Методы и средства контроля загрязнения атмосферы

Министерство образования  и науки РФ

Волгоградский государственный технический университет

Кафедра «Промышленная экология и безопасность жизнедеятельности»

 

 

 

 

 

Семестровая работа по дисциплине: Экология

На тему: «Методы и средства контроля загрязнения атмосферы»

 

 

 

 

 

 

Выполнила: Чугунова Е.В.

гр. ХТ-442

Проверила: доц. Даниленко  Т.И.

 

 

 

 

 

Волгоград 2012

Содержание

 

Введение 3

1. Методы контроля загрязнения атмосферы 4

1. Отбор проб 6

2. Средства контроля загрязнения атмосферы 7

Заключение 14

Список используемой литературы 15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Основным условием существования жизни на Земле является чистый воздух атмосферы, необходимый для дыхания живых организмов. Человек в течение суток потребляет примерно 15 кг воздуха, 1,5 кг пищи, 2,5 л воды. Если без воды и пищи можно прожить дни и даже недели, то без воздуха — считанные минуты.

В составе атмосферного воздуха 78 % азота, 21 % кислорода, 0,03 % диоксида углерода, присутствуют озон, метан, аргон, неон, гелий. Из всех газов наибольшая роль принадлежит кислороду, являющемуся обязательным элементом круговорота веществ в биосфере.

На самом деле существует реальная угроза существования биообъектов в связи с большим спектром загрязнителей, попадающих в атмосферу в результате антропогенной деятельности. К основным загрязнителям атмосферы, которых всего, по дан ЮНЭП, ежегодно выделяется до 25 млрд т, относят: оксид серы SO2, оксиды азота N_xO_y, оксиды углерода СО, СО₂.

Загрязнение воздуха наносит  серьезный ущерб здоровью человека, природе, промышленности, сельскому  и коммунальному хозяйству. Затрагивающая все и всех проблема загрязнения требует к себе большого внимания, поэтому мониторинг состояния атмосферного воздуха, имеет важнейшее значение. В данной работе будут описаны наиболее известные методы контроля состояния атмосферы, а так же средства, при помощи которых эти методы реализуются.

 

1. Методы контроля загрязнения атмосферы

 

Для получения объективной информации о состоянии и уровне загрязнения атмосферы окружающей среды необходимо располагать надежными методами анализа. Эффективность любого метода оценивается совокупностью показателей: селективностью и чувствительностью определения, воспроизводимостью получаемых результатов, экспрессностью выполнения анализа. Методы должны быть применимы в широком диапазоне концентраций загрязняющих веществ, включая их следовые количества в незагрязнённых объектах фоновых районов.

В системе мониторинга проводят наблюдения с использованием контактных и дистанционных методов. Контактные наблюдения подразумевают непосредственный контакт с изучаемым объектом окружающей среды: взятие пробы оператором, ее подачу на пробоподготовку или в измерительный прибор либо перемещение измерительнoго прибора в изучаемой среде (не требуется взятие пробы оператором). Дистанционные наблюдения подразумевают наблюдения за удаленными от места проведения измерений объектами. [1]

При осуществлении контроля состояния воздуха, как территории населенных пунктов, так и в рабочей  зоне производственных помещений используют качественный и количественный анализы  газовых смесей. С помощью качественного анализа определяют присутствие в воздухе или газовых потоках отдельных компонентов, не устанавливая их содержания.

При количественном анализе определяют состав газовой смеси (в процентах) или содержание в ней определенного компонента (компонентов). На практике обычно не требуется полного анализа газовой смеси, и определяются лишь некоторые, наиболее важные ее составляющие.

Качественный анализ газовых  смесей производится с помощью органолептического и индикационного методов, а также  с использованием жидких и пористых поглотителей. Органолептический метод основан на определении примесей, содержащихся в атмосфере или газовых выбросах, по цвету или запаху. К газам, обладающим специфическим цветом, относят фтор, хлор, диоксид азота и некоторые другие. Специфическим запахом отличаются хлор, аммиак, диоксид серы, оксиды азота, сероводород, фтористые соединения, цианиды, некоторые углеводороды и другие органические соединения. Однако индикацию газов органолептическим методом нельзя считать достоверной, так как возможная ошибка зависит не только от субъективных особенностей человека, но и от того, что специфический цвет или запах могут маскироваться окраской и запахом других примесей.

Индикационный метод основан на изменении окраски индикаторной бумаги, пропитанной соответствующими реактивами, в присутствии того или иного компонента газовой смеси. Так, красная лакмусовая бумага синеет в присутствии NH₃ и остается без изменения в присутствии кислых примесей (НС1, H₂S, SO₂, СО₂, NO, NO₂), красная и синяя лакмусовые бумаги обесцвечиваются в присутствии хлора; бумага, пропитанная раствором ацетата свинца, чернеет в присутствии H₂S. 

Индикация с помощью  жидких или пористых поглотителей заключается в прокачивании воздуха через жидкость, в которой растворен соответствующий реагент, или сквозь пропитанный реагентом пористый материал (силикагель, пемза, цеолиты). О наличии в воздухе или отходящих газах определяемой примеси судят по изменению окраски раствора или реагента, пропитывающего пористый материал.[2]

О наличии некоторых загрязнителей  в атмосфере можно судить по внешним признакам растений и животных. Благодаря «памяти» этих организмов, можно узнать и о роли тех факторов, которые в настоящее время уже не действуют. Например, о выбросах сернистого газа расскажут пятна на листьях подорожника большого. По ширине годичных колец сосен в окрестностях химического предприятия можно определить, в какие годы завод особенно сильно загрязнял среду. В годы сильного загрязнения атмосферы закладываются более тонкие кольца. Индикаторами загрязнения атмосферы являются некоторые мхи и лишайники. Существуют специальные живые приборы — бриометры — маленькие коробочки со мхами определенных видов, по которым определяют режим задымления атмосферы. [5]

 

1. Отбор проб

 

Первым условием точного  определения содержания в газовой смеси какого-либо компонента являются правильный отбор проб для анализа и ее обработка. При отборе пробы газа необходимо учитывать, в каком агрегатном состоянии находятся определяемое вещество и те вещества, что ему сопутствуют, а также является ли проба типичной и характерной для общей массы анализируемого газа.

В зависимости от состояния, в котором находится определяемое вещество, выбирают метод его выделения:

−для улавливания газа или пара включающую их газовую смесь обычно пропускают через поглотительные приборы, содержащие жидкость, способную поглотить определяемый газ.

−для поглощения аэрозолей, как правило, используют твердые поглотители: вату, лингин.

При отборе проб необходимо заранее установить скорость прохождения воздуха через пробоотборник и число поглотительных сосудов, необходимых для улавливания подлежащих анализу примесей в виде газа, аэрозоля, пыли. В каждой точке принято отбирать не менее двух параллельных проб, причем результаты параллельных анализов не должны расходиться более чем на 10 %.

Для отбора проб газа, содержащего токсичные примеси в небольшой концентрации, используют аспираторы, в которых определенный объем газа проходит через поглотительную среду, где он растворяется или связывается химически. Постепенно определяемые примеси накапливаются в поглотителе в количествах, достаточных для аналитического определения. Скорость аспирации через жидкие поглотительные среды не должна превышать 1,5—

2 л/мин. 

Водяной аспиратор (рис.1) состоит из двух сосудов, соединенных резиновой трубкой и находящихся на разной высоте. Верхний сосуд наполнен водой. Когда вода перетекает в нижний сосуд, в верхнем создается разрежение, вызывающее поток исследуемого газа через поглотительные приборы с жидким сорбентом.

 

Рис.1 Водяной аспиратор

 

Эффективность поглощения компонентов газовой смеси в значительной степени зависит от используемого поглотителя. Самой высокой поглощающей способностью обладают твердые сорбенты: активированный уголь, цеолиты, силикагель. Обычно для  отбора проб газовых смесей используют силикагель с размером зерен 0,25—0,5 мм, который помещают в U-образные трубки с боковыми отводами. В качестве жидких поглотителей применяют растворы кислот, солей, оснований и некоторых веществ сложного состава. [3]

2. Средства контроля загрязнения атмосферы

 

Для анализа газов используют широкий ассортимент приборов, называемых газоанализаторами. Газоанализаторы градуируются в % по объему, г/м и мг/л. Первая единица измерения является более удобной, т.к. процентное содержание компонентов газовой смеси сохраняется при изменении температуры и давления.

Выбор метода газового анализа и соответственно газоанализатора определенного типа диктуется особенностями анализируемого компонента, которые отличают его от других компонентов смеси. В практике заводских лабораторий и научно-исследовательских организаций используют газоанализаторы:

-механические,

-тепловые,

-магнитные, 

-оптические,

-хроматографические и некоторые другие.

Действие механических газоанализаторов основано на измерении молекулярно-механических параметров анализируемой газовой смеси и их изменении при химическом или физико-химическом извлечении из смеси определяемого компонента. В зависимости от измеряемой механической характеристики различают газоанализаторы вискозиметрические, денсиметрические (плотномерные), акустические, диффузионные и объемно-манометрические. Последние получили наибольшее распространение.

Анализ газовой смеси  с применением объемно-манометрических (ОМ) газоанализаторов основан на изменении объема газовой пробы в результате извлечения из нее определяемого компонента или суммы нескольких компонентов. Это извлечение осуществляется при постоянных температуре и давлении с помощью химической реакции, селективной по отношению к определяемому компоненту, или за счет физического воздействия на пробу, дающего тот же результат. Уменьшение объемной доли газовой смеси (в процентах) к первоначальному соответствует содержанию извлеченного компонента. ОМ-газоанализаторы используют для периодических наблюдений за содержанием в атмосфере и газовых выбросах СО₂, SO₂, NH₃, О₂, Н₂, гремучей смеси BН₂ + О₂ и некоторых других газов.

Стационарные ОМ-газоанализаторы имеют пределы измерений от 10~3 до 10~7 %. К недостаткам ОМ-газоанализаторов следует отнести длительность анализа и сравнительно невысокую точность определений.

Действие тепловых газоанализаторов основано на изменении тепловых свойств определяемого компонента при изменении его концентрации. К ним относятся термокондуктометрические, термохимические газоанализаторы. Принцип действия тепловых газоанализаторов основан на определении теплового эффекта химической реакции, величина которого пропорциональна содержанию контролируемого компонента. Этот метод применим для определения всех газов, легко вступающих в реакции, которые протекают количественно и с большим тепловым эффектом (Н₂, СО, H₂S, СО₂, SO₂, углеводороды и др.).

Анализ газовых смесей на магнитных газоанализаторах основан на различиях в парамагнитных свойствах газов. В основу работы магнитных газоанализаторов положены различные явления, связанные с взаимодействием определяемого компонента анализируемой  газовой смеси  с  магнитным полем. Газы, которые втягиваются в магнитное поле, называют парамагнитными,  а те газы, которые выталкиваются из  магнитного поля - диамагнитными.  Количественно магнитные свойства газов определяются величиной, называемой магнитной восприимчивостью. Магнитная  восприимчивость парамагнитных газов - величина положительная, диамагнитных газов - отрицательная, она обладает свойством аддитивности. Подавляющее большинство газов и паров является диамагнитными. Парамагнитными свойствами обладают кислород и оксиды азота. Причем магнитная восприимчивость кислорода в 100 раз и более превосходит магнитную восприимчивость остальных газов и паров (кроме оксидов азота).

На практике газоанализаторы этого типа и используются для определения О₂, в воздухе, в смеси непредельных углеводородов, в промышленных газах, содержащих СО, СО₂, СН₄, Н₂ и N₂, в отходящих газах цементных печей и топочных газах. Точность определения составляет от ±2 до ±5 %.

Рис. 2. Принципиальная измерительная схема термомагнитного газоанализатора: 1 - блок подготовки; 2 - постоянный магнит; 3 - кольцевая камера; 4 - тонкостенная стеклянная трубка;  R₁ и R₂ - постоянные сопротивления; R₃ и R₄  -  терморезисторы  тепловые (платиновые  сопротивления), намотанные  на стеклянную  трубку  (двухсекционная  нагреваемая  обмотка), эти резисторы составляют неуравновешенный мост; R₀ - резистор для установки тока питания моста.

Если в анализируемом  газе отсутствует кислород, мост находится в равновесии. Когда имеется кислород, то происходит его взаимодействие с магнитным полем около левого конца трубки 4, и О₂ втягивается в трубку слева направо. О₂ нагревается резистором R₃ (-80 °С) и теряет  свои  парамагнитные  свойства.  Вследствие  этого  нагретый  О₂ выталкивается