Методы измерения параметров состояния окружающей среды и экологических показателей транспортных объектов
Методы оценки загрязнения газовых потоков. Основные требования к отбору проб газа и его анализу и методы измерений. Методы оценки параметрических загрязнений. Методы оценки загрязнения водной среды, почв, грунтов и растительности. Идентификации изменений.
Рубрика | Экология и охрана природы |
Вид | реферат |
Язык | русский |
Дата добавления | 05.11.2008 |
Размер файла | 26,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
План
Введение
1. Методы оценки загрязнения газовых потоков
2. Методы оценки параметрических загрязнений
3. Методы оценки загрязнения водной среды, почв, грунтов и растительности
Список литературы
Введение
Количественная оценка промышленно-транспортных воздейст-вий на окружающую среду необходима для:
определения значимости отдельных факторов и выявления со-ответствующих закономерностей;
разработки эффективных механизмов управления природо-охранной деятельностью и рациональным использованием природ-ных ресурсов в промышленности и на транспорте.
Она осуществляется в результате мониторинга промышлен-но-транспортных объектов и окружающей среды, т.е. слежения за промышленно-транспортными объектами как источниками загряз-нений и изменением состояния окружающей природной среды, а также предупреждения о создающихся критических ситуациях, вред-ных или опасных для здоровья людей и других живых организмов.
Особенности мониторинга объектов промышленности и транс-порта, диктующие требования к измерительным приборам, обо-рудованию, программным средствам и расчетным методикам, связаны с:
множественностью подвижных источников загрязнения пере-менной интенсивности выбросов во времени и в пространстве;
распределенностью источников загрязнений на значительной площади территории;
наличием большого числа параметров, которые необходимо измерять регулярно или непрерывно с высокой степенью достовер-ности.
В связи с этим возникают особые требования к конструкции приборов, использованию специальных методов измерений и оцен-ки экологически значимых показателей транспортных средств, ма-териалов, технико-эксплуатационного состояния инженерных сооружений, параметров состояния окружающей среды. Речь идет о создании комплексной системы мониторинга на основе аэрокос-мического зондирования и наземного оперативного сопровожде-ния с использованием стационарных и передвижных постов наблюдений.
Обязательным условием успешной работы такой системы явля-ется широкое использование специальных программных средств и математических методов обработки, анализа массивов текущей ин-формации о промышленно-транспортных объектах и изменении со-стояния окружающей среды, восстановления информации о харак-теристиках транспортных потоков, уровнях загрязнения воздуха, воды, почвы, растительности на значительной площади территории (до 1000 км2), используя в качестве исходных данных результаты из-мерений этих параметров в отдельных (репрезентативных) точках пространства. Эти методы и средства необходимы для визуализации и представления результатов мониторинга в форме, удобной для принятия эффективных управляющих решений.
1. Методы оценки загрязнения газовых потоков
Для определения концентраций вредных примесей в атмосфер-ном воздухе вблизи автомагистралей и в отработавших газах двига-телей используются разные методы оценки, когда анализируются индивидуальные пробы газа, взятые дискретно и при непрерывных измерениях.
Основные требования к отбору проб газа и его анализу следую-щие:
все части системы отбора должны быть инертны по отноше-нию к исследуемому компоненту;
температура системы отбора проб должна поддерживаться на уровне, исключающем конденсацию паров или взаимодействие ком-понентов исследуемой газовой смеси друг с другом;
объем пробы должен быть точно измеренным и достаточным для обеспечения требуемой точности измерений.
Автоматические приборы непрерывного действия используются для оперативного контроля уровня загрязнения атмосферного воз-духа вблизи интенсивных источников выбросов (объектов энергети-ки, автомагистралей, химических производств и др.). Для определе-ния токсичности автомобилей (двигателей) используют приборы анализа индивидуальных проб на определенном режиме работы дви-гателя или при испытаниях по ездовым циклам, а также приборы не-прерывного действия.
В газоаналитической аппаратуре реализуются следующие мето-ды измерений:
1. Непосредственное измерение показателя, характеризующего вредное вещество, без изменения химического состава пробы газа.
Используются приборы, построенные на принципах избирательной абсорбции света в инфракрасной, ультрафиолетовой и видимой час-тях спектра, парамагнетизма, изменения плотности, теплопроводно-сти, показателя преломления света.
2. Вредное вещество, подлежащее измерению, переводится путем химических реакций в состояние, обладающее свойствами, доступ-ными автоматическому измерению. Используются приборы фото-метрического, гальванометрического, потенциометрического, тер-мохимического принципов действия.
В конструкциях наиболее распространенных анализаторов раз-личных газов используются разнообразные методы (табл.1).
Таблица 1. Методы анализа загрязнения воздуха
Метод анализа |
Вещество |
|
Абсорбционный метод спектрального анализа (инфракрасная и ультрафиолетовая области спек-тра) Пламенно-ионизационный Хемилюминесцентный Флуоресцентный, пламенно-фотометрический Радиометрический, гравиметрический Электрохимический |
СО, О3 Углеводороды, органические вещества NO, NO2, О3 SO2, H2S Пыль СО, SO2,H2S |
Абсорбционный метод спектрального анализа газов основан на свойстве веществ избирательно поглощать часть проходящего через них электромагнитного излучения. Специфичность спектра погло-щения позволяет качественно определять состав газовых смесей, а его интенсивность связана с количеством поглощающего энергию вещества. Каждому газу присуща своя область длин волн поглоще-ния. Это обусловливает возможность избирательного анализа газов.
Сущность метода заключается в следующем: если поочередно (путем обтюрации) пропускать поток монохроматического инфра-красного (ИК) излучения, образованный после прохождения им ин-терференционного фильтра, через кювету с используемой газовой смесью и без нее, то на приемнике ИК-излучения будет регистриро-ваться переменный сигнал, который несет информацию о количест-ве ИК-энергии, поглощенной анализируемым газом с частотой об-тюрации и, следовательно, о концентрации анализируемого газа. Анализаторами этого типа производится в частности оценка кон-центрации СО в атмосферном воздухе.
Недисперсионные оптико-акустические (инфракрасные) газоана-лизаторы широко применяются при контроле содержания СО, про-пана СзH8, гексана С6H14 в отработавших газах бензиновых двигате-лей при работе на холостом ходу и под нагрузкой. Разработаны и комбинированные приборы для одновременного определения содержания суммарных углеводородов, СО в отработавших газах и частоты вращения коленчатого вала в двигателях автомобилей и мотоциклов.
В энергетике используются газоанализаторы, в которых для оценки концентраций газовых примесей вместо инфракрасных излу-чателей используются ультрафиолетовые.
Здесь концентрации примесей также определяются по спектру поглощения. При прохождении светового луча через газовую среду часть его энергии поглощается или рассеивается. Молекула опреде-ленного вещества (SO2, NO, NO3, NH3) поглощает энергию в своем специфическом диапазоне длин волн. Измерение концентраций в ав-томатическом режиме рассматриваемых веществ происходит одно-временно без сложной процедуры сканирования спектра.
Электрохимический метод газового анализа основан на исполь-зовании химических сенсорных датчиков, состоящих из двух чувст-вительных элементов и определенного химического покрытия, которое непосредственно контактирует с анализируемой средой и на котором происходит адсорбция анализируемого вещества. В за-висимости от того, какие физические свойства, зависящие от коли-чества адсорбированного вещества, измеряются, датчики делятся на потенциометрические, кулонометрические, полярографические и др.
Электрохимические газоанализаторы отличаются сравнитель-ной простотой, низкой чувствительностью к механическим воздей-ствиям, малыми габаритами и массой, незначительным энергопо-треблением.
Пламенно-ионизационные газоанализаторы используются для из-мерения суммарной концентрации углеводородов различных клас-сов, контроль которых избирательными методами анализа весьма сложен. Они обеспечивают надежное измерение в диапазоне концен-траций 10--10 000 млн-1, отличаются высокой чувствительностью (до 0,001 млн1) и малой инерционностью. Позволяют раздельно оп-ределять содержание метана и реакционноспособных углеводоро-дов, образующих в атмосфере фотохимический смог.
Метод основан на ионизации углеводородов в водородном пламени. В чистом водородном пламени содержание ионов не-значительно. При введении углеводородов в пламя количество об-разующихся ионов значительно возрастает и под действием прило-женного электрического поля между коллектором и горелкой возникает ионизационный ток, пропорциональный содержанию уг-леводородов. Некоторые из газоанализаторов данного типа имеют встроенный генератор водорода, что позволяет отказаться от внеш-них источников этого газа -- газогенераторов или баллонов с водо-родом.
Хемилюминесцентный метод газового анализа применяется для измерения концентраций NOx, О3 и основан на реакции этих компо-нентов, подающихся одновременно в реакционную камеру, которая имеет вид:
NO+O3> NO2 (NO2')+O2
Возбужденная молекула NO2 ' (образуется 5--10% от общего ко-личества молекул NO2) отдает избыток энергии в виде излучения (в диапазоне волн длиной 600--2400 нм, с максимумом при 1200 нм)
NO2' > hv+NO2
Интенсивность излучения, измеряемого фотоумножителем, про-порциональна концентрации оксидов азота. Озон получают в гене-раторах в результате воздействия тлеющего разряда или ультрафио-летового излучения на кислородсодержащую смесь (воздух).
Для определения концентрации Оз в атмосфере используют ре-акцию озона с органическим красителем на поверхности активиро-ванного вещества, при которой также наблюдается хемилюминесценция.
Кроме того, используют в качестве газа-реагента этилен высо-кой степени очистки. Под действием ультрафиолетового излучения озон вступает в реакцию с этиленом, которая сопровождается лю-минесцентным излучением в области длин волн 330--650 нм. Газоанализаторы этого типа отличаются высокой чувствительностью и селективностью, а при наличии встроенного озонатора, высоким уровнем автоматизации и длительным сроком автономной работы без обслуживания.
Метод ультрафиолетовой флуоресценции используется в прибо-рах для контроля SO2 и H2S. Явление флуоресценции заключается в способности определенных веществ излучать свет под воздействием излучения источника возбуждения.
Для молекул SO2 это облучение пробы газа светом в области длин волн 200--500 нм (максимум при 350 нм), когда эти молекулы переходят из возбужденного состояния в нормальное, разряжаясь частично через флуоресценцию.
Интенсивность излучения, пропорциональная содержанию SO2, регистрируется фотоумножителем. Включение в состав прибора конвертора, обеспечивающего каталитическое окисление сероводо-рода до диоксида серы, позволяет создать аппаратуру для одновре-менного контроля в газовой смеси этих веществ.
Преимущество указанного метода по сравнению с методом пла-менной фотометрии в отсутствии вспомогательных газов.
Гравиметрический (весовой) метод -- традиционный метод опре-деления концентрации твердых частиц в газовых смесях, связанный с отбором пробы, пропусканием ее через фильтр, взвешиванием фильтра или определением его степени черноты по эталону. Этот метод реализован в дымомерах, которые используются для опреде-ления дымности отработавших газов дизелей.
Необходимость непрерывного контроля содержания твердых частиц в отработавших газах двигателей или атмосферном воздухе привела к широкому распространению оптических, радиоизотоп-ных методов анализа. Оптический метод анализа (рис. 6.2) основан на измерении ослабления излучения твердыми частицами при про-хождении луча света через измерительный канал определенной длины.
Метод используется для качественной оценки содержания частиц на выходе из двигателей, горелочных устройств, очи-стных сооружений (в единицах оптиче-ской плотности газового потока при просвечивании его заданной толщины с замером на фотоэлементе степени погло-щения света).
Например, автомобильный дымомер типа «Хартридж» имеет шкалу, разделенную на 100 единиц. За единицу принята степень ослабления интенсивности светового потока на 1%. Но количественное определение содержания частиц этим методом неэффективно, так как на измерение существенное влияние оказывают цветность и дис-персность частиц. Поэтому погрешность оценки концентраций может достигать десятки процентов.
Широкое распространение получил радиоизотопный метод, ли-шенный этого недостатка и основанный на ослаблении в-излучения частицами. Концентрация твердых частиц (пыли) вычисляется по результатам измерений на фильтре (лента из стекловолокна) до и после нанесения пробы. Лента транспортируется в детекторный блок, где расположен радиоизотопный источник, и производится замер.
Хроматографический метод широко распространен и основан на использовании свойства разделения сложных смесей на хроматографической колонке, заполненной сорбентом.
Проба газа вводится в поток соответствующего газа-носителя простейшей форсункой и вместе с ним пропускается через колонки с твердыми адсорбирующими поверхностями (адсорбционная газо-вая хроматография), или с нанесенными на твердые поверхности нелетучими жидкостями (газожидкостная хроматография). Отдель-ные компоненты смеси с различными скоростями перемещаются в колонке, выходят из нее раздельными фракциями и регистрируются.
Газ-носитель, транспортирующий молекулы исследуемой газо-вой смеси, протекает с постоянной скоростью. Колонки, по кото-рым проходит газ, калибруются для того, чтобы установить время прохождения того или иного компонента. Соответствующий детек-тор используется для обнаружения или определения количества то-го или иного компонента смеси. Количественная оценка осуществ-ляется по интенсивности сигнала детектора или с помощью электронных интеграторов. Этим методом могут регистрироваться химически однородные вещества (индивидуальные углеводороды) со слабо выраженной качественной реакцией (N2O, СО), которые идентифицируются по специфичному времени удерживания.
Важнейшая часть газового хроматографа -- детектор. В прибо-рах, предназначенных для измерений загрязнения атмосферного воздуха, получили распространение следующие виды этих датчиков:
пламенно-ионизационный детектор, который реагирует прак-тически на все органические соединения, включая бензол, толуол, ксилол, фенол, формальдегид;
электронно-захватный детектор -- чувствителен к хлорсодержащим веществам;
фотоионизационный детектор используется для контроля ор-ганических соединений и неорганических веществ (NH3, H2S, РНз);
детектор по теплопроводности используется для контроля продуктов горения (СО, СО2, H2, SO2).
В связи с внедрением современных средств электроники и ми-ниатюризацией аналитической части хроматографов созданы пор-тативные (переносные) приборы для осуществления газового анализа в полевых условиях (передвижные лаборатории на транс-портных средствах). Наибольший интерес представляют переносные газовые хроматографы, запрограммированные для иденти-фикации определенных компонентов газовой смеси. Результаты выражаются непосредственно в концентрации контролируемого вещества.
Лидарная система контроля загрязнения реализует лазерно-локационный метод - комбинационное рассеяние и дифференциальное поглощение загрязняющих веществ с использованием источника ла-зерного излучения и предназначена для дистанционного зондирова-ния качества атмосферы. Состоит из лидара кругового обзора, ко-торый устанавливается в промышленных зонах или вблизи автомагистралей на доминирующих строениях, и предназначен для непрерывного контроля выбросов аэрозолей, NOx, SO2 на террито-рии радиусом 7--15 км и измерения азимута и расстояния до источ-ника загрязнения. Лидар второго типа на базе автомобиля -- ком-бинационного рассеяния используется для многокомпонентного анализа концентрации примесей в воздухе.
2. Методы оценки параметрических загрязнений
Измерение уровня шума производят с помощью шумомеров как с присоединением к ним октавных фильтров (анализаторов спектра), так и без них.
Шумомеры состоят из датчика (микрофона или акселерометра), воспринимающего звуковое давление, усилителя и выходного звена, представляющего собой стрелочный индикатор, градуированный непосредственно в децибелах.
Наибольшие требования предъявляются к датчикам. Они долж-ны иметь широкий рабочий диапазон частот, обладать высокой и стабильной чувствительностью, не искажать воспринимаемое звуко-вое поле, иметь небольшие габариты и массу. Датчики бывают электродинамические, керамические, конденсаторные, пьезоэлек-трические.
Шумомеры измеряют суммарные уровни интенсивности звука в четырех частотных характеристиках: А, В, С и линейной в диапазо-не частот 2--40 000 Гц. Анализатор спектра шума -- усилитель, ко-торый в зависимости от настройки позволяет выделять определен-ную полосу частот. Он устанавливает не абсолютные уровни интенсивности шума в этих полосах частот, а их соотношение, что позволяет определить полосу с максимальной энергией (интенсив-ностью шума).
Анализаторы спектра шума бывают фильтровые и гетерогенные. Фильтровые состоят из набора электрических фильтров, каждый из которых пропускает определенную полосу частот. В гетерогенных анализаторах получение определенной полосы пропускания обеспе-чивается с помощью узкополосных кварцевых фильтров. Регистра-ция уровней шума может осуществляться также с помощью само-писца, магнитографа, магнитофона.
3. Методы оценки загрязнения водной среды, почв, грунтов и растительности
Для оценки уровня загрязнения водной среды используются тра-диционные приборы физико-химического анализа, а также хроматографы. Контролируется мутность, цвет, запах, жесткость, удель-ная электрическая проводимость, коэффициент светопропускания, редокс-потенциал, активность водородных ионов (рН), уровень на-сыщения кислородом, активность и концентрация ионов различных веществ, поступающих в воду в виде загрязнений, и другие парамет-ры (температура, давление, скорость потока).
Химический анализ воды осуществляется с помощью лаборатор-ных комплектов анализа воды. В эти комплекты входят химические растворы, фарфоровая и стеклянная посуда, вспомогательное обо-рудование, необходимое для сбора и обработки проб, выполнения химического анализа. Физико-химические свойства воды определя-ются с использованием фотоколориметров, атомно-абсорбционных, инфракрасных, калориметрических спектрометров, ионометров, комплексных анализаторов качества воды.
Для контроля состояния поверхности земель, качественного и количественного состава почв и грунтов, оценки уровня и состава загрязнений используются приборы и оборудование, приведенные выше (анализ водной вытяжки грунта), а также ряд специальных приборов, предназначенных для определения плотности, свойств почв, грунтов (твердомер, глубинный гамма-плотномер, сдвиговый прибор, измеритель объемной влажности), параметров снегового покрова. Широко используется переносной лабораторный ком-плект определения гидрофизических и физико-механических свойств грунтов.
Седиментация атмосферных транспортных аэрозолей, в частно-сти тяжелых металлов, приводит к загрязнению растительности. Наземные части растений аккумулируют атмосферные загрязнения, и их химический состав может быть индикатором для выделения территорий с высоким уровнем воздействия транспортных средств.
Измеряемые параметры:
физиологическое состояние растений;
элементный состав тканей растения.
Визуальная оценка загрязнения -- проявление чрезмерного (вы-ше установленных норм) содержания различных веществ в зеленой массе строится на идентификации явно выраженных изменений вида растений:
медь -- темно-зеленые листья, толстые короткие корни;
железо -- темно-зеленая окраска листьев, замедленный рост надземных частей растения;
цинк -- хлороз и некроз концов листьев, междужилковый хлороз молодых листьев;
свинец -- темно-зеленые листья, бурые короткие корни, скру-чивание старых листьев;
кадмий -- бурые края листьев, красноватые жилки и черешки, скрученные листья и бурые недоразвитые корни.
Определение концентрации токсичных элементов в тканях расте-ний осуществляется по водной вытяжке в лабораторных условиях методами, рассмотренными выше.
Список литературы
1. Промышленно-транспортная экология: Учеб. для вузов / В.Н. Луканин, Ю.В. Трофименко; Под ред. В.Н. Луканина. - М.: Высш. Шк., 2003
2. Мазур И.И., Молдаванов О.И., Шишов В.Н. Инженерная экология. Общий курс. В 2-х т. / Под ред. И.И. Мазура. - М.: Высшая школа, 1996.
3. Богдановский Г.А. Химическая экология: Учеб. пособие. М.: Изд-во МГУ, 1994.
Подобные документы
Изучение выбора места контроля загрязнения и поиска его источника с целью первичной оценки или отбора проб. Отбор проб объектов загрязненной среды (воды, воздуха, почвы, донных отложений, растительности, животного происхождения). Средства контроля почв.
курсовая работа [53,1 K], добавлен 19.06.2010Методы оценки загрязнения почв в объективном представлении о состояние почвы. Оценка опасности загрязнения почв. Биотестирование как наиболее целесообразный метод определения интегральной токсичности почвы. Биодиагностика техногенного загрязнения почв.
реферат [54,0 K], добавлен 13.04.2008Биоиндикационные методы оценки окружающей среды: компоненты загрязнения атмосферного воздуха, сосна обыкновенная и ель как биоиндикаторы. Состояние покоя у древесных растений. Замедленная флуоресценция и ее использование для оценки состояния растения.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 14.03.2012Изучение нормативов допустимого загрязнения воздуха для зеленых насаждений. Характеристика влияния транспортных загрязнений на жизнедеятельность растений. Исследование основных методов оценки степени загрязнения окружающей среды по состоянию растений.
реферат [631,3 K], добавлен 05.08.2013Угрожающие масштабы загрязнения мирового океана нефтью и нефтепродуктами. Источник загрязнения водной среды. Основные методы управления качеством атмосферного воздуха. Управление отходами, их санитарное очищение и удаление. Виды экологических налогов.
реферат [26,5 K], добавлен 07.11.2014Показатели, характеризующие уровень антропогенного воздействия на окружающую природную среду. Критерии качества окружающей среды. Требования к питьевой воде. Предельно допустимые концентрации химических веществ в почве. Индексы загрязнения атмосферы.
презентация [29,4 K], добавлен 12.08.2015Понятие среды обитания и типы её загрязнения. Организация систем мониторинга в России. Методы и средства контроля среды обитания: контактные, дистанционные и биологические методы оценки качества воздуха, воды и почвы. Оценка экологической ситуации.
контрольная работа [223,8 K], добавлен 05.04.2012Контроль загрязнения почв промышленными источниками и транспортными магистралями. Изучение особенностей отбора, транспортирования, хранения, подготовки к анализу и анализа проб. Исследование методов титрования, гравиметрии, фотометрии и полярографии.
доклад [25,6 K], добавлен 13.01.2016Общая характеристика тяжёлых металлов, формы их нахождения в окружающей среде. Источники поступления тяжелых металлов в окружающую среду. Теория и методы биоиндикации. Биологические объекты как индикаторы загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами.
курсовая работа [179,0 K], добавлен 27.09.2013Задачи экологического мониторинга. Источники загрязнения воздушной среды. Пробоотбор различных сред на анализ. Методы измерения концентраций газов в воздухе. Электромагнитное излучение с различными диапазонами длин волн. Направления хроматографии.
контрольная работа [25,0 K], добавлен 07.12.2013