Лабораторная работа n 1 контроль за загрязнением атмосферного воздуха в селитебной зоне

Цель работы:освоить инструментальный, инструментально-лабораторный и индикаторный методы контроля загрязняющих веществ (ЭВ) в атмосферном воздухе (АВ), научиться определять с помощью соответствующих приборов и оценивать состояние загрязненности АВ в селитебной (жилой) зоне.

Теоретическая часть

Контроль за загрязнением АВ в селитебных зонах, т.е. на территории городов и других населенных пунктов регламентируется нормативно-техническими документами: ГОСТ 17.2.3.01-86"Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества населенных пунктов", РД 52.04.186-89"Руководство по контролю загрязнения атмосферы", ОНД-90 "Руководство по контролю источников загрязнения атмосферы" (часть Iи II)и т.д. Они устанавливают, что на территорииРФ проводятся регламентированные .наблюдения за основными (пыль или взвешенные вещества, диоксид серыSO₂, оксиды азотаNO_xи оксид углерода СО) и специфическими (углеводороды С_nН_m, фтористый водородHF, хлор С1 и др.) 3В на стационарных, маршрутных и передвижных (подфакельных) постах. Они выполняются непрерывно 4, 3или 2 раза в сутки с учетом приоритетности 3В. Последняя устанавливается по методике, приведенной в подразделе 2.4РД 52.04.186-89.В ней учитывают перечень 3В на контролируемой территории, суммарный выброс каждого из них, предельно допустимые концентрации (ПДК) и класс опасности этих 3В, а также характерный размер города иди населенного пункта и его потенциал загрязнения АВ.

ПДК -это гигиенический норматив по тому или иному 3В, устанавливаемый для АВ города или другого населенного пункта. ПДК -это масса 3В в единице объема воздуха (чаще в мг/м³), отнесенная к определенному периоду осреднения, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывает ни на него, ни на окружающую среду в целом вредного воздействия (включая отдаленные последствия). Если 3В оказывает на природу вредное действие в меньших концентрациях, чем на организм человека, то при нормировании исходят из порога действия этого вещества на окружающую природу. ПДК утверждаются Минздравом РФ и приведены (с указанием класса опасности 3В) в списке за N 3086-84и дополнениях к нему (в частности, N 3865-85, N 4256-87и N 5158-89), которые можно найти в приложении 1.1РД-52.04.186-80,книге 1 Сборника нормативных материалов по охране окружающей среды (Минск: БелНИИНТИ, 1991)или на с. 291...299учебника "Охрана окружающей среды" (Под ред. С.В.Белова. -М.:Высшая школа, 1991). Для 3B, у которых пока нет ПДК для АВ населенных мест, устанавливаются ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ) Минздравом РФ. Основной список ОБУВ за N 4414-84утвержден 28.07.87 г. и содержит сведения о 537веществах. К нему дополнение N 1подN 4944-88о 154вредных веществах.

В зависимости от периода осреднения установлено два вида ПДК для АВ населенных мест:

1. максимально разовые (МР) с периодом осреднения 20HL30 мин, предназначенные для предупреждения рефлекторных реакций у человека через раздражение рецепторов органов дыхания (в частности, ощущение неприятных запахов, чихание, аллергическое состояние и т.п.) при таком кратковременном воздействий 3В. Методика их определенна предполагает производство (если позволяет прибор или принятый метод) нескольких в течение20...30мин замеров концентрации ЗВ и наивысшее значение из ряда полученных концентраций называют МР;

2. среднесуточная (СрС) с периодом осреднения 24ч, предназначенная для предупреждения обще токсичного, канцерогенного, мутагенного и другого прямого и косвенного воздействия на человека в условиях неопределенно долгого круглосуточного вдыхания. Она определяется как среднеарифметическое значение разовых концентраций, для которых продолжительность отбора равна 20...30 мин в течение суток, или как средневзвешенное содержание 3В в пробах ДВ, отбираемых в течение24ч непрерывно или с равными интервалами равной продолжительности.

Для оценки состояния, или степени загрязнения АВ используют соотношения

и , (1)

где Ср и Ссрс -соответственно измеренные разовые и среднесуточные концентрации 3В в АВ, мг/м³; МР и СрС ПДК -соответственно максимально разовые и среднесуточные ПДК данных 3В, мг/м³.

Если эти соотношения выполняются, то чистота АВ в городе или населенном пункте соответствует гигиеническим нормам. При содержании в АВ нескольких 3В, обладающих эффектом суммации, их безразмерная суммарная концентрация С должна удовлетворять условию

(2)

где C₁,C₂.....C_n -фактические концентрации ЭВ. обладающие эффектом суммации, мг/м³; ПДК₁, ПДК₂,•••,ПДК_n -(МР или СрС) этих веществ, мг/м³.

Согласно РД 52.04.186-89(с.615...616)эффектом суммации обладают пока 44сочетания 3В: аммиак и сероводород; аммиак, сероводород и формальдегид; аммиак и формальдегид; азота диоксид и оксид; мазутная зола и сера диоксид; ацетон и фенол; др.

Контроль загрязнения АВ в селитебных зонах может быть:

1. по объему -полный или выборочный (т.е. по номенклатуре контролируемых 3В);

1. по частоте измерений -эпизодический иди систематический;

2. по форме проведения -плановый или экстренный;

3. по способу измерения контролируемого параметра -инструментальный (автоматический),инструментально-лабораторный, индикаторный;

4. расчетный.

Инструментальный метод контроля АВ основан на применении автоматических газоанализаторов, которые непрерывно измеряют концентрации 3В на стационарных постах. Эти газоанализаторы используют многие физико-химические методы газового анализа, в частности: электрохимический, оптический, хромотографический и плазменно-ионизационный методы. Каждый из данных методов, а следовательно и газоанализатор применим для измерения конкретных 3В в АВ, имеющем соответствующие метеорологические параметры и определенные примеси. Поэтому они достаточно сложны в обслуживании и имеют высокую стоимость, но не требуют много времени на анализ проб воздуха и передачу результатов контроля в информационный центр. Кроме того, в них отбор проб воздуха и их анализ соединены вместе, что .повышает точность- измерений. При этом методе контроля. АВ следует руководствоваться соответствующими методами определения концентраций 3В, изложенными в разделе б РД 52.04.186-89.

Инструментально-лабораторный метод контроля АВ основан на отборе проб воздуха на постах с последующим их анализом в химических лабораториях, которые оснащены соответствующим оборудованием и аппаратурой или автоматическими и полуавтоматическими приборами. Этот метод применяют для контроля широкого спектра специфических 3В, а также и основных 3В, не обеспеченных средствами инструментального контроля вообще или; в частности, на соответствующих постах из-за их дороговизны. Как видим, здесь отбор проб воздуха и их анализ разделены в пространстве и во времени, что несколько усложняет подготовку пробы к анализу, увеличивает время на ее анализ и на передачу результатов контроля в информационный центр. Инструментально-лабораторный метод контроля АВ используют многие методы лабораторного анализа проб воздуха (например», гравиметрический и т.п.). Последние достаточно точны и позволяют определять 3В, содержащиеся в ничтожно малых количествах, но требуют довольно сложную аппаратуру и значительное время, их проведения, а также высокую квалификацию работников. проводящих анализ таких проб. Аттестованную методику определения массовой концентрации соответствующего 3В выбирают из раздела. 5-РД. 52.04.186-89.Используя ее, получают результаты измерений ЗВ, которые затем приводят к нормальным условиям: температуреt =0°С (Т₀ = 273К) и давлению Ро = 760мм рт.ст. (101,3 КПа).

Индикаторный метод контроля АВ основан на использовании селективных индикаторных трубок (ИТ), в которых твердый сорбент меняет свою окраску в зависимости от концентрации 3В в отбираемой пробе воздуха. В настоящее время создано много рецептов твердых сорбентов на широкий класс 3В, на основании которых выпускаются различные ИТ. Последние могут применяться с приборами ГХ-4, ГХСО-5, ГХПВ-1, ГХПВ-2 иди УГ-1. УГ-2. Все ИТ конструктивно унифицированы и могут использоваться с аспиратором сильфонного типа АМ-5. При этом объем пробы воздуха, необходимый для определения измеряемого 3В, может быть от 100до 1000см³в зависимости от применяемой ИТ и концентрации ЭВ. Время анализа такой пробы воздуха составляет от 15с до 4мин, а погрешность -не более 25Х измеряемой величины ЭВ (по ГОСТ 17.2.3.02-78).Кроме того, согласно данному ГОСТу температура воздуха на входе в ИТ должна быть в пределах 0...35°С при отсутствии капельно-жидкой фазы в исследуемой пробе. Как видим, этот метод контроля состояния загрязнения АВ прост и достаточно точен для практического использования. Поэтому он применяется для экспрессного (быстрого, ускоренного) анализа иди при предварительной оценке концентраций 3В.

РД 52.04.186-89рекомендует осуществлять контроль загрязнения АВ в городах и других населенных пунктах на высоте 1,5...3,5 м от поверхности земли. При этом продолжительность отбора проб воздуха должна составлять при определении:

1. разовых концентраций 3В - 20...30мин;

2. СрС концентраций 3В - 20...30мин через равные промежутки времени в сроки 1, 7, 13и 19ч при дискретных наблюдениях, а при непрерывном отборе проб - 24ч.

Одновременно с этим проводятся в течение 10мин метеорологические наблюдения за скоростью, направлением ветра, температурой воздуха, состоянием погоды на стационарных и маршрутных постах, а при подфакельных наблюдениях -за скоростью и направлением ветра на высоте 2м.

Любой метод контроля загрязнения АВ состоит из следующих операций:

1. отбор проб воздуха;

2. 2)подготовки пробы к анализу;

3. анализ пробы и обработка результатов.

Наиболее ответственной операцией является первая, так как она обеспечивает достоверность результатов контроля, особенно при анализе проб в химических лабораториях. Отбор проб чаще всего осуществляется путем аспирации определенного объема АВ через поглотительный прибор, заполненный жидким или твердым сорбентом для улавливания того или иного 3В, или через фильтр АФА (аналитические аэрозольные фильтры из тканей ФПП-15, ФПм-15 и других с диаметром 10, 20. 40, 100и 160мм),задерживающий содержащиеся в воздухе частицы 3В. Следовательно, определяемое вещество (примесь) из большого объема воздуха концентрируется в небольшом объеме сорбента или на фильтре. При этом используют следующие режимы отбора проб:

• разовый, продолжающийся 20...30мин;

• дискретный, при котором в один поглотительный прибор или на фильтр через равные промежутки времени в течение суток отбирают несколько (от 3до 8)разовых проб,

• суточный, при котором отбор в один поглотительный прибор или на фильтр производится непрерывно в течение суток.

Большое значение имеют условия хранения, транспортировки и подготовки этих проб, которые регламентируются РД 52.04.186-89.

Как известно, загрязненность АВ в любой точке селитебной зоны в среднем состоит на 90% из паро- и газообразных веществ и на10%из аэрозолей. Для контроля содержания пыли или взвешенных веществ РД 52.04.186-89регламентируют гравиметрический метод, используемый в данной лабораторной работе. Он основан на определении массы взвешенных частиц пыли, задержанных фильтром АФА при прохождении через него определенного объема АВ. По привесу фильтра определяют массовую концентрацию, мг/м³, пыли или взвешенных веществ в исследуемой точке. При этом взвешенные вещества -это не дифференцированная по составу пыль, аэрозоль.

Для контроля паро- и газообразных веществ в АВ в данной лабораторной работе используются:

1)универсальный газоанализатор типа УГ-2, позволяющий определить микроконцентрации 14газообразных веществ с помощью ИТ, т.е.- реализующий индикаторный метод контроля АВ. В ИТ порошковые сорбенты поглощают исследуемые вещества и окрашиваются в соответствующий цвет. Мерой концентрации определяемого компонента (вещества) является длина окрашенного столбика порошка в ИТ. Эту длину сравнивают со стандартной градуированной шкалой для соответствующего объема просасываемого воздуха через ИТ; определяя концентрацию данного вещества в мг/л;"

2) полуавтоматический газоанализатор типа ПГФ2М1, позволяющий определять концентрации 11 горючих газов и паров воздуха, т.е. реализующий инструментальный метод контроля АВ. Принцип действия прибора состоит в определении теплового эффекта реакции окисления (горения) горючего компонента (газа или пара) в присутствии катализатора. При этом измеряемую концентрацию газа или пара после перевода по таблице, помещенной на внутренней крышке прибора ПГФ2М1, получаем в объемных процентах (o6.Z), за исключением паров бензина Б-70и этилированного бензина, которые даются в мг/л.