2.2. Пылемеры

Значительную часть промышленных выбросов, загрязняющих воз­душный бассейн, составляет пыль. Содержание пыли в атмосфере оп­ределяется как размерами выбросов промышленных предприятий, так и интенсивностью ее поступления от природных источников.

Методы измерения концентрации пыли делят на две группы: ме­тоды, основанные на предварительном осаждении, и методы без пред­варительного осаждения пыли. Основным показателем для гигиеничес­кой оценки состояния воздушной среды является масса взвешенной пыли с учетом ее дисперсности. Поэтому основным преимуществом ме­тодов первой группы является возможность измерения массовой кон­центрации пыли. К недостаткам следует отнести длительность отбора пробы, трудоемкость анализа. Преимущества методов второй группы - возможность непосредственных измерений в самой пылевоздушной сре­де, непрерывность измерений, высокая чувствительность. Существен­ный недостаток - влияние изменений свойств пыли, особенно дис­персного состава.

Для контроля пыли, свойства которой изменяются во времени в широких пределах, целесообразно использовать методы, основанные на предварительном осаждении пыли. Из них наиболее широко приме­няют радиоизотопный метод, на точность которого не влияет измене­ние химического состава пыли.

Радиоизотопный метод измерения концентрации пыли основан на использовании свойства радиоактивного излучения поглощаться час­тицами пыли. Воздух предварительно фильтруют и затем определяют массу осевшей пыли по ослаблению радиоактивного излучения при прохождении его через пылевой осадок.

Массу пыли на фильтре определяют, исходя из зависимости [9]

I = I_oexp (-_mm),

где IиI_o- интенсивность радиоактивного излучения после прохож­дения его через пылевой осадок на фильтре и через чистый фильтр;_m- массовый коэффициент поглощения радиоактивного излучения;m - масса осевшей на фильтре пыли.

Массовый коэффициент поглощения _mзависит от вида и энергии излучения. При определении концентрации пыли радиоизотопным мето­дом наиболее широко используют бета-излучение, так как оно обла­дает достаточной проникающей способностью и довольно хорошо под­чиняется экспоненциальному закону.

Радиоизотопный пылемер Прима-03 предназначен для определения концентрации пыли в атмосферном воздухе и в воздухе производс­твенных помещений. Схема этого пылемера показана на рис.10.

Толщина пылевого осадка определяется по поглощению бета-частиц. Запыленный воздух просасывается через фильтр с помощью воздуходувки 10. Пыль осаждается на фильтровальную ленту 2 типа НЭЛ-3, которая наматывается на кассеты 1 с помощью механизма перемотки ленты 6. Во время определения массы чистой ленты или пылевого осадка фильтровальная лента 2 помещается между источником бета-излучения 4 и детектором 9 с по­мощью механизма перемещения 5. При отборе пробы воздуха фильтровальная лента 2 устанавливается механизмом перемещения 5 над окном 3 газозаборного канала. Излучение, прошедшее через фильтр, регистрируется детектором 9. Выходной сигнал подается на блок обработки сигнала 8 и затем на индикатор 7.

Рис.10. Схема пылемера Прима-03

Основные технические характеристики Прима-03:

- интервал измеряемых концентраций 0,05-100 мг/м³;

- погрешность измерения 25 %;

- время отбора пробы 1- 45 мин;

- масса 5,5 кг.

К методам, основанным на предварительном осаждении пыли, от­носится и фотометрический метод. Этот метод измерения основан на определении оптической плотности пылевого осадка. Оптическую плотность пылевого осадка можно определять путем измерения погло­щения или рассеяния им света.

Определение оптической плотности пылевого осадка по поглоще­нию основано на определении интенсивности света I, прошедшего че­рез слой[9]

I = I_oexp(-Cl),

где I_o- интенсивность начального светового потока;C-концентрация

пыли, накапливаемой на фильтре; -показатель поглощения света,

приходящийся на единицу концентрации пыли; l- толщина слоя пыли.

Оптическая плотность D пылевого слоя равна

D=lg(I_o/I) = 0,434Cl.

Измерение интенсивности света, рассеянного осевшей на филь­тре пылью, положено в основу работы пылемера ФЭКП-3 [9]. Прибор состоит из поршневого насоса с пружинным приводом, фильтропротяж­ного механизма и фотометра. Фотометр состоит из миниатюрной лампы накаливания и двух фотоприемников, расположенных так, чтобы про­тив одного находился чистый фильтр, а против другого - фильтр с пылевым осадком. Фотоприемники, в качестве которых используются фоторезисторы, включены в мостовую измерительную цепь. В измери­тельную диагональ моста включен прибор, фиксирующий результаты измерения концентрации пыли.

Основные технические характеристики пылемера ФЭКП-3 следую­щие:

- интервал измеряемых концентраций от 0 до 4000 мг/м³;

- погрешность измерения + 24%;

- минимальная определяемая концентрация пыли 10 мг/м³;

- время отбора пробы 1 - 1,5 мин.

В пылемере ДПВ реализован метод, основанный на измерении ин­тенсивности света, прошедшего через осадок пыли. Оптическая схема ДПВ представлена на рис.11 [9].

Рис.11. Схема пылемера ДПВ.

Запыленный воздух с помощью аспиратора подается в классифи­катор 5, выполненный в виде пластинки с системой клапанов, в ко­торых происходит разделение пыли на две фракции (больше и меньше 5 мкм). Оба пылевоздушных потока, каждый из которых содержит оп­ределенную пылевую фракцию, проходят через разные окна классифи­катора, покрытые с одной стороны пленкой из прозрачного полиэти­лена, а с другой стороны - фильтром. Затем потоки проходят через фильтр, оставив на нем два пылевых пятна, и выбрасываются в ат­мосферу.

Оптическая плотность пылевых осадков определяется двухка­нальным фотометром. В измерительном канале свет от источника 3 проходит через заслонку 4, прозрачную полиэтиленовую пленку, классификатор 5, фильтр 6 и попадает на измерительный фотоприем­ник 7. В канале сравнения свет от того же источника через регули­ровочный винт 2 подается на фотоприемник сравнения 1. В качестве фотоприемников служат фоторезисторы, которые включены в мостовую измерительную цепь. Оптическую плотность пылевых осадков на филь­тре определяют поочередно.

Основные технические характеристики пылемера ДПВ:

- интервалы измеряемых концентраций: 0-30; 0-60; 0-300; 0-600; 0-3000 мг/м³;

- погрешность измерений +10%;

- продолжительность одного измерения 1-5 мин.

К оптическим методам измерения концентрации пыли без предва­рительного ее осаждения относится метод интегрального светорассе­яния. Он дает возможность определять массовую концентрацию частиц пыли по измерению суммарной интенсивности рассеянного света.

Интенсивность I_разрассеянного света определяется выражением

I_раз=z7(r)ⁿ7N,

где z - коэффициент пропорциональности; r- радиус частиц;N-

счетная концентрация частиц.

Значение показателя n зависит от размера частиц. Для частиц радиусом r<0,1 мкм n=6, для частиц радиусомr>1 мкм n=2, а для частиц с радиусом от 0,1 до 1 мкм n=6_2.

При рассеянии света полидисперсной пылью, размеры частиц ко­торой изменяются в широком интервале, происходит усреднение ре­зультатов.

В результате исследований зависимости интенсивности свето­рассеяния I_разот концентрации Cдля полидисперсных частиц уста­новлено, что [9]

С = 450I_раз/I_о, мг/м³.

Таким образом, метод интегрального светорассеяния позволяет измерять массовую концентрацию как монодисперсной, так и полидис­персной пыли. Однако при исследовании полидисперсной пыли возрас­тает погрешность измерения. Этот метод позволяет создать высоко­чувствительные пылемеры. Оптическая схема реализующего этот метод пылемера НИИМ-2 приведена на рис.12.

Свет от источника 1 формируется линзой 2 в параллельный све­товой пучок, который проходит через контролируемый пыле-газовый поток и фокусируется линзой 7 на светочувствительной поверхности фотоприемника 8. Источник света и фотоприемник устанавливают на противоложных сторонах газохода. Для предотвращения запыления окон 3,6 они непрерывно обдуваются потоком очищенного воздуха, подаваемого через отверстия 4, 5. Фотоприемник включен в мостовую схему с компенсацией температурной погрешности фоторезистора.

Однолучевые пылемеры имеют простые оптические схемы. К не­достаткам следует отнести погрешности измерений, вызванные неста­бильностью напряжения питания источника света и фотоприемника.

Рис.12. Схема пылемера НИИМ-2