Реферат на тему:
Автоматизовані системи контролю забрудненого повітряного басейну
План
1. Загальна характеристика автоматизованих систем контролю забруднення
повітряного басейну. Методи та способи аналізу складу атмосферного
повітря:
1) Аналітичний метод аналізу повітря;
2) Автоматичні методи газового аналізу;
3) Автоматизовані системи контролю забруднення повітря;
2. Типи автоматизованих систем контролю: промислові; міські;
регіональні; загальнодержавні; глобальні.
3. Дистанційна лазерна локація забруднення атмосфери.
1. При вирішенні комплексу питань пов’язаних з системою контролю
забруднення повітряного басейну використовують термін “моніторинг
атмосфери”, в який включають аналіз, контроль (тобто спостереження та
оцінка), прогнозування основних параметрів стану і управління якісним
станом атмосфери.
Проблема контролю полягає в тому, щоб визначити вміст багатьох речовин,
в тому числі – шкідливих, зі змінною концентрацією.
Для населених пунктів стандартом встановлено ГДК за 120 речовинами і 25
їх комбінаціям.
Всі методи і засоби аналізу складу атмосферного повітря розділяють на
чотири групи:
1) аналітичні методи лабораторного аналізу;
2) автоматичні прилади для визначення концентрації забруднюючих
атмосферу речовин;
3) автоматизовані системи контролю забруднення навколишнього середовища;
4) методи дистанційної лазерної локації.
Аналітичному методу передує разовий епізодичний (або в установлений
завданням певний відрізок часу) відбір проб повітря з наступним їх
аналізом і опрацюванням. Використовуються інструментальні, хімічні і
біологічні різновидності аналітичного методу. Інструментальні методи
(спектрофотометрія, ультрозвуковий і ін.) – складні і в промислових
умовах практично не використовуються. З хімічних найбільш широко
використовуються мікрокалориметри, які дозволяють з необхідною для
практики точністю проводити експрес-аналіз концентрації парів і пилу
металів, формальдегідів, оксидів азоту і вуглецю, аміаку і інших сполук.
Біологічні мають високу чутливість, але в основному дають лише якісну
оцінку речовини, яку визначають.
Автоматичні методи газового аналізу використовують для контролю основних
шкідливих інгредієнтів забруднення атмосфери у вигляді безперервнодіючих
приладів-датчиків.
В умовах зростаючого забруднення атмосфери виникла необхідність
створення на базі автоматичних приладів автоматизованих систем для
оперативної оцінки стану забруднення повітря (ЗП) і попередження
небезпечних ситуацій, які виникають в окремих районах при значних
викидах шкідливих речовин підприємствами, автотранспортом і іншими
джерелами в умовах змінної метеорологічної ситуації.
Завдання, що розв’язує автоматизована система контролю забруднення
атмосфери (АСКЗ-А):
• автоматичне спостереження і реєстрація концентрацій забруднюючих
речовин;
• аналіз отриманої інформації з метою визначення фактичного стану
забруднення повітряного басейну;
• вживання екстрених заходів по боротьбі з забрудненням;
• прогноз рівня забруднення;
• вироблення рекомендацій для поліпшення стану навколишнього середовища;
• уточнення і перевірка розрахунків розсіювання домішок.
АСКЗА розраховані на вимір концентрацій одного чи декількох
інгредієнтів; зважених речовин, а також визначення вологості,
температури, напрямку і швидкості вітру.
АСКЗ–А складаються із сітки безперервно діючих датчиків шкідливих
інгредієнтів і метеопараметрів і включають телеметричну апаратуру
централізованого збору і обробки (з допомогою ЕВМ) інформації, яка
використовується для прогнозування рівня забруднення і оперативного
управління якістю атмосфери даного регіону.
Дана система включає:
§ оперативний збір інформації з окремих пунктів міста –
контрольно-замірних станцій (КЗС) – про рівень концентрації шкідливих
речовин і величині метеопараметрів;
§ контроль достовірності отриманих результатів і передачу інформації в
центральну станцію (ЦС), де проходить їх оцінка і аналіз
репрезентативності всієї отриманої інформації і приймаються рішення по
управлінню якістю стану атмосфери. Тут на ЦС накопичується інформація
про забруднюючі речовини (ЗР), проходить її опрацювання, усереднення
(дані “пікових” забруднень: середньодобові, місячні, сезонні і річні) і
передача систематизованого і прогнозованого матеріалу в певні
організації. Одночасно створюються картотеки джерел ЗР з даними про їх
місцеположення і характеристикою якісного стану повітря, визначається
степінь небезпечності забруднення і можливості зниження його
інтенсивності в критичних для даного району ситуаціях (коли виникає
необхідність регулювання викидів); видаються попередження про прийняття
термінових мір для ліквідації небезпеки критичного забруднення повітря в
даному районі. Одночасно з цим отримана інформація від АСКЗ-А інформація
– це база для аналізу і оцінки ефективності роботи очисних споруд,
планування і проведення необхідних науково-дослідних робіт, основа для
підвищення ефективності існуючих і розробки нових очисних споруд і
проведення інших організаційних і технічних заходів по охороні
повітряного басейну.
АСКЗА оснащуються приладами на основі сенсорів. Розрізняють
електрохімічні, амперометричні, напівпровідникові, п’єзокварцеві,
фотометричні сенсори з використанням волоконної оптики й індикаторних
трубок, біосенсори, сенсори на поверхнево-активних волокнах і ін. АСКЗА
функціонують на рівні окремих підприємств, міста, регіону, а також на
національному і міждержавному рівнях.
Центральна станція системи укомплектована обчислювальним комплексом.
Система має зворотний зв’язок з підприємствами-джерелами забруднення
атмосферного повітря.
Частота фіксації результатів вимірів — від 3 разів у добу до 60 разів у
годину. Для передачі інформації використовуються телефонні лінії, чи УКВ
радіоканали та телеграфний канал.
Станції, як правило, працюють без обслуговуючого персоналу, усі види
контролю здійснюються автоматично.
Розвиток АСКЗА відбувається шляхом збільшення числа стаціонарних станцій
і застосування пересувних постів спостережень. Подальше удосконалювання
систем спостережень здійснюється шляхом застосування більш сучасної
техніки, об’єднання окремих локальних систем у регіональні,
загальнодержавні, інтернаціональні.
В Україні спостереження за рівнем забруднення атмосфери здійснюють за
допомогою постів.
Пости спостереження розміщаються в павільйоні чи на автомобілі,
обладнаному відповідними приладами.
Установлено 3 категорії постів спостережень: стаціонарний, маршрутний і
пересувний (підфакельний).
Стаціонарний пост призначений для безупинної реєстрації вмісту
забруднюючих речовин чи регулярного добору проб повітря для наступного
аналізу. Виділяються опорні стаціонарні пости — для виявлення
довгострокових змін вмісту основних і найбільш розповсюджених
забруднюючих речовин.
Маршрутний пост призначений для регулярного добору проб повітря у
фіксованій точці місцевості при спостереженнях, що проводять за
допомогою спеціально обладнаного автомобіля-лабораторії.
Пересувний (підфакельний) пост призначений для добору проб під димовим
смолоскипом з метою виявлення зони впливу даного джерела. Спостереження
під смолоскипом виробляються за допомогою лабораторії, змонтованої в
автомобілі. Підфакельні пости розташовуються у визначених точках на
фіксованих відстанях від джерела. Вони переміщаються відповідно до
напрямку смолоскипа обстежуваного джерела викиду.
Стаціонарні і маршрутні пости розміщаються в місцях, обраних на основі
попереднього дослідження забруднення атмосфери, як правило, у
центральній частині населеного пункту, у житлових районах з різним типом
забудови, у першу чергу в найбільш забруднених, на територіях, що
прилягають до магістралей найбільш інтенсивного руху транспорту, а також
у зонах відпочинку.
До числа найбільш забруднених районів відносять зони найбільших
максимальних разових і середньодобових концентрацій, створюваних
викидами промпідприємств (у радіусі 0,5—2 км від низьких джерел і 2—3 км
від високих).
Підфакельні пости розміщають з врахуванням очікуваних найбільших
концентрацій на відстанях 0,5;1;2;3;10 км від границі санітарно-захисної
зони джерела забруднення атмосфери з підвітряної сторони від нього.
Напрямок смолоскипа визначається візуальними спостереженнями за обрисами
хмари чи диму за напрямком вітру, якщо димова хмара відсутня.
Кожний пост незалежно від категорії розміщається на відкритій,
провітрюваній з усіх боків площадці з не пиловим покриттям (асфальт,
твердий ґрунт, газон) таким чином, щоб виключити перекручування
результатів вимірів через наявність зелених насаджень, будинків і інших
об’єктів.
Необхідна кількість постів встановлюється в залежності від чисельності
населення, площі населеного пункту, рельєфу місцевості, особливостей
розміщення і рівня розвитку промислових підприємств, розташування
магістралей з інтенсивним рухом, розташування місць відпочинку і
курортних зон, метеоумов.
Оптимальна кількість постів, що забезпечують мінімальні витрати при
заданій похибці спостережень у залежності від чисельності населення
міста, наступна: до 50 тис. жителів — 1 пост; до 100 тис. — 2 пости; 100
– 200 тис. – 2 – 3 пости; 200—500 тис. — 3—5 пости; більш 500 тис. —
5—10 постів; більш 1 млн жителів — 10—20 стаціонарних і маршрутних
постів. В такому випадку для контролю повітряного басейну нашої країни
кількість КЗС становитиме близько 1100 штук.
Відстань між стаціонарними постами складає від 0,5 до 5 км.
Рівень забруднення атмосфери оцінюється за даними спостережень за рік.
При цьому кількість спостережень повинна бути не менше 200. Щоб
врахувати коливання метеорологічних умов і одержати більш достовірні
данні про рівень забруднення використовуються дані спостережень за
період 2—5 років. Загальне число спостережень за розглянутий період — не
менш 800.
Перелік речовин, що підлягають контролю, визначається за складом викидів
підприємств міста. Далі оцінюється можливість перевищення ГДК цих
речовин. Остаточно список речовин, що підлягають контролю, уточнюється
за величиною параметра споживання повітря (СП). Цей показник
характеризує витрати повітря, необхідні для розведення викидів і-го
речовини Мі до рівня концентрації qі чи до рівня ГДКі.
Додатково в обов’язковий список контрольованих речовин включаються:
бензапирен розчинні сульфати — у містах з населенням більш 100 тис.
жителів; формальдегід і з’єднання свинцю — у містах з населенням більш
500 тис. жителів; метали — у містах з підприємствами чорної і кольорової
металургії; пестициди — у містах, розташованих поблизу
сільськогосподарських територій. Перелік контрольованих речовин
переглядається не рідше одного разу в 3 роки.
При підфакельних спостереженнях виконується контроль за специфічними
забруднюючими речовинами, характерними для викидів даного підприємства.
Крім КЗС, які розсереджені по місту, в районах жилих масивів, біля
промислових підприємств і вздовж автомагістралей доцільно мати рухомі
замірні пункти (РЗП), які оснащаються необхідним комплектом апаратури
для заміру метеопараметрів (температури, вологості, швидкості руху
повітря і барометричного тиску) і концентрації шкідливих речовин, які
забруднюють атмосферу.
Для передавання інформації від сітки КЗС в системі передбачається
апаратура передачі даних (АПД), а для відбору і опрацювання інформації –
інформаційно-обчислювальний центр, який включає центральну станцію. Вона
здійснює передачу команд і викликання КЗС, синхронізує їх роботу і
накопичує інформацію, а також має обчислювальний центр, який оснащений
ЕВМ і виконує обробку інформації КЗС.
2. В залежності від характеру і об’єму завдань, які вирішують
автоматизовані системи контролю навколишнього середовища, їх можна
розділити на п’ять типів: промислові, міські, регіональні,
загальнодержавні і глобальні.
Промислові системи контролюють викиди промислового підприємства, степінь
забруднення їх промплощадок і прилеглого до нього району. Звичайно вони
входять в систему підприємства і мають датчики, які характерні для
інгредієнтів його викидів, і метеодатчики, які розміщуються з
врахуванням місця викидів в атмосферу, “рози вітрів” і характеру
розміщення житлових масивів в районі промислового підприємства.
Міські системи призначенні для контролю рівня забруднення повітряного
басейну міста викидами промислових підприємств, автомобільного
транспорту і вимірювання метеопараметрів. Вони дозволяють встановити
величину забруднення з врахуванням пори року і кліматичних факторів,
вплив кожного джерела і всесторонню його характеристику, прогнозувати
небезпечні ситуації смогового характеру.
Регіональні системи звичайно не мають КЗС, а отримують дані про
забруднення атмосфери і водойм від міських і промислових АСКЗ. Вони
призначені для статистичної обробки і аналізу даних про забруднення
навколишнього середовища на значних територіях, на базі яких проводяться
дослідження і прогнозування, а також розробка науково обґрунтованих
рекомендацій по охороні природного середовища.
Загальнодержавні системи отримують матеріали про забруднення і стан
навколишнього середовища від регіональних систем, з штучних спутників
Землі і космічних станцій. Вони функціонують спільно зі службою погоди
Держком гідромета і здійснюють прогнозування стану забруднення атмосфери
на великих територіях країни.
Глобальні системи моніторингу навколишнього середовища використовуються
для дослідження і охорони природи, які здійснюються на основі
міжнародних договорів в цій області. Багато країн мають сітку наземних
станцій, на яких здійснюється безперервний відбір і аналіз проб на
наявності в атмосфері забруднюючих речовин, СО, СО2, пилу свинцю, а
також ізотопів деяких елементів (радіонуклідів) природного і штучного
походження.
Заслуговує уваги система моніторингу фонового забруднення навколишнього
природного середовища, яка має сітку спеціальних станцій в різних
природних зонах і районах, які значно віддалені від локальних джерел
забруднення, і, зокрема, в біосферних заповідниках.
Основу робіт по автоматизованому моніторингу навколишнього середовища
складає система сімейства АСКНС (автоматичного спостереження, контролю
навколишнього середовища) і спеціалізованих аналітичних станцій.
Система АСКНС вирішує чотири основні завдання: вимірювання рівня
забруднення, оцінка стану забруднення атмосфери і поверхневих вод,
прогнозування рівня забруднення повітряного і водного басейну і
локалізація інтенсивних джерел викидів забруднюючих речовин.
3. Впровадження АСКЗ-А забезпечує безперервний, більш якісний контроль
забруднення атмосфери і значно скорочує сумарні витрати на його
здійснення в порівнянні з звичайними методами, якщо їх проводять штат
спостерігачів і використовують звичайні методи збору і обробки
інформації. Однак такий автоматизований контроль вимагає значних затрат
на купівлю та монтаж дорогого оснащення.
Це положення привело до необхідності пошуку нових, більш дешевих методів
і засобів для оперативного контролю забруднення повітряного басейну,
зокрема, використання в цих цілях лазерів. Діапазон довжини хвиль, які
випромінюються лазерами, охоплює видимий спектр, інфрачервону і
ультрафіолетову області електромагнітних коливань з довжиною хвиль, мкм:
0,49…0,51; 0,53; 0,63; 0,694; 1,06; 10,6. Основою лазерної локації як
дистанційного методу контролю забруднення атмосфери є розсіювання
електромагнітних хвиль на компонентах-забруднювачах повітря. Імпульс
випромінювання лазера направляється в повітряний простір по раніше
вибраній траєкторії і перетинає досліджувану частину атмосфери; розсіяна
частина випромінювання реєструється чутливим приймачем і за спеціальним
складом випромінювання і його інтенсивності визначається вид
забруднення, оцінюється його концентрація, а за запізненням сигналу –
відстань забруднюючого шару від земної поверхні. Зонування атмосфери
може здійснюватися на базі серійного лазерного обладнання (станція
РМС-1), доповненої розробленою для цих цілей реєструючою апаратурою.
Лазернолокаційні вимірювання атмосфери можуть проводитись на висоті від
20 – 100 м до 40 – 50 км, а радіус лазерної локації становить декілька
кілометрів (по горизонталі 3 – 10 км). Звичайно концентрація аерозолей,
яку вимірюють знаходиться в межах від 0,001 до 10 мг/м3; за степеню
забруднення виділяють 6 класів, мг/м3: менше 0,15; 0,15 – 0,5; 0,3 –
0,45; 0,45 – 0,75; 0,75 – 1, більше 1.
Місце встановлення лазерного локатора повинно бути вибрано з врахуванням
рівномірного перекриття площі всього міста, на максимально високих дахах
приміщень, які забезпеченні виводом електросилової сітки напругою
380/220 В. Такий дистанційний метод контролю атмосфери з допомогою
лазерної локації дає можливість здійснювати картографування забруднення
повітряного басейну міста на різних висотах, вивчити динаміку виникнення
і розповсюдження їх в окремих регіонах, встановити небезпечні вогнища
забруднення і оперативно їх ліквідувати. Отримані при цьому карти
забруднення і якості атмосфери є основою для розробки комплексу заходів
по оздоровленню повітряного басейну, базою для проектних заходів по
організації санітарно-захисних зон промислових підприємств, виносу
найбільш інтенсивних джерел викидів за межі міста, раціональному
розміщенню зон відпочинку і зелених насаджень, удосконалення технології
виробництва і схеми транспортних магістралей і т. п. Лазерна локація
дозволяє: систематично контролювати ефективність розроблених на її
основі і здійснених в місті природоохоронних заходів по захисту
атмосфери від забруднення; підвищувати рівень охорони навколишнього
природного середовища; значно знизити витрати часу і засобів.
Література:
1. Білявський Г.О., Фурдуй Р.С. Практикум із загальної екології.
2. Джигирей В.С. Екологія та охорона навколишнього природного
середовища: Навч. посіб.- К.: Т-во “Знання”, КОО, 2000.-203 с.
3. Донской Н.П., Донская С.А. Основы экологии и экономика
природопользования.- Мн.: УП «Технопринт», 2000.- с 308.
4. Дорогунцов С.І., Коценко К.Ф., Аблова О.К. та ін. Екологія:
навчально-методичний посібник.-К.: КНЕУ,1999,-С.152.
5. Экология города: Учебник. Под ред. док. тех. наук Стольберга Ф.В.-
К.: Либра, 2000.- 464с.
6. Мазур И.И., Молдаванов О.И., Шишов В.Н. Инженерная экология. Общий
курс: В 2 т. Т. 1. Теоретические основы инженерной экологии: Учеб.
Пособие для вузов / Под ред. И.И. Мазура.- М.: Высш. Шк., 1996.- 637 с.
7. Мазур И.И., Молдаванов О.И., Шишов В.Н. Инженерная экология. Общий
курс: В 2 т. Т. 2. Справочное пособие / Под ред. И.И. Мазура.- М.: Высш.
Шк., 1996.- 655 с.
8. Охрана окружающей среды: Учеб. для техн. спец. вузов / С.В. Белов,
Ф.А. Козьяков, А.Ф. Козьяков и др. Под ред. С.В. Белова. 2-е изд., испр.
и доп.- М.: Высш. шк., 1991.- 319 с.
9. Охрана окружающей природной среды / Под ред. Г.В. Дуганова.- К.: В.
ш., 1988.- 305 с.
10. Сахаев В.Г., Щербицкий В.В. Экономика природопользования и охрана
окружающей среды. – К.: Вища шк. Головное изд-во, 1987. – 263 с.
11. Топчиев А.Г. Геоэкология: географические основы природопользования.
Одесса. “Астропринт”. 1996, 392 с.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
