Мониторинг загрязнения воздушной среды - Студенческий научный форум

XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Мониторинг загрязнения воздушной среды

Меркушев А.Д. 1, Кувшинников Д.Н. 1
1Самарский государственный технический университет
 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

ВВЕДЕНИЕ

 

В Законе РФ «Об охране окружающей среды» мониторинг окружающей природной среды определен как государственная служба наблюдения за состоянием окружающей природной среды и ее изменением под влиянием хозяйственной деятельности, созданная в целях обеспечения потребностей государства, юридических и физических лиц в достоверной информации, необходимой для предотвращения и/или уменьшения неблагоприятных последствий изменения состояния окружающей среды. [1]

Объектами правовой охраны согласно Закону РФ «Об охране окружающей среды» признаются климатические ресурсы, атмосферный воздух, включая озоновый слой, земля, ее недра и почвы, воды (поверхностные, подземные), растительный и животный мир в их видовом разнообразии во всех сферах произрастания и обитания, типичные и редкие ландшафты, а также иные сферы. Проблема загрязнения окружающей среды, в особенности воздушной оболочки Земли, становится всё более актуальной с течением времени. Основа для решения данной проблемы лежит в развитии и совершенствовании систем экологического мониторинга, осуществляемого на современной организационной и технологической базе. Эта информация нужна в повседневной жизни людей, при ведении хозяйства, в строительстве, при чрезвычайных обстоятельствах — для оповещения о надвигающихся опасных явлениях природы. Но изменения в состоянии окружающей среды происходят и под воздействием биосферных процессов, связанных с деятельностью человека. Определение вклада антропогенных факторов в эти изменения представляет собой важную и непростую задачу. [1]

Экологический мониторинг является комплексным мониторингом биосферы и заключается в контроле изменений состояния окружающей среды под влиянием как природных, так и антропогенных факторов. Основными направлениями методического обеспечения мониторинга загрязнения воздушной среды являются анализы пылевого загрязнения и наличия загрязняющих веществ в воздухе. Целью данного реферата является выделение основных методов мониторинга атмосферного воздуха.

Выделяются следующие основные задачи:

• Определить понятие мониторинга атмосферного воздуха;

• Изучить методы мониторинга атмосферного воздуха;

• Рассмотреть организацию системы мониторинга атмосферного воздуха.

ОБЩЕЕ ПОНЯТИЕ МОНИТОРИНГА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАДЗОР В ОБЛАСТИ ОХРАНЫ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

Мониторинг атмосферного воздуха – это система длительных наблюдений за состоянием атмосферного воздуха, его загрязнением и за происходящими в нем природными явлениями, а также оценка и прогноз состояния атмосферного воздуха, его загрязнения.

В преамбуле Федерального закона об охране атмосферного воздуха говорится: «Атмосферный воздух является жизненно важным компонентом окружающей природной среды, неотъемлемой частью среды обитания человека, растений и животных». Загрязнение воздуха представляет серьезную угрозу для здоровья людей и окружающей среды в целом. В соответствии со статьей 4 Федерального закона «Об охране окружающей среды» объектами охраны окружающей среды являются атмосферный воздух, озоновый слой атмосферы и околоземное космическое пространство. В целях наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха, комплексной оценки и прогноза его состояния, а также обеспечения органов государственной власти, органов местного самоуправления, организаций и населения текущей и экстренной информацией о загрязнении атмосферного воздуха, Правительство Российской Федерации, органы государственной власти субъектов Российской Федерации, а также органы местного самоуправления организуют государственный мониторинг атмосферного воздуха и в пределах своей компетенции обеспечивают его осуществление на территории Российской Федерации, субъектах Российской Федерации и муниципальных образованиях (ст. 23). Объективная оценка уровня загрязнения атмосферы является актуальной задачей: она необходима при выборе мероприятий по охране воздушной среды, при планировании жилищного и промышленного строительства, при установлении для городских предприятий предельно допустимых выбросов, при организации мониторинга атмосферы. [1]

Значение атмосферы в жизни человека и природе:

• регуляция теплового режима Земли, за счет газообразной оболочки поверхность планеты не нагревается днем и не остывает резко ночью;

• атмосфера защищает Землю от метеоритов, немалая часть которых сгорает, не долетая до поверхности планеты;

• озоновый экран защищает человечество от избыточных ультрафиолетовых излучений, огромная доза которых губительна для организма;

• кислород, содержащийся в атмосфере, необходим всем живым организмам для дыхания.

1.1 Сеть наблюдения за уровнем загрязнения атмосферного воздуха

Правила организации наблюдений за уровнем загрязнения атмосферы в городах и населенных пунктах регламентируются требованиями ГОСТ 17.2.3.01—86 «Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населенных пунктов». Наблюдения за загрязнением атмосферы осуществляют на специальных постах. Постом является выбранная точка местности, на которой размещают павильон или автомобиль, оборудованные соответствующими приборами.

При проведении мониторинга устанавливают три категории постов наблюдений: стационарный, маршрутный и передвижной (подфакельный). Стационарный пост предназначен для обеспечения непрерывной регистрации содержания загрязняющих веществ или регулярного отбора проб воздуха для последующего анализа. Из числа стационарных постов выделяют опорные стационарные посты, которые предназначены для выявления долговременных изменений содержания основных и наиболее распространенных загрязняющих веществ. Маршрутный пост предназначен для регулярного отбора проб воздуха в фиксированной точке местности при наблюдениях, которые проводятся с помощью передвижного оборудования. Передвижной пост предназначен для отбора проб под дымовым (газовым) факелом с целью выявления зоны влияния данного источника.[2]

Каждый пост независимо от категории размещают на открытой проветриваемой со всех сторон площадке с непылящим покрытием: асфальте, твердом грунте, газоне — таким образом, чтобы были исключены искажения результатов измерений из-за наличия зеленых насаждений, зданий и т.д. Стационарный и маршрутный посты размещают в местах, выбранных на основе предварительного исследования загрязнения воздушной среды города промышленными и бытовыми выбросами, выбросами автотранспорта и условий рассеивания. Эти посты размещают в центральной части населенного пункта, жилых районах с различным типом застройки, зонах отдыха, на территориях, примыкающих к магистралям интенсивного движения транспорта. Места отбора проб при передвижных наблюдениях выбирают на разных расстояниях от конкретного источника выброса с учетом закономерностей распространения загрязняющих веществ в атмосфере.

Одновременно с отбором проб воздуха определяют направление и скорость ветра, температуру воздуха, состояние погоды и подстилающей поверхности. В период неблагоприятных метеорологических условий (штиль, температурная инверсия) и значительного возрастания концентраций загрязняющих веществ наблюдения проводят каждые три часа. [3]

1.2 Организация мониторинга атмосферного воздуха на отдельно взятом промышленном объекте

Измерения концентраций примесей проводят как в районе действия конкретного источника загрязнения атмосферы, так и на некотором удалении от него. Для определения максимальных значений концентраций загрязняющих веществ, которые создаются при направленных выбросах от предприятий на тот или иной район города, а также размера зоны распространения примесей от данного предприятия организуются подфакельные наблюдения.

Подфакельными наблюдениями называются измерения концентраций примесей под осью факела выбросов из труб промышленных предприятий. Местоположение точек, в которых производится отбор проб воздуха для определения концентраций вредных веществ, меняется в зависимости от направления факела. Подфакельные наблюдения проводятся в районе отдельно стоящего источника выбросов или группы источников как на территории города, так и за его пределами с помощью передвижных станций наблюдения.

Измерения концентраций проводятся по оси факела на различных расстояниях от источника выброса и в точках слева и справа от линии, перпендикулярной оси факела. Наблюдения следует проводить на расстояниях 10-40 средних высот труб от источника, где особенно велика вероятность появления максимума концентраций. Такой вид обследования позволяет проследить изменение концентрации с увеличением расстояния от источника выброса, определить вклад в локальный уровень загрязнения низких и высоких источников выбросов и др. [3]

Схема мониторинга атмосферного воздуха включает как первичное звено санитарно-промышленные и аналитические лаборатории предприятий, которые проводят «точечный» мониторинг атмосферного воздуха (воздух рабочей зоны) на территории непосредственно предприятия-загрязнителя. Контроль качества воздуха проводится также внутри цехов и рабочих помещений и зачастую дополняет производственный технологический контроль.

С целью контроля качества воздуха «точечный» мониторинг источников выбросов («подфакельные» наблюдения), и околопромышленных районов проводится также органами Санэпиднадзора (СЭН) и Госкомэкологии (ГЭК) или Минприроды. Кроме того, ГЭК и СЭН проводят локальный мониторинг воздуха в жилых кварталах, на крупных автомагистралях внутри города, в основном в наименее благополучных по экологической ситуации районах.

Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет) и ее территориальные органы осуществляют непрерывный контроль за качеством атмосферного воздуха в населенных пунктах (локальный, региональный и национальный уровни) с целью определения основных фоновых показателей загрязнения атмосферы, решения вопросов трансграничного переноса загрязняющих веществ и выявления высоких и экстремально высоких уровней загрязнения.

Обследование состояния загрязнения атмосферы в городе или крупном районе организуется для выяснения причин высоких уровней концентраций примесей, установления их неблагоприятного влияния на здоровье населения и окружающую среду и для разработки мероприятий по охране атмосферного воздуха.

В зависимости от целей различают три вида обследования:

• эпизодическое – для ориентировочной оценки состояния загрязнения воздуха в населенном пункте и при выборе мест для размещения постов наблюдений;

• комплексное – для детального изучения особенностей и причин высокого уровня загрязнения, его влияния на здоровье населения и окружающую среду в целом, а также для разработки рекомендаций по проведению атмосфероохранных мероприятий;

• оперативное – для выявления причин резкого ухудшения качества воздуха.

В зависимости от вида обследования составляется программа обследования. На основании обобщенных результатов обследования разрабатываются конкретные рекомендации по проведению атмосфероохранных мероприятий и делается вывод о необходимости организации регулярных наблюдений при их отсутствии. [4]

2. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ МОНИТОРИНГА ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ

2.1. Методы зондирования атмосферного воздуха

Ракетное зондирование применяется для зондирования верхних слоев атмосферы: слой от 15-20 до 80-120 км (стратосфера и мезосфера), в котором располагается большая часть озоносферы и нижней ионосферы и более высокие слои термосферы и экзосферы. Для изучения средней атмосферы используются метеорологические ракеты, поднимающиеся до высот 80-100 км. Они могут быть жидкостно- и твердотопливными. Основными параметрами, измеряемыми с помощью метеорологических ракет, являются: давление, температура, плотность и газовый состав воздуха. В зависимости от программы исследований могут измеряться и другие характеристики. Для изучения верхней атмосферы применяются мощные геофизические ракеты, поднимающиеся до высот более 100-150 км. Производятся измерения интенсивности солнечного и космического излучения, оптических свойств воздуха, его термодинамических и электрических свойств, параметров магнитного поля Земли. [5]

Наряду с ракетными зондированием, относящимся к прямым методам измерений, для изучения верхней атмосферы применяются и косвенные методы с использованием радиолокации, метеолидаров, СВЧ, оптической техники. Система ракетного зондирования состоит из самой ракеты, оснащенной измерительными приборами и наземного измерительного комплекса, под которым понимается совокупность наземных радиотехнических средств, предназначенных для приема телеметрической информации о параметрах атмосферы и для измерения координат ракеты во время полета. Доставка приборного контейнера на землю происходит с помощью парашюта.

2.2. Метод эхо- и радиолокации

Эхолокатор – зондирование атмосферы с помощью звуковых волн. Позволяет выявлять зоны крупномасштабных изменений плотности атмосферы. Радиолокатор, РЛС – зондирование атмосферы радиоволнами с длинами от метрового до миллиметрового диапазона. Позволяет выявлять различные объекты естественного и искусственного происхождения, движущиеся в атмосфере, определять их расстояние и скорость (используя эффект Доплера). Радиолокация осуществляется тремя способами:

1) облучение объекта и прием отраженного от него излучения;

2) облучение объекта и прием переизлученных (ретранслируемых) им волн;

3) прием радиоволн, излученных самим объектом. Лидар – прибор для проведения лазерного зондирования атмосферы в оптическом диапазоне спектра.

В обобщенном смысле лазер в лидаре используется как импульсный источник направленного светового излучения. В отличие от радиодиапазона, в световом диапазоне частот из-за малости длин волн особенно видимого и ультрафиолетового излучения отражателями локационного сигнала являются все молекулярные и аэрозольные составляющие атмосферы, т.е. по сути дела сама атмосфера формирует лидарный эхо-сигнал со всей трассы зондирования. Это позволяет осуществлять лазерное зондирование по любым направлениям в атмосфере. [5]

Принцип лазерного зондирования атмосферы заключается в том, что лазерный луч при своем распространении рассеивается молекулами и неоднородностями воздуха, молекулами содержащихся в нем примесей, частицами аэрозолей, частично поглощается и изменяет свои физические параметры (частоту, форму импульса и т.д.). Появляется свечение (флюоресценция), что позволяет качественно и количественно судить о различных параметрах воздушной среды (давлении, температуре, влажности, концентрации газов). Лазерное зондирование атмосферы осуществляется преимущественно в ультрафиолетовом, видимом и микроволновом диапазоне. Использование лидаров с большой частотой следования импульсов малой длительности позволяет изучать динамику быстро протекающих процессов в малых объемах и в значительных толщах атмосферы.[6]

2.3. Методы контроля газового состава атмосферного воздуха

Отбор проб воздуха при анализе газо- и парообразных примесей осуществляется за счет протягивания воздуха через специальные твердые или жидкие поглотители, в которых газовая примесь конденсируется либо адсорбируется. В последние годы в качестве сорбентов для концентрирования микропримесей используют растворимые неорганические хемосорбенты, пленочные полимерные сорбенты, позволяющие улавливать из загрязненного воздуха самые различные химические вещества. Важным достоинством полимерных сорбентов является их гидрофобность (влага воздуха не концентрируется в ловушки и не мешает анализу) и способность сохранять в течении длительного времени без изменения первоначальной состав пробы. Контроль концентраций газо- и парообразных примесей атмосферного воздуха производится с помощью газоанализаторов, позволяющих осуществлять мгновенный и непрерывный контроль содержания в нем вредных примесей. [6]

3. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА МОНИТОРИНГА АТМОСФЕРЫ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЗОНЫ НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕГО ЗАВОДА

Ежегодно вследствие активной промышленной деятельности человека в атмосферу выбрасываются сотни тысяч различных загрязнителей. Наиболее важными загрязняющими газовыми компонентами являются окислы углерода, соединения серы и азота, углеводороды, озон, галогенсодержащие соединения. В среднем 15% общего содержания углеводородов в атмосфере образуется в процессе человеческой деятельности – при сжигании природных топлив, а также при обработке и использовании нефтепродуктов. В связи с этим, для предотвращения экологических катастроф и обеспечения безопасности людей в производственной зоне предприятий нефтеперерабатывающей промышленности и на прилегающих к ней территориях необходим постоянный оперативный контроль обнаружения внезапных выбросов и уровня содержания загрязняющих веществ в атмосфере. [8]

Традиционно контроль загрязнения атмосферы осуществлялся путем забора проб для лабораторного анализа химическими методами. Такие методы химического анализа проб воздуха требуют значительного времени (от десятков минут до нескольких часов). Кроме того, иногда этот анализ трудно осуществим практически, если, например, необходимо взять пробу воздуха из выброса вблизи отверстия трубы высотой несколько десятков метров или обеспечить непрерывный контроль за возможным внезапным появлением в воздухе токсичных веществ. В настоящее время разработаны перспективные методы контроля загрязнения атмосферы. Газовые загрязнители атмосферы эффективно обнаруживаются спектральными методами анализа. Отличительной особенностью данных методов являются высокая чувствительность и избирательность, позволяющие определять концентрацию контролируемого вещества в присутствии большого количества других веществ. В зависимости от природы загрязняющего вещества и его концентрации в воздухе используются методы газовой и газожидкостной хроматографии, нейтронно-активационный, атомно-абсорбционный, полярографический, фотометрический и спектрофотометрический и другие методы. Определение загрязнений в атмосфере включает следующие операции:

• отбор проб воздуха и концентрирование микропримесей вредных веществ;

• подготовка пробы к анализу;

• анализ микропримесей, обработка результатов анализа и прогноз изменения состояния окружающей среды. [8]

3.1 Технические средства автоматизации для осуществления мониторинга атмосферы промышленной зоны

Для отбора проб воздуха используются электроаспираторы, газоанализаторы, пылесосы и другие приборы и устройства, пропускающие воздух, а также устройства, регистрирующие объем пропускаемого воздуха (реометры, ротаметры и другие расходомеры).

Газоанализатор [7] для непрерывного мониторинга атмосферы промышленной зоны, разработанный автором, может проводить контроль как непосредственно в зоне загрязнения, так и на значительном расстоянии от контролируемой зоны. В принципе работы газоанализатора лежит способ обнаружения количества и наличия газообразных веществ в атмосфере контролируемой зоны, которые излучают и поглощают излучение в инфракрасном диапазоне спектра. Фоновое излучение испускается любым предметом, температура которого выше абсолютного нуля. Газ, присутствующий между таким предметом и устройством обнаружения может поглощать (абсорбировать) или излучать (эмиссия) в инфракрасном спектре. Если фоновый объект имеет температуру ниже температуры газа, то газ формирует эмиссионный спектр (ИК-излучение), если фоновый объект имеет температуру выше температуры газа, газ формирует абсорбционный спектр (ИК-поглощение). Поэтому спектр можно получить практически в любой окружающей среде.

Таким образом, можно определить относительную концентрацию конкретного вещества в контролируемой атмосфере от излучающего или поглощающего спектра присущего данному веществу. Точность такого определения зависит от таких факторов, как погрешность применяемого устройства, разность температур между фоновыми объектами и конкретными газообразными веществами, расстояние между контролируемой зоной и спектрометрическим газоанализатором, от погоды и т.д.

Упрощенная структурная схема разработанного измерительного комплекса на основе использования фонового инфракрасного излучения изображена на рисунке 1. Фоновое инфракрасное излучение собирается вогнутым отражателем 1, поверхность которого способна отражать ИК-излучение, это может быть покрытие из алюминия, но при этом поверхность отражателя от воздействия атмосферы быстро тускнеет и нужно будет часто чистить отражатели, лучшим покрытием является родий с никелевой подложкой. Аккумулированное ИК-излучение от отражателя 1 отражается на выгнутый отражатель 2. Собранное отражателем 2 ИК-излучение пропускается через предохранительное окно 4, закрытое полиэтиленовой пленкой, пропускающей ИК-излучение, и коллимируется коллиматором 5.

Из коллиматора ИК-излучение поступает в оптоволоконный световод 6, благодаря которому все блоки спектрометра (оптика и электронные блоки) располагаются в помещении и не подвержены воздействиям атмосферы [7].

Отражатель ИК-излучения с коллиматором крепятся на турели сканера, который позволяет сканировать поле обзора от 0 до 360о с разрешающей способностью 1о. ИК-излучение по световоду поступает в оптический конденсор 7, которым фокусируется и поступает на полихроматор 8, который формирует спектр ИК-излучения в диапазоне полос 3 – 5 мкм и 8 – 14 мкм. Этот диапазон включает в себя хотя бы одну характеристику, определяющую полосу частот для почти всех газообразных загрязнителей, в тоже время большая часть энергии излучения, испускаемого объектами при земных температурах, приходится на этот диапазон. И именно в этом диапазоне находятся окна прозрачности атмосферы. Наибольшему пропусканию ИК-излучения соответствуют окна 3,4 – 4,2 мкм (пропускание выше 90%) и 8 – 14 мкм (пропускание 60-70%). С выхода полихроматора пучок ИК-излучения диспергирующим элементом 9 расщепляется на спектр, который контролируется (измеряется) линейкой фотодиодов 10, в качестве которой может применяться многоэлементный фотодиод на основе эпитаксиальных пленок в сосуде Дьюара с охлаждением жидким азотом до То = 77о К.

Сигналы интерферограммы с фотодиодной линейки передаются в блок предусилителей 11, усиленные сигналы спектра поступают через коммутатор 12 на аналого-цифровой преобразователь 13, спектр, преобразованный в цифровой код, поступает на цифровой фильтр 14, который является частью программы программируемого логического контроллера 15. В качестве цифрового фильтра можно применить алгоритмы быстрого преобразования Фурье или воспользоваться прореживающей фильтрацией и преобразованием Фурье ограниченного диапазона.

Отфильтрованные данные спектра (данной длины волны) сравниваются с эталонными. С помощью алгоритмов быстрого преобразования Фурье производится спектральная обработка, и данные выводятся в виде диаграммы (в графической 21, 22 форме, удобной для восприятия человеком) на экране монитора 16, на котором изображена мнемосхема контролируемой в данный момент времени части промышленной зоны. Изображение на экране монитора изменяется программой компьютера синхронно со сканированием отражателями поля обзора (рисунок 3). [7]

Перемещая малый отражатель 2 с помощью винтовой пары 3 вдоль оптической оси, можем изменять поле обзора контролируемой зоны, это дает возможность обеспечить широкий сектор обзора. Также возможность сфокусировать отражатель таким образом, чтобы был обеспечен более близкий сектор обзора, чтобы определить источник утечки газа.

Для точного определения координат точки утечки газа, используют метод триангуляции. Для этого по периметру контролируемой зоны устанавливают не менее трех отражателей 1 на турельных сканерах (рисунок 2).

Данные триангуляции сканеров отражателей 1 дают возможность определить площадь загазованной зоны, точку утечки газа, по максимальному поглощению (излучению) и периметр загазованной зоны, с наложением границ загазованной зоны 19 и точки утечки 18 на мнемосхему 20 технологического оборудования на экране монитора 16 (рис.8.3). Настоящее устройство позволяет производить мониторинг и обнаружение широкого разнообразия газообразных веществ на большой площади без дорогостоящих однополосных интерференционных фильтров для каждого обнаруженного газа.

Прежде чем проводить с помощью газоанализатора многоспектральные измерения, по результатам которых можно определить наличие того или иного загрязнителя в атмосфере, газоанализатор должен быть откалиброван. Калибровка газоанализатора производится следующим образом. На расстоянии 200 метров от отражателя устанавливается источник ИК-излучения, между ними на прямой линии помещают полиэтиленовый мешок (длиной 2 м и диаметром 1 м) наполненный контролируемым газом с известной концентрацией. Далее снимается спектр для каждого газа при различных концентрациях, и измеряются максимальные точки характеристических полос поглощения для каждой концентрации. По этим данным строится калибровочная кривая концентрации, как функция высоты пика характеристической полосы.

В данной системе с оптико-механическим сканированием процесс сканирования осуществляется за счет изменения направления оптической оси самого рефлектора. При этом общее поле обзора последовательно анализируется мгновенным полем зрения оптической системы. На результат зондирования влияет аэрозольное ослабление. Для дымки и туманной дымки (это 90% времени) в диапазоне 0,55 – 10 мкм предложена следующая формула расчета коэффициента аэрозольного ослабления [8]

где эмпирические коэффициенты - экспериментально рассчитаны для различных типов дымок.

Значение найдем из выражения

где SM – метеорологическая дальность видимости.

В сложных метеорологических условиях, например при дожде или снеге, коэффициент ослабления излучения в ИК диапазоне можно оценить по формуле

где - коэффициент ослабления, (км-1);

I – интенсивность осадков, (мм/час).

3.2 Прогноз загрязнения атмосферы

В связи с высокой насыщенностью городов источниками загрязнения уровень загрязнения атмосферного воздуха в них, как правило, существенно выше, чем в пригородах и тем более в сельской местности. В отдельные периоды, неблагоприятные для рассеивания выбросов, концентрации вредных веществ могут резко возрасти относительно среднего или фонового городского значения. Частота и продолжительность периодов повышенного загрязнения атмосферного воздуха зависят от режима выбросов вредных веществ (разовых, аварийных и др.), а также от характера и продолжительности метеоусловий, способствующих повышению концентрации примесей в приземном слое воздуха.

Во избежание повышения уровня загрязнения атмосферного воздуха при неблагоприятных для рассеивания вредных веществ метеорологических условиях необходимо прогнозировать и учитывать эти условия. Помимо метеопараметров на распространение примесей в атмосфере оказывают влияние характеристики источников выбросов, в частности их высота, а также температура отходящих газов. Обычно выделяют три типа источников выбросов загрязняющих веществ: высокие с горячими (теплыми) выбросами, высокие с холодными выбросами и низкие. Также при прогнозировании загрязнения воздуха в городах необходимо учитывать наличие и плотность застройки. При переносе примесей в районы плотной застройки или в условиях сложного рельефа их концентрации могут повышаться в несколько раз.

Для характеристики загрязнения атмосферного воздуха по городу в целом в качестве обобщенного показателя используют параметр Р:

,

где N — количество наблюдений примеси в городе в течение одного дня на всех стационарных постах; М — количество наблюдений в течение того же дня с повышенной концентрацией примеси, превышающей среднее сезонное значение более чем в 1,5 раза.

Параметр Р рассчитывают для каждого дня как по отдельным примесям, так и по всем загрязнителям вместе. Этот параметр является относительной характеристикой, и его значение определяется главным образом метеорологическими факторами, оказывающими влияние на состояние атмосферного воздуха на всей территории города.

Методика предсказания вероятного роста концентраций вредных веществ в воздухе города предусматривает использование прогностической схемы загрязнения, которую разрабатывают для каждого города на основании опыта многолетних наблюдений за состоянием атмосферы. Общие принципы построения прогностических схем следует рассмотреть несколько подробнее.

Оперативное прогнозирование загрязнения атмосферного воздуха проводят с целью кратковременного сокращения выбросов вредных веществ в периоды неблагоприятных метеорологических условий. Обычно составляют два вида прогноза загрязнения атмосферного воздуха по городу: предварительный (на сутки вперед) и уточненный (на 6—8 ч вперед, в том числе на текущий день, днем — на вечер и ночь).

О возможном формировании высокого уровня загрязнения атмосферы от одиночных (групповых) источников и по городу в целом составляют два вида предупреждений, которые передаются местными органами Росгидромета контролирующим органам и организациям, предприятиям, оказывающим влияние на формирование загрязнения. Предупреждения составляют не ранее чем за 24 ч до ожидаемого роста концентраций загрязняющих веществ с учетом возможного наступления неблагоприятных метеоусловий. В тексте передаваемого потребителям предупреждения о загрязнении необходимо указывать названия объектов, которым дается предупреждение, и период времени, когда ожидается возрастание уровня загрязнения.[6]

В период действия предупреждения контролирующими органами осуществляется оперативное наблюдение за метеопараметрами, состоянием загрязнения атмосферного воздуха, источниками выбросов. Оперативно контролируются до исчезновения опасной ситуации такие метеопараметры, как скорость ветра и его направление у земли и в нижнем слое атмосферы до высоты 500 м, вертикальное распределение температуры воздуха на различных уровнях, характер развития слоя инверсии.

Состояние загрязнения атмосферного воздуха контролируют на стационарных постах не реже, чем через 3 ч при отборе разовых проб, а при использовании автоматических газоанализаторов показания снимают не реже чем через 1 ч.

Контроль источников загрязнения осуществляют:

путем проведения непрерывных измерений в источниках выбросов;

путем проведения подфакельных исследований каждые 2 ч в течение периода сохранения опасных метеоусловий;

путем отбора разовых проб или непрерывного контроля с использованием газоанализаторов на стационарных постах, находящихся в зоне влияния факела (факелов) источников выбросов.

Результаты сопоставляют с расчётными данными для реальной синоптической ситуации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Под экологическим мониторингом подразумевается комплексная система регулярных длительных инструментальных наблюдений за состоянием окружающей среды, оценки и прогноза изменений в пространстве и времени состояния электромагнитной среды под воздействием природных и антропогенных факторов. При мониторинге качественно и количественно характеризуется состояние воздуха, поверхностных вод, климатические изменения, свойства почвенного покрова, состояние растительного и животного мира. К каждому из перечисленных компонентов биосферы предъявляются особые требования и разрабатываются специфические методы анализа.

Основными регистрируемыми ингредиентами, загрязняющими атмосферный воздух, являются: оксид углерода, сернистый газ, окислы азота, углеводороды и взвешенные вещества. Содержание и концентрация этих веществ, присутствующих в выбросах большинства источников загрязнения атмосферного воздуха, являются основными негативными показателями состояния загрязнения атмосферного воздуха.

Сейчас происходит постоянное развитие автоматизированных систем контроля загрязнения воздуха путем увеличения числа стационарных станций и применения передвижных постов наблюдений. Дальнейшее совершенствование этой системы становится возможным благодаря пониманию необходимости глобального контроля над состоянием атмосферы путем объединения локальных, региональных и национальных служб наблюдения за атмосферой.

Из всего этого следует вывод, что о необходимости совершенствования системы экологического мониторинга, должны использоваться методы математического моделирования, оценки загрязнения снежного покрова, аэрокосмические и лазерные дистанционные методы. С учетом данных комплексного обследования состояния загрязнения атмосферного воздуха на территории города или населенного пункта должна разрабатываться программа оптимизации сети наблюдений.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Пешков Ю.В. Система государственного мониторинга состояния и загрязнения атмосферного воздуха, Санкт-Петербург, 2015 г.

Экологический мониторинг. Методы и средства. Учебное пособие. А.К. Муртазов; Рязанский государственный университет имени С.А. Есенина. – Рязань, 2017. – 146 с.

Экологический мониторинг атмосферного воздуха Мазулина О.В., Полонский Я.В. Волгоград, 2015 г.

Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. - Л.: Гидрометеоиздат, 2017. – 560 с.

Основные методы мониторинга атмосферного воздуха [Электронный ресурс]. – Режим доступа:  http://refleader.ru/jgernajgejgebew.html (дата обращения: 23.09.2019).

Мониторинг качества атмосферного воздуха для оценки воздействия на здоровье человека [Электронный ресурс]. – Режим доступа:  http://www.euro.who.int (дата обращения: 23.09.2019).

Астапов В.Н. Устройство дистанционного контроля атмосферы //Патент № 2226269 РФ. – Бюл. № 9, 2004.

8. Astapov V.N., Zhitkov V.A. Industrial zone atmosphere monitoring.// «INTERNATIONAL JOURNAL OF APPLIED AND FUNDAMENTAL RESEARCH» (ISSN 1996-3955). 2017. Представленнемецкимиздательством Publishing house "Academy of Natural History". science-sd.com471

 

 

Просмотров работы: 202