.

Чем больше SO2 поступает в электрохимическую  ячейку, тем больше образуется вокруг измерительного электрода йодид-ионов, несущих отрицательный заряд, и тем более концентрированным будет раствор серной кислоты.

Серная кислота - сильный электролит. В водном растворе молекула серной кислоты диссоциирует на ионы:

Бром, образовавшийся в результате химической реакции, элек-тровосстанавливается на измерительном электроде, причем электрический ток, возникающий при этом, является мерой концентрации хлора в газе.

На измерительном электроде  происходит следующая реакция:

(32) происходит

 

H2SO4 2H++SO2-4

 

При выделении озона из газовой  смеси используется реакция озона  с бромистым натрием с образованием брома, который затем количественно  электровосстанавливается на измерительном  электроде, причем электрический ток является мерой концентрации озона. В ячейке при этом происходят следующие реакции:

в измерительной камере (в растворе):

 

О3 + 2Вг О2 + О2-+Br2

 

на измерительном электроде (катоде): Вг2 -2е- 2Вг-,

на вспомогательном электроде (аноде):

 

C+O2- СО + 2е-,

 

Определение концентрации хлора основано на количественном определении свободного брома, имеющегося на катоде (измерительном  электроде), который образуется в  растворе по реакции:

2Вг + Cl 2C1 + Вг2,

Вг2 +2е- 2Вг-,

 

На вспомогательном электроде электроокисление углерода по реакции:

 

С + О2 СО+2e-

 

Инфракрасный метод. Для определения содержания в атмосферном воздухе оксида углерода используются газоанализаторы ГМК-3 и ГИАМ-1, в основу работы которых положен инфракрасный метод анализа. Принцип метода основан на измерении поглощения энергии излучения анализируемым газом.

Газоанализатор ГМК-3 представляет собой автоматический стационарный прибор, предназначенный для непрерывного измерения микроконцентраций оксида углерода в газовых смесях. Прибор может быть использован для анализа воздуха городов и производственных помещений, а также для выдачи командой информации в системах автоматического контроля, управления и регулирования. Газоанализатор имеет три диапазона измерения: 0-40, 0-80, 0-400 мг/м3. Основная погрешность на шкале 0-80 мг/м3 не превышает +5%, на шкале 0-40 и 0-400 мг/м3 - 10%.

Условия выполнения измерений должны быть следующими: температура окружающей среды 10-35°С: атмосферное давление 91-105 кПа (680-785 мм рт. ст.), относительная влажность 10-90%. Окружающая среда не должна быть агрессивной и взрывоопасной. Питание газоанализатора осуществляется от сети переменного тока частотой 50 Гц, напряжением 220 В.

Газоанализатор может быть использован  как для анализа отдельных  проб, так и для непрерывной  регистрации. При анализе отдельных  проб газоанализатор устанавливают  в химлаборатории, а при использовании  для непрерывной регистрации СО в атмосфере на стационарных постах.

При использовании газоанализатора  для непрерывной регистрации  СО необходимо следить за расходом газовой смеси, вести наблюдение за измерительными приборами, проверять  и при необходимости регулировать нулевые показания и чувствительность газоанализатора. Расход воздуха контролируют по показаниям ротаметров, установленных на передней панели датчика. В газоанализаторах, где отсутствуют встроенные ротаметры, для проверки расхода воздуха на вход датчика подключают ротаметр с пределом измерений (1 0,2) л/мин.

Оптико-акустический газоанализатор ГИАМ-1 предназначен для непрерывного измерения концентрации оксида углерода на стационарных постах, а также  автоматических станциях контроля загрязнения атмосферы. По сравнению с газоанализатором ГМК-3 он обладает рядом преимуществ:

• имеет более высокий класс точности (класс 5);
• предусмотрена автоматическая коррекция нуля и чувствительности;
• осуществляется интегрирование измеряемой концентрации за каждые 20 мин;
• предусмотрена очистка анализируемой газовой смеси от влаги, механических примесей и пыли; возможно дистанционное управление газоанализатором;
• имеет реперное устройство для проверки работоспособности газоанализатора без контрольных газовых смесей;
• для коррекции нулевых показаний используется атмосферный воздух, очищаемый от оксида углерода при помощи реактора расположенного в блоке пробоподготовки, что позволяет сократить потребность в газовых смесях при эксплуатации газоанализатора.

Люминесцентный метод. Люминесценцией называется излучение света телами, превышающее тепловое при той же собственной температуре тел, и имеющее длительность более 10-10 с. Это излучение может быть вызвано бомбардировкой вещества электронами и другими заряженными частицами, пропусканием через вещество электрического тока (нетепловое действие), освещением вещества видимым светом, рентгеновскими и гамма лучами, а также некоторыми химическими реакциями в веществе.

Для определения концентрации оксидов  азота (NO, N02), углерода (СО), серы (S02), озона (О3), аммиака (МН4) и др. применяют высокочувствительные газоанализаторы, работающие на принципе хемилюминесценции.

Химические реакции, сопровождающиеся хемилюминесценцией, могут протекать  как при повышенных, так и при  комнатных температурах. Так, определение концентрации оксида углерода возможно за счет хемилюминесценции, возникающей при горении оксида углерода в атомарном кислороде:

 

CO + O CO2+hv,

 

где h - постоянная планка, v - частота  испускаемого света.

Хемилюминесцентное излучение обнаруживается в видимой области света по длине волны =400 мм. Предел обнаружения СО-0,5 мг/м3.

Концентрацию оксида азота определяют по экзотермической реакции (с выделением тепла) между NO и О3, в результате которой получаются NO2, O2 и около 10% электронно-возбужденного NO2. При переходе NO2 в невозбужденное состояние возникает излучение, интенсивность которого пропорциональна количеству NO в реакционной камере. При определении суммарного содержания NO и NO2 в воздухе NO2 предварительно восстанавливают до NO.

Газоанализатор 667 ФФ-01 предназначен для определений концентрации диоксида серы в атмосферном воздухе в  составе газоизмерительной автоматической многоканальной системы (ГАМС), автоматической станции контроля загрязнения атмосферы (АСКЗА) или комплекса лабораторий «Воздух» и «Пост-2». Метод измерения, положенный в основу работы газоанализатора, флюоресцентный. Сущность метода состоит в регистрации флюоресцентного излучения молекул диоксида серы (802), возникающего под действием возбуждающего ультрафиолетового излучения. Возбуждение молекул диоксида серы происходит в спектральной области 220-240 нм, выделяемой с помощью первичного светофильтра, из спектра излучения импульсной ксеновой лампы ИСК 20-1. В этой области спектра молекулы воды и оксидов азота не влияют на флюоресценцию. Процесс возбуждения описывается формулой:

 

SO2 +hvi ->S0 2,

 

где h - постоянная Планка и Vi - частота  возбуждающего излучения.

Возбужденная SO*2 переходит в основное состояние с излучением кванта света:

 

SO 2 SO2+hv2,

 

где v2 - частота излучения при  флюоресценции.

Газоанализатор имеет три диапазона измерения концентрации О2: 0-0,5 мг/м3, 0-1,5 мг/м3; 0-5,0 мг/м3. Цена деления шкалы каждого диапазона 0,01 мг/м , 0,1 мг/м соответственно.

Газоанализатор может эксплуатироваться  как в ручном режиме управления («Нуль», «Репер», «Анализ»), так и в автоматическом. В автоматическом режиме конструкция  газоанализатора обеспечивает: возможность  дистанционного управления по командам от устройства сбора и обработки информации (УСОИ); автоматическое переключение диапазонов измерения концентрации диоксида серы со световой сигнализацией о номере диапазона.