+7 (495) 12-77-907

Решение проблемы мониторинга состава твёрдых частиц, загрязняющих воздух

Мониторинг состава твёрдых частиц, загрязняющих воздух.



   Загрязнение воздуха является одной из наиболее животрепещущих проблем человечества. Современный анализатор твёрдых частиц способен осуществлять постоянный мониторинг РМ в течение трёх месяцев в автономном режиме.

   Решение проблемы мониторинга состава твёрдых частиц, загрязняющих воздух.

   Воздух, которым мы дышим, является одним из важнейших факторов поддержания здоровья. Невозможно длительное время избегать болезней, пребывая в загрязнённой атмосфере, характерной для большинства современных крупных городов. На уровень загрязнения воздуха оказывают влияние выбросы промышленных предприятий, активная эксплуатация транспортной техники, а также метеорологические условия, определяемые местным рельефом и климатом. Чтобы понимать степень опасности и активно ей противостоять, необходим постоянный анализ количественного и качественного состава загрязнений.
   Мониторинг загрязнения воздуха — требование законодательства

   Наблюдение за качеством воздуха в настоящее время имеют право вести:

   — государственные природоохранные структуры;
   — органы местного самоуправления;
   — соответствующие подразделения промпредприятий;
   — общественные организации;
   — частные лица.

   Это право закреплено в ФЗ № 96 от 4 апреля 1999 года, который назван законом «Об охране атмосферного воздуха». В нём сказано, что государственные структуры ведут постоянный контроль степени загрязнения воздуха, дают комплексную оценку загрязнений и прогнозируют его состояние. Информация о результатах госмониторинга доводится до всех заинтересованных лиц и организаций, которые имеют право знать о состоянии атмосферного воздуха, т. е. фактически до всех граждан страны. Промышленные предприятия обязаны вести собственные наблюдения состава атмосферного воздуха, чтобы их выбросы не превышали законодательно определённых предельных концентраций вредных веществ. При их превышении предприятие рискует получить штрафные санкции от природоохранных госструктур. Поэтому мониторинг состояния воздуха является обязательной процедурой для любого масштабного производства.

   Проблемы анализа загрязнений воздушной среды

   В аналитической химии анализ состава примесей, содержащихся в воздушной среде, считается одной из наиболее сложных задач. Каждая проба содержит огромное количество, порой доходящее до нескольких сотен, различных соединений, относящихся как к неорганической, так и к органической химии. Многие из них являются токсичными, причём их концентрации составляют микроскопические доли от общей массы и объёма анализируемого воздуха либо вообще следовые количества. Помимо того, при анализе следует учитывать неустойчивость постоянного состава воздуха. В зависимости от климатических и погодных условий, а также активности природных фотохимических реакций в нём постоянно изменяется содержание водяных паров, доли кислорода и углекислоты.


   Сложности возникают уже при отборе проб: необходимо, чтобы материалы ёмкости для забора пробы не оказывали влияние на его состав при непосредственном контакте. Свои, причём немалые, трудности имеются и в процессе распознавания и анализа примесей. К тому же в каждом случае необходимо определить наиболее подходящую к конкретным условиям методику анализа. Так, невозможно использовать один и тот же метод для определения содержания токсичных примесей вблизи нефтехимического предприятия и на морском побережье.

   Требования к методикам анализа воздуха

   При выборе методов отбора и анализа воздушных проб необходимо, чтобы соблюдались следующие требования:
   — Инертность всех составляющих системы по отношению к воздуху и его примесям.
   — Поддержание температурного режима, который будет исключать выпадение конденсата содержащихся в пробе паров, а также химическое взаимодействие между собой компонентов газовой смеси.
   — Соблюдение точно измеренного, фиксированного объёма каждой пробы для обеспечения корректности результатов анализа.

   Анализ воздуха проводится:

   — в лабораторных условиях по принципу единичного либо регулярного забора проб и доставки их в лабораторию (наиболее точные и достоверные результаты для глубоких исследований);
   — экспрессно на месте при помощи передвижных универсальных газоанализаторов и лабораторных комплексов;
   — автоматически на постоянной основе для обеспечения бесперебойного контроля состава воздушной среды.

   В настоящее время наиболее востребованными являются средства автоматизированного контроля непрерывного действия, которые устанавливаются непосредственно возле активных загрязнителей (химических и металлургических производств, объектов энергетики, крупных автомагистралей и т. д.). С их помощью осуществляется текущий контроль состояния воздушной среды. При превышении допустимых концентраций вредных веществ автоматические устройства сразу регистрируют возрастание уровня загрязнений, что позволяет максимально быстро реагировать и устранять утечки вредных соединений в атмосферу.

   Основные принципы анализа

   Все существующие сегодня методики исследований состава воздуха и его загрязнений подразделяются на две основные группы.
   1 Характеристики вредного вещества измеряются без изменения его химического состава. На этом принципе работают различные анализаторы, использующие избирательную абсорбцию световых волн в видимой, ультрафиолетовой и инфракрасной частях спектра, а также сконструированные на базе парамагнетических явлений, колебаний теплопроводности, плотности и т. д.

   2 Прежде чем провести измерение, вредные компоненты воздуха обрабатываются химическими реагентами, после чего вещество, полученное в результате реакции, подвергается снятию замеров. Этот принцип используют термохимические, гальванометрические, потенциометрические фотометрические приборы. Очевидно, что исследование, не изменяющее изначальное состояние примеси, является более предпочтительным.

   Методы анализа

   В настоящее время анализ воздуха выполняется с использованием ряда методик, в основе которых лежат различные физико-химические принципы. Практически все они используются для анализа газов, содержащихся в воздухе и наносящих вред здоровью человека и/или окружающей среде.

   Наиболее часто используются следующие методы.

   Абсорбция со спектральным анализом. Любое вещество поглощает часть пропускаемого через него электромагнитного излучения. Исследуя спектр поглощения, можно с достаточно высокой точностью определять химические элементы, входящие в состав газовой смеси, в том числе воздуха, и выполнять избирательный анализ на присутствие того или иного газа.
   Электрохимия. Химическое покрытие контактирует с воздухом, адсорбируя анализируемое вещество. В зависимости от его физических свойств для измерения используются датчики разных видов — полярографические, потенциометрические, кулонометрические

и т. д.
   Пламенная ионизация. Эти приборы используются для замеров содержания в воздухе углеводородов, регистрируя сверхмалые концентрации газов. Обладающие высокой надёжностью, они незаменимы для раздельного определения концентрации метана и других газообразных углеводородов, «ответственных» за образование фотохимического смога над промышленными городами.
   Хемилюминесценция. Она используется для мониторинга содержания оксидов азота и базируется на излучении во время химической реакции этих соединений с озоном. По интенсивности излучения, которое регистрируется и измеряется при помощи фотоумножителя, можно судить о концентрации молекул оксида азота в воздухе.
   Хроматография. Проба воздуха смешивается с газом-носителем и пропускается через колонки с адсорбирующими поверхностями. В результате отдельные фракции достигают выхода с разной скоростью, что детектируется соответствующими откалиброванными датчиками.
   Ультрафиолетовая флуоресценция. Этот метод позволяет контролировать содержание соединений серы. При облучении светом определённой длины волны молекулы испускают световое излучение, которое прибором регистрируется и замеряется.
   Гравиметрия. Простой и распространённый метод, который позволяет контролировать содержание в воздухе твёрдых частиц. Пробу пропускают через фильтр, после чего взвешивают и сравнивают с эталоном, определяя степень черноты.
   Лидарный метод. В основе лежит лазерная локация, осуществляемая с использованием источника лазерного излучения. Лидар с круговым обзором устанавливается на высотном сооружении и непрерывно контролирует выбросы соединений азота и серы на расстоянии прямой видимости (как правило, в пределах 7—15 км).
   Мониторинг состава твёрдых частиц пока что не получил широкого распространения: все перечисленные методики направлены на контроль газового состава.

   Содержание и состав твёрдых частиц в воздухе крупных городов является не менее важным фактором, чем мониторинг газовых загрязнений. При выплавке одной тонны стали в воздух выбрасывается до 40 кг мелкодисперсных твёрдых частиц. Наибольшую опасность для человека представляют частицы, размеры которых меньше 10 микрон (РМ10), которые проникают через естественные фильтры дыхательной системы и накапливаются в лёгких. Самые мелкие частицы (РМ2,5) обладают наибольшей проникающей способностью, а значит, наиболее опасны. Кроме того, помимо оксида углерода, они нередко содержат токсичные соли тяжёлых металлов.


   Согласно последним рекомендациям ВОЗ, по степени вредоносности для человека взвесь РМ2,5 и РМ10 в воздухе является одним из наиболее значимых факторов, способствующих ухудшению здоровья людей. В настоящее время в развитых странах Европы контролю содержания мелкодисперсных частиц придаётся повышенное значение. Мониторинг их концентрации в воздухе уже осуществляется в ряде крупных городов России.

   Прорывом в решении мониторинга твёрдых частиц стала революционная разработка компании ElvaX—непрерывный элементный анализатор содержания тяжелых металлов в атмосферном воздухе - ElvaX PmX-5050.
   Этот современный анализатор твёрдых частиц способен осуществлять постоянный мониторинг РМ в течение трёх месяцев в автономном режиме.

   ElvaX PmX-5050 — прибор для непрерывного мониторинга твёрдых частиц

   В настоящее время важно не только контролировать концентрацию мелкодисперсных частиц в воздухе, но и определять их элементный состав в режиме реального времени. Поскольку эти частицы накапливаются в тканях дыхательных органов, их воздействие носит пролонгированный характер, а значит, они наносят гораздо больший вред организму, чем газообразные загрязнения.
   Для осуществления постоянного мониторинга состава твёрдых загрязнений был разработан прибор ElvaX PmX-5050, принцип действия которого основан на явлении флуоресценции атомов при облучении рентгеновскими лучами. При этом каждому химическому элементу соответствует свой диапазон излучаемого света. По интенсивности разных диапазонов излучения несложно определить химический состав твёрдых частиц и соотношение в них элементов. Полученные данные обрабатываются компьютером, и по ним несложно установить характер твёрдых загрязнений, а значит, выявить их источник

.
   Анализатор ElvaX потребляет минимум электроэнергии и расходных материалов.
  Он способен проработать до трёх месяцев, будучи полностью автономным.
   Для единичного замера требуется не более трёх минут, диапазон измерения — от 0 до 200 мкг/куб. м.
   Прибор сохраняет работоспособность в температурном промежутке от 0 до 40 °C (при отрицательных температурах его эксплуатация нежелательна) на высоте до 1 000 метров.
  Измерительный столик, на котором располагается сменный фильтр с извлечёнными из пробы воздуха твёрдыми частицами, подогревается, чтобы исключить образование конденсата, способного оказать влияние на результат измерения.

   Преимущества анализатора ElvaX PmX-5050

   Технология и результаты замеров полностью отвечают требованиям международного стандарта EPA IO-3.3.
   Конструкция прибора предусматривает коррекцию в автоматическом режиме воздействий температурных, влажностных колебаний и атмосферного давления на результаты замеров.
   Процедуры калибровки прибора и замены фильтрующей ленты предельно просты и не требуют наличия специальной подготовки. Калибровочные образцы входят в комплект поставки, причём, в зависимости от цели мониторинга, можно настроить ElvaX на мониторинг концентраций, распознавание различных элементов и др.
   Интерфейс понятен на интуитивном уровне. Прибор может подключаться к компьютеру через USB-разъём либо осуществлять передачу информации через кабель Ethernet.

   Прибор ElvaX PmX-5050 осуществляет непрерывный мониторинг элементного состава твёрдых частиц воздуха. Это единственный анализатор из присутствующих на отечественном рынке, способный справиться с такой задачей, все остальные устройства осуществляют только разовые замеры.
   Использование рентген-флуоресцентного анализатора позволяет осуществлять полноценный мониторинг состава мелкодисперсной пыли в воздухе и своевременно предотвращать поражение дыхательных органов вредоносными мелкими частицами.