6263

1.Точечная

материала, которую отбирают за один прием, за одну операцию из разных точек объекта, партии, слоев в определенный момент времени. Она характеризует качество объекта, опробуемого материала в одном месте, времени или на определенном уровне.

2.Генеральная (или объединенная, суммарная, исходная, первичная, начальная, общая) проба - это объединение необходимого числа (n) точечных проб. Она характеризует данный объект, партию материала.

3.Промежуточная средняя проба - это проба, полученная из генеральной путем ее обработки методами дробления, перемешивания, сокращения.

4.Готовая (или средняя, сокращенная, товарная) проба - это обработанная, уменьшенная по массе генеральная проба.

5.Лабораторная (паспортная, сертификатная) проба - это конечная промежуточная, сокращенная генеральная, готовая проба, предназначенная в лаборатории для анализа.

6.Контрольная (арбитражная, архивная, резервная, дубликатная) проба - это лабораторная проба, которую хранят для повторных, контрольных анализов.

Пробоотбор - это такая процедура (операция), при которой происходит отбор достаточного количества представительной части исследуемого объекта (материала), состав и свойства которого идентичны составу и свойствам объекта как целого.

Универсальных правил, одинаково пригодных для различных материалов

иобъектов нет. Методы отбора проб весьма разнообразны в зависимости от агрегатного состояния (газы, жидкости, твердые) материала, характера материала (кусковой, сыпучий, металлы, шлаки, технологические растворы, отходы, полужидкие материалы и др.), степени его однородности и упаковки.

Методы пробоотбора зависят также от задачи анализа, которая может состоять в определении среднего содержания одного или нескольких компонентов в объеме объекта, установлении распределения компонентов в пространстве по поверхности, по глубине слоя, или во времени, например, в технологическом процессе, при выбросов газопылевых потоков в атмосферу.

Регламент методики пробоотбора, т.е. конкретные операции и их количество, зависит от требований по достоверности (точности) установления состава объекта анализа, а также от вида других испытаний, оттехнологических, биологических и др. требований. При взятии пробы для каждого конкретного материала (воздух, вода, почвы) разработаны правила или методики отбора пробы. Они включают способ отбора, вид пробоотборника, глубину его погружения, число точек отбора, размер проб и другие условия, изложенные в соответствующих ГОСТах, ТУ, РД и НД, т.е. отбор проб производится в точном соответствии с НД.

Методики отбора проб характеризуются следующими свойствами. 1.Способ отбора может быть –

11

1.способ квадрата, когда объект (почва, донные осадки, руда и др.) геометрически делят на квадраты и пробы отбирают по углам квадрата, в центре его, по диагонали (рис.1);

2.способ вычерпывания из штабеля, отвала, когда всю поверхность материала разбивают на участки взаимно перпендикулярными линиями, а число участков определяют по числу проб (рис.2). В каждой точке лопатой, совком или щупом выбирают порцию пробы на глубине 0,5-0,7 м. При отборе проб из вагонов отбирают по одной пробе из каждого вагона по схеме (рис.3), где номер точки соответствует номеру вагона;

3.способ фракционного отбора, когда в пробу отбирают каждую n лопату или совок, где n - кратность отбираемой пробы, например, каждая десятая. Возможен фракционный отбор через определенные промежутки времени.;

4.способ аспирационный или вакуумный заключается в протягивании (аспирации) или поступлении газа, воздуха в поглотительные системы. Любой способ отбора должен обеспечивать случайность выборки, которая позволит получить

представительную пробу.

2.Средства отбора определяются природой объекта. Это - лопаты, бутыли, совки, разные поглотители, фильтры, батометры для отбора воды, донных осадков и т.д. Например, для отбора сыпучих материалов применяют щупы в виде металлического узкого желоба, заостренного с одного конца и имеющего рукоятку на другом конце (рис.4).

3.Виды отбора могут быть разовыми (периодическими, нерегулярными), систематическими (серийные, регулярные), зональными (в разных местах), сезонными (в разное время), синхронными (одновременными).

4.Рабочий план отбора, который характеризует условия отбора пробы и подробно излагается в протоколе (акте) отбора проб (см. в приложении) и подписывается исполнителями.

Из отобранных в необходимом количестве точечных проб составляют путем их усреднения генеральную пробу, характеризующую данный объект, партию материалов и т.д. Весьма большая по массе и неоднородная по составу генеральная проба требует предварительной подготовки пробы.

Пробоподготовка - это совокупность операций (этапов) разделки пробы для анализа. Цель разделки (пробоподготовки) - измельчить и сократить пробу до определенной массы и гранулометрического состава и в то же время сохранить в конечной пробе (лабораторной) содержание всех определяемых компонентов, равное содержанию их как в генеральной пробе, так и во всей партии анализируемого материала.

Методика пробоподготовки к анализу включает следующие этапы:

1. Просушивание пробы в условиях, учитывающих свойства определяемых компонентов.

12

2.Измельчение пробы разными методами: грохочение, дробление, встряхивание, рассеивание, растирание с помощью различного оборудования (сита, дробилки, грохота, мельницы, ступки, миксеры и др.).

3.Перемешивание пробы разными способами: ручное перелопачивание; в смесителях; способ кольца-конуса, заключающийся в переброске материала из кольца в его центр; способ перекатывания материала из одного угла в другой, например, на бумаге, ткани, брезенте; и др.

4.Сокращение пробы с помощью особых приспособлений-делителей разных конструкций, или ручным способом. Сокращение представляет собой по существу отбор пробы от пробы. Наиболее распространенным способом сокращения проб является ручной способ квартования (или квадратование), схема которого приведена на рис. 5. Пробу, насыпанную в кучу в форме конуса, расплющивают в диск равномерной толщины. Диск делят на четыре равных сектора двумя взаимно перпендикулярными диаметрами. Два противоположных сектора отбрасывают, а оставшиеся перемешивают и сокращают по этой же схеме до необходимо количества. Этот способ применяют при подготовке почв, руды и др. объектов.

2. Мониторинг атмосферного воздуха

Одним из важнейших объектов мониторинга окружающей среды является атмосферный воздух. В соответствии со ст. 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, органы местного самоуправления организуют государственный мониторинг атмосферного воздуха и в пределах своей компетенции обеспечивают его осуществление на соответствующих территориях Российской Федерации, субъектов Российской Федерации и муниципальных образований (ст. 23).

Государственный мониторинг атмосферного воздуха является составной частью государственного экологического мониторинга (государственного мониторинга окружающей среды) и осуществляется федеральными органами исполнительной власти в области охраны окружающей среды, другими органами исполнительной власти в пределах своей компетенции в порядке, установленном уполномоченным Правительством Российской Федерации федеральным органом исполнительной власти (ст. 23).

Мониторинг атмосферного воздуха - система наблюдений за состоянием атмосферного воздуха, его загрязнением и за происходящими в не природными явлениями, а также оценка и прогноз состояния атмосферного воздуха, его

13

загрязнения (№96 ФЗ "Об охране атмосферного воздуха".).

Загрязнения попадают в атмосферу в результате природных процессов и хозяйственной деятельности человека. Основные антропогенные источники загрязнения атмосферы могут быть объединены в три группы.

К первой группе относятся источники, которые образуют загрязняющие вещества в результате сжигания топлива: авиация, автомобильный, морской, речной и частично железнодорожный транспорт, предприятия теплоэнергетики. К числу основных загрязняющих веществ, содержащихся в выхлопных газах, относятся CO, NOx, CmHn, соединения свинца, альдегиды, полициклические ароматические углеводороды, пыль, сажа, SO2 и др.

Ко второй группе антропогенных источников загрязнения воздуха относятся промышленные предприятия. Все выбросы в атмосферу этих предприятий можно разделить на следующие виды: пыль (оксиды и другие соединения химических элементов), дымы; газообразные соединения с резким запахом; компоненты с фотохимическим эффектом.

Всоставе пыли чаще всего преобладают SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, K2O, Na2О, C, PbO, ZnO, SeO2, MgO, CaF2, AlF3 и др.

Газообразная составляющая выбросов промышленных предприятий чаще

всего содержит CO2 , CO, SO2, SO3, NO, NH3, HF, HCl. Неприятные запахи, характерные для выбросов предприятий, часто обусловлены присутствием в

них меркаптанов: CH3 – S – H (метилмеркаптан), C2H5 – S – H (этилмеркаптан). Неприятные запахи могут быть также связаны с присутствием в выбросах

акролеина (СH2= CH – COOH), фенола (C6Н5ОН) и других органических соединений.

Третья группа источников загрязнения атмосферного воздуха связана с утилизацией бытовых и промышленных отходов. В эту группу входят полигоны для захоронения бытовых отходов и мусоросжигательные установки, от которых в атмосферу поступают углеводороды, в том числе и полициклические ароматические, диоксины, оксиды серы, азота, угарный газ, аммиак, пыль и другие вещества.

Впрактической охране окружающей среды на предприятиях разделяют понятия:

• источник загрязнения – предприятие, производство, технологический процесс;

• источник выделения вредных веществ – оборудование, котел, агрегат, станок, рабочее место;

• источник выброса (в атмосферу) – труба, шахта, аэрационный фонарь, свалка (куча) и т. п.

Источники выбросов классифицируют по высоте (высокие, низкие) и площади (точечные, линейные).

Отходящие вредные вещества (или выбросы) классифицируются:

• по организации отвода и контроля – организованные и неорганизованные;

• по режиму осуществления – непрерывные и периодические;

14

•по температуре – нагретые (температура пылегазовых смесей в которых выше температуры наружного воздуха) и холодные;

•с учетом сферы образования – образующиеся в основном, вспомогательном и подсобном производстве;

•по признакам очистки – выбрасываемые без очистки (организованные и неорганизованные) и после очистки (организованные);

•по химическому составу и размерам (дисперсности) частиц.

Организованный промышленный выброс – это выброс, поступающий в

атмосферу через специально сооруженные газоходы, воздуховоды, трубы.

Неорганизованный промышленный выброс – это выброс, поступающий в атмосферу в виде ненаправленных потоков газа в результате нарушения герметичности оборудования, отсутствия или неудовлетворительной работы оборудования по отсосу газа в местах загрузки, выгрузки и хранения продукта.

Технологический выброс вредных веществ – это количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу основным производством предприятия, т. е. той частью производственного процесса, в ходе которого основные материалы превращаются в готовую продукцию, занимающую преобладающее место в общем выпуске.

Качественный и количественный состав веществ, загрязняющих атмосферный воздух, зависит не только от источников загрязнения, но и от метеорологических условий и топографических факторов, направления и скорости ветра, температурных инверсий, расстояния от источника загрязнения

иего высоты, влажности воздуха, барометрического давления.

Кчислу наиболее распространенных и опасных относятся восемь категорий загрязняющих веществ:

1 – взвешенные вещества, они могут переносить другие загрязнители, растворенные в них или адсорбированные на поверхности частиц; 2 – углеводороды и другие летучие органические соединения; 3 – угарный газ (СО);

4 – оксиды азота (NхOу);

5 – оксиды серы, в основном диоксид (SО2); 6 – свинец и другие тяжелые металлы;

7 – озон и другие фотохимические окислители; 8 – кислоты, в основном серная и азотная.

Под качеством атмосферного воздуха понимают совокупность свойств атмосферы, определяющую степень воздействия физических, химических и биологических факторов на людей, растительный и животный мир, а также на материалы, конструкции и окружающую среду в целом.

Нормативами качества воздуха определены допустимые пределы содержания вредных веществ как в производственной (предназначенной для размещения промышленных предприятий, опытных производств научноисследовательских институтов и т.п.), так и в селитебной зоне (предназначенной для размещения жилого фонда, общественных зданий и сооружений) населенных пунктов. Основные термины и определения,

15

касающиеся показателей загрязнения атмосферы, программ наблюдения, поведения примесей в атмосферном воздухе определены ГОСТом 17.2.1.03-84. «Охрана природы. Атмосфера. Термины и определения контроля загрязнения».

Предельно допустимая концентрация среднесуточная (ПДКсс) – это концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, которая не должна оказывать на человека прямого или косвенного воздействия при неограниченно долгом (годы) вдыхании. Таким образом, ПДКсс рассчитана на все группы населения и на неопределенно долгий период воздействия и, следовательно, является самым жестким санитарно-гигиеническим нормативом, устанавливающим концентрацию вредного вещества в воздушной среде. Именно величина ПДКсс может выступать в качестве «эталона» для оценки благополучия воздушной среды в селитебной зоне.

Предложен ряд комплексных показателей загрязнения атмосферы (совместно несколькими загрязняющими веществами); наиболее распространенным и рекомендованным методической документацией МПР, является комплексный индекс загрязнения атмосферы (ИЗА). Его рассчитывают как сумму нормированных по ПДКсс и приведенных к концентрации диоксида серы средних содержаний различных веществ:

где Yi – единичный индекс загрязнения для i-ого вещества; qcpi – средняя концентрация i-ого вещества; ПДКcсi – ПДКсс для i-ого вещества; ci – безразмерная константа приведения степени вредности i-ого вещества к вредности диоксида серы, зависящая от того, к какому классу опасности принадлежит загрязняющее вещество (для 1 – 1,7; для 2 – 1,3; для 3 – 1,0; для 4

– 0,9).

Для сопоставления данных о загрязненности несколькими веществами атмосферы разных городов или районов города комплексные индексы загрязнения атмосферы должны быть рассчитаны для одинакового количества (n) примесей. При составлении ежегодного списка городов с наибольшим уровнем загрязнения атмосферы для расчета комплексного индекса Yn используют значения единичных индексов Yi тех пяти веществ, у которых эти значения наибольшие.

Одним из показателей также является прозрачность атмосферы. Данный показатель указывает на способность атмосферы пропускать электромагнитную энергию. Аэрозоли могут быть представленными различными дисперсными фазами: в виде пыли, дыма, тумана или смога:

Пыль – твёрдые частицы, диспергированные в газообразной среде; Дым – аэрозоль, получающийся в результате конденсации газов; Туман – жидкие частицы, диспергированные в газообразной среде;

Смог (от англ. smoke – дым, fog - туман) – конденсированный аэрозоль

связанный с туманом.

Многие технологические процессы на предприятиях металлургической,

16

химической, нефтехимической промышленности, в ряде цехов машиностроительных заводов, на многих других производствах сопровождаются поступлением вредных газов и паров в атмосферный воздух. Активным загрязнителем атмосферного воздуха является транспорт, в первую очередь, автомобильный.

Основным способом отбора воздуха является аспирационный способ, при котором воздух пропускается через сорбционное устройство (поглотительный сосуд, концентрационная трубка, фильтр) с помощью побудителя расхода воздуха с определённой скоростью.

При исследовании атмосферных загрязнений определяют как максимально разовые (отбор проб 30 минут), так и среднесуточные концентрации (круглосуточный отбор). Наблюдение за загрязнением атмосферы проводится на стационарных, маршрутных и передвижных (подфакельных) постах.

Загрязнение воздуха в результате поступления в него различного рода вредных веществ имеет ряд неблагоприятных последствий:

Санитарно-гигиенические последствия. Поскольку воздух является средой, в которой человек находится в течение всей жизни и от которой зависит его здоровье, самочувствие и работоспособность, наличие в воздушной средой порой даже небольших концентраций вредных веществ может неблагоприятно отразиться на человеке, привести в необратимым последствиям и даже к смерти.

Экологические последствия. Воздух является важнейшим элементом окружающей среды, находящимся в непрерывном контакте со всеми другими элементами живой и мертвой природы. Ухудшение качества воздуха вследствие присутствия в нем различных загрязнителей приводит к гибели лесов, посевов сельскохозяйственных культур, травяного покрова, животных, к загрязнению водоемов, а также к повреждению памятников культуры, строительных конструкций, различного рода сооружений и т.д.

Экономические последствия. Загрязнение воздуха вызывает значительные экономические потери. Запыленность и загазованность воздуха в производственных помещениях приводит к снижению производительности труда, потере рабочего времени из-за увеличения заболеваемости. Во многих производствах наличие пыли в воздушной среде ухудшает качество продукции, ускоряет износ оборудования. В процессе производства, добычи, транспортирования многих видов материалов, сырья, готовой продукции часть этих веществ переходит в пылевидное состояние и теряется (уголь, руда, цемент и др.), загрязняя в то же время окружающую среду. Потери на ряде производств составляют до 3-5 %. Велики потери из-за загрязнения окружающей среды. Мероприятия по уменьшению последствий загрязнения обходятся дорого.

Служба наблюдений и контроля за состоянием атмосферного воздуха, состоит из двух частей, или систем: наблюдений (мониторинга) и контроля. Первая система обеспечивает наблюдение за качеством атмосферного воздуха в

17

городах, населенных пунктах и территориях, расположенных вне зоны влияния конкретных источников загрязнения. Вторая система обеспечивает контроль источников загрязнения и регулирование выбросов вредных веществ в атмосферу.

Посты наблюдений устанавливаются трех категорий: стационарные,

маршрутные и передвижные (подфакельные).

Стационарный пост предназначен для обеспечения непрерывной регистрации содержания загрязняющих веществ или регулярного отбора проб воздуха для последующего анализа. Из числа стационарных постов выделяются опорные стационарные посты, которые предназначены для выявления долговременных измерений содержания основных и наиболее распространенных специфических загрязняющих веществ.

Стационарные посты оборудованы специальными павильонами, которые устанавливают в заранее выбранных местах. Каждый пост независимо от категории размещается на открытой, проветриваемой со всех сторон площадке (на асфальте, твердом грунте, газоне).

Маршрутный пост предназначен для регулярного отбора проб в фиксированной точке местности на определенном маршруте в городе.

Наблюдения осуществляются с помощью передвижной аппаратуры автолабораторий, серийно выпускаемых промышленностью. Производительность такой лаборатории – около 5000 отборов проб в год, в день на такой машине модно отобрать 8–10 проб воздуха.

Порядок объезда маршрутных постов ежемесячно меняется таким образом, чтобы отбор проб воздуха на каждом пункте проводился в разное время суток. Например, в первый месяц машина объезжает посты в порядке возрастания номеров, во втором – в порядке их убывания, а в третий – с середины маршрута к концу и от начала к середине.

Передвижной (подфакельный) пост предназначен для отбора проб под дымовым (газовым) факелом с целью выявления зоны влияния данного источника. Подфакельные наблюдения осуществляются по специально разработанным программам и маршрутам за специфическими ЗВ, которые характерны для данного предприятия.

Места отбора проб выбирают на разных расстояниях от источника загрязнения с учетом закономерностей распространения ЗВ в атмосфере.

Отбор проб воздуха производится последовательно по направлению ветра на расстояниях 0,2…0,5, 1, 2, 3, 4, 6, 8, 10, 15 и 20 км от стационарного источника выброса, а также с наветренной стороны источника. Наблюдения под факелом проводятся за типичными для данного предприятия ингредиентами с учетом объема выбросов и их токсичности.

В зоне максимального загрязнения (по данным расчетов и экспериментальных замеров) отбирается не менее 60 проб воздуха, а в других зонах минимум должен быть не менее 25 проб. Отбор проб воздуха проводится на высоте 1,5 м от поверхности земли в течение 20–30 минут не менее, чем в трех точках одновременно. В течение рабочего дня под факелом можно

18

отобрать пробы последовательно в 5–8 точках.

Передвижная метеорологическая станция предназначена для подразделений, осуществляющих оперативные наблюдения за изменением метеорологических параметров, и позволяет:

•измерять скорость и направление ветра, атмосферное давление, температуру и относительную влажность атмосферного воздуха;

•измерять коэффициент светопропускания атмосферы и вычислять метеорологическую оптическую дальность видимости (МОД);

•измерять среднюю скорость направленного воздушного потока и среднюю скорость ветра;

•измерять высоту облаков;

•документировать и хранить информацию.

Наблюдения на маршрутных постах, как и на стационарных, проводятся по полной, неполной или сокращенной программе. Для этого типа постов разрешается смещение сроков наблюдений на 1 ч в обе стороны от стандартных сроков. Сроки отбора проб воздуха при подфакельных наблюдениях должны обеспечить выявление наибольших концентраций примесей, связанных с особенностями режима выбросов и метеорологических условий рассеивания примесей, и они могут отличаться от сроков наблюдений на стационарных и маршрутных постах.

Практическая работа 2

Мониторинг и оценивание загрязнения атмосферного воздуха

Цель работы – ознакомиться с алгоритмом мониторинга атмосферного воздуха на примере расчета интегральных показателей индекса загрязнения атмосферы (ИЗА)

Оценивание уровня загрязнения атмосферы проводят путем сравнения средних и максимальных концентраций определения загрязняющего вещества с критериями качества атмосферного воздуха, к которым относятся геохимические (фоновые) и гигиенические (предельно допустимые концентрации – ПДКс.с. , ПДКм.р.) показатели.

ПДКс.с. – предельно допустимая среднесуточная концентрация загрязняющего вещества в воздухе населенных мест, мг/м3; которая соответствует пробе отобранной в течение суток и которая не должна оказывать на человека прямого или косвенного вредного воздействия при неограниченно продолжительном воздействии;

ПДКм.р. – предельно допустимая максимально-разовая концентрация загрязняющего вещества в воздухе населенных мест, мг/м3, которая соответствует пробе, отобранной в течение 20-30 минут, и которая при вдыхании воздуха не должна вызывать рефлекторных реакций в организме человека.

19

Выделяют 4 класса опасности вредных веществ: 1 – чрезвычайно опасные; 2 – опасные; 3 – умеренно опасные; 4 – относительно безвредные, которые характеризуются показателями рi (таблица 1).

Таблица 1 Значение показателя рi в зависимости от класса опасности вещества

Для сравнительной оценки загрязненности атмосферы вредными примесями используют интегральный относительный показатель – индекс загрязненности атмосферы (ИЗА). Это - интегральный (суммарный, обобщенный, комплексный) санитарно-гигиенический показатель загрязнения атмосферы, который применяется для сравнительных оценок загрязнения атмосферы с установлением приоритетных загрязнителей и их источников. Индекс представляет собой относительный показатель, величина которого зависит от средней годовой концентрации вещества в атмосфере, ПДКсс вещества и его класса опасности и показателя рi (табл.1).

Показатель рассчитывается по формуле

где Сi фактическая среднегодовая концентрация i-го вещества в атмосферном воздухе и его ПДКссi; показатель рi (см. табл.1); m - число определяемых веществ. Для сравнительных оценок обычно используют m=5 приоритетных загрязнителей атмосферы (ИЗА5).

Задание.

Рассчитать интегральные индексы загрязненности атмосферы для городов (по заданию преподавателя).

Провести сравнительную оценку степени загрязненности атмосферы с учетом шкалы оценки загрязненности по 5 приоритетным загрязняющим веществам (ИЗА5) (табл.2).

Выделить приоритетные загрязняющие атмосферу городов вещества, определить возможные источники выделения веществ и мероприятия по снижению их выбросов.

Таблица 2 Шкала оценки степени загрязнения атмосферы по индексам загрязненности для пяти приоритетных загрязнителей, т.е. с наибольшими индексами загрязненности