Совершенствование аналитического метода контроля загрязнения приземного слоя атмосферы выбросами промышленных предприятий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.13, кандидат наук Калинин, Юрий Владимирович

• Калинин, Юрий Владимирович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Калинин, Юрий Владимирович

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ РЕШЕНИЙ В ОБЛАСТИ МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА И КОНТРОЛЯ ЗА ВЫБРОСАМИ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ПРОМЫШЛЕННЫМИ ПРЕДПРИЯТИЯМИ НАСЕЛЕННОГО ПУНКТА. ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Существующие практики в области мониторинга состояния атмосферного воздуха и контроля за выбросами загрязняющих веществ на основе применения геоинформационных технологий

1.1.1. Инструментальные методы определения загрязнения атмосферы

1.1.1.1. Отечественная практика в области определения загрязнения атмосферы

1.1.1.1. Зарубежная практика в области определения загрязнения атмосферы

1.1.2. Расчетно-аналитические методы определения параметров источников и их выбросов

1.1.2.1. Поведение потока, выбрасываемого в атмосферу

1.1.2.2. Модели определения концентрации загрязняющих веществ

1.1.2.2.1. Уравнение турбулентной диффузии

1.1.2.2.2. Гауссова дисперсионная модель

1.1.2.3. Методики определения концентрации загрязняющего вещества в атмосфере

1.1.2.3.1. Методика, описанная в ОНД-86

1.1.2.3.2. Прочие методики определения концентрации загрязняющего вещества в атмосфере

1.2. Выводы и постановка задач исследования

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА НАСЕЛЕННОГО ПУНКТА, ПОЗВОЛЯЮЩЕЙ ОПРЕДЕЛИТЬ ЗНАЧЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ В ЛЮБОЙ ТОЧКЕ НАСЕЛЕННОГО ПУНКТА ДЛЯ ЗАДАННЫХ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ, А ТАКЖЕ СОСТАВИТЬ СИТУАЦИОННУЮ КАРТУ-СХЕМУ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА

2.1. Принимаемые упрощения при разработке методики

2.2. Формирование загрязнения атмосферы промышленными предприятиями

2.2.1. Параметры производства, влияющие на объем загрязняющего вещества, выбрасываемого в атмосферу

2.2.2. Особенности моделирования загрязнения атмосферы отдельным промышленным предприятием

2.2.3. Расчет концентрации загрязняющего вещества

2.2.4. Построение полей концентраций загрязняющего вещества в приземном слое атмосферы

2.3. Формирование загрязнения атмосферного воздуха населенного пункта множеством предприятий

2.3.1. Совмещение систем координат предприятия и населенного пункта

2.3.2. Упрощение расчета

2.3.3. Определение расстояния от источника загрязнения до расчетной точки

2.3.4. Расчет загрязнения атмосферы населенного пункта промышленными предприятиями

2.4. Моделирование загрязнения населенного пункта

2.5. Результаты и выводы

ГЛАВА 3. АПРОБАЦИЯ МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ЗАГРЯЗГЯЮЩЕГО ВЕЩЕСТВА В ВОЗДУШНОМ БАССЕЙНЕ НАСЕЛЕННОГО ПУНКТА

3.1. Проведение расчета на основе разработанной методики

3.1.1. Влияние температуры окружающей среды на значение концентрации

3.1.2. Влияние класса атмосферной стабильности на значение концентрации

3.1.3. Влияние скорости ветра на значение концентрации

3.1.4. Влияние расстояния от источника загрязнения на значение концентрации

3.2. Результаты и выводы

ГЛАВА 4. ПРИКЛАДНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОГО АНАЛИТИЧЕСКОГО МЕТОДА КОНТРОЛЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПРИЗЕМНОГО СЛОЯ АТМОСФЕРЫ ВЫБРОСАМИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

4.1. Методика расчетного определения фоновых концентраций загрязняющих веществ в атмосфере населенного пункта

4.2. Особенности действий по установлению источника сверхнормативного загрязнения атмосферы населенного пункта

4.2.1. Расчетно-аналитический метод установления источника сверхнормативного загрязнения атмосферы населенного пункта

4.2.2. Аналитический метод определения источника сверхнормативного загрязнения атмосферы с проведением инструментальных измерений

4.2.3. Определение очередности проведения контрольных измерений

4.2.4. Установление источника, выброс загрязняющего вещества которого повлек сверхнормативное загрязнение атмосферы расчетным методом

3.6. Результаты и выводы

ОБЩИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ А ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование аналитического метода контроля загрязнения приземного слоя атмосферы выбросами промышленных предприятий»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Во всем мире проблема качества среды обитания человека является актуальной. Растущие объемы производства и расширение его номенклатуры приводят к повышению негативного влияния на окружающую среду и в первую очередь на атмосферный воздух. Перечень выбрасываемых в атмосферу промышленными предприятиями различных отраслей (газо- и нефтеперерабатывающей, топливно-энергетической и т.д.) основных загрязняющих веществ насчитывает более 80 наименований (среди которых присутствуют различные углеводороды, оксиды металлов). Значения предельно допустимых концентраций для населенных пунктов установлены в Гигиенических нормативах 2.1.6.1338-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе».

Загрязнение воздуха в конкретном месте населенного пункта зависит от многих параметров: расположения промышленных предприятий, основных объектов загрязнения атмосферы, характеристик их производства и источников выброса, температуры окружающей среды, направления и силы ветра, атмосферных условий (стабильность, облачность, конвекция) и т.д.

Для принятия управленческих решений по регулированию выбросов предприятий необходима исчерпывающая информация о загрязнении воздуха в приземном слое по всей территории населенного пункта.

Существующая система мониторинга, основанная на периодическом инструментальном контроле, проводимом на стационарных или передвижных постах, дает точную информацию на момент проведения замера в конкретной точке, где проводится замер. На основе этой информации делаются выводы о загрязнении атмосферы на площади более 80 км2 (радиус - 5 км), прилегающих к месту проведения замеров.

Такой подход дает возможность оценить загрязнение атмосферного воздуха в населенном пункте в целом, но не дает информации о реальном состоянии

атмосферы в любой точке, расположенной на расстоянии от места проведения замеров.

В результате этого документы (справки о фоновых концентрациях загрязняющих веществ), выдаваемые службами мониторинга, которые необходимы для расчетов предельно допустимых выбросов предприятий, расположенных по всей территории населенного пункта, не несут достоверной информации.

В настоящее время сверхнормативный выброс загрязняющего вещества конкретного предприятия в атмосферу, приводящий к превышению гигиенических нормативов концентрации загрязнения в приземном слое атмосферы на конкретной местности и фиксируемый стационарным постом, устанавливается на основе экспертных оценок, которые не всегда являются точными. Принимаемые неверные решения приводят к судебным тяжбам с предприятиями.

Расчетно-аналитические методы, которые могли бы решить проблемы изложенные выше не получили должного распространения.

Цель диссертационной работы: повысить точность данных о концентрациях загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенного пункта путем совершенствования аналитического метода контроля загрязнения приземного слоя атмосферы выбросами промышленных предприятий.

Объектом исследований является качество атмосферы населенного пункта, в котором функционируют промышленные предприятия.

Предметом исследований является формирование концентраций загрязняющих веществ атмосферными выбросами промышленных предприятий населенного пункта при различных метеоусловиях.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

1. Усовершенствовать аналитический метод контроля загрязнения приземного слоя атмосферы за счет адаптации Гауссовой дисперсионную модели для определения приземных концентраций загрязняющих веществ, создаваемых

источниками множества предприятий.

2. На основе адаптированной Гауссовой дисперсионной модели разработать методику определения загрязнения атмосферы населенного пункта выбросами промышленных предприятий, позволяющую проводить расчет концентраций загрязняющих веществ для различных метеорологических и атмосферных условий, а также составлять ситуационные карты-схемы загрязнения.

3. Разработать методику расчетного определения фоновых концентраций загрязняющих веществ в любой точке населенного пункта.

4. Провести сопоставление результатов расчетов по разработанным методикам и имеющихся экспериментальных данных.

5. Разработать алгоритм выявления предприятия, выброс которого повлек значительное превышение нормативного значения загрязнения атмосферы населенного пункта, позволяющую обеспечивать поддержку проведения экспертных оценок.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Методика расчетного определения загрязнения атмосферы выбросами промышленных предприятий в любой точке населенного пункта для различных метеорологических и атмосферных условий.

2. Методика расчетного определения фоновых концентраций загрязняющих веществ в любой точке населенного пункта.

3. Алгоритм выявления предприятия, выброс которого повлек значительное превышение нормативного значения загрязнения атмосферы населенного пункта.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Усовершенствованная Гауссова дисперсионная модель учитывает загрязнение от всех промышленных предприятий, расположенных в населенном пункте и позволяет работать с различными системами координат предприятий в режиме реального времени.

2. Разработанная методика определения загрязнения атмосферы выбросами промышленных предприятий позволяет рассчитывать концентрации загрязняющих веществ в конкретной точке населенного пункта и анализировать

влияние на загрязнение расстояния и расположения предприятий, метеорологических и атмосферных условий, является новой.

3. Разработанная методика расчетного определения фоновых концентраций загрязняющих веществ позволяет получать достоверные данные для любой точки рассматриваемой территории, не имеет аналогов.

4. Разработан алгоритм выявления предприятия, выброс которого повлек значительное превышение нормативного значения загрязнения атмосферы населенного пункта, служащий методическим обеспечением при проведении экспертных оценок.

Практическая значимость полученных в работе результатов:

1. Методика контроля загрязнения атмосферы выбросами промышленных предприятий позволила получать достоверную информацию о загрязнении в любой точке населенного пункта, формировать ситуационные карты-схемы загрязнения атмосферы населенного пункта в режиме реального времени и составлять прогноз загрязнения.

2. Методика определения фоновых концентраций загрязняющих веществ, выбрасываемых промышленными предприятиями, позволяет получать достоверные данные для любой точки расчетной территории.

3. Разработанный алгоритм выявления источника сверхнормативного загрязнения атмосферы позволяет реализовать экспертную систему поддержки принятия решений.

Достоверность результатов подтверждена согласованностью результатов расчетов с официальными справочными данными, предоставленными ФГБУ «Обь-Иртышское УГМС», данными инструментальных замеров, проведенных сертифицированной лабораторией КНПУ «Оргнефтехимзавод» Омский участок.

Методы исследований. При проведении исследования проводился анализ и синтез существующих решений и технологий в области контроля состояния атмосферы населенного пункта. Для расчета концентраций загрязняющего вещества в различных точках использовались методы математического моделирования.

Личный вклад автора. Личный вклад автора в диссертационную работу определяется общей формулировкой, обоснованием цели и задач исследования, выбором методов и решения задач исследования контроля качества атмосферного воздуха населенного пункта, проведением расчета для подтверждения применимости разработанных методик, анализом полученных результатов. Автором разработаны методики расчетного контроля загрязнения атмосферы населенного пункта выбросами промышленных предприятий, определения фоновых концентраций загрязняющих веществ в атмосфере населенного пункта, содержащихся в выбросах промышленных предприятий. Разработаны рекомендации по определению источника сверхнормативного загрязнения атмосферы населенного пункта.

Реализация и внедрение результатов работы. Научные и практические результаты работы внедрены в производственный процесс контроля выбросов загрязняющих веществ в Омском участке ОАО «Казанское научно-производственное управление «Оргнефтехимзавод» (справка о внедрении приведена в Приложении А).

Апробация работы. Материалы работы докладывались и обсуждались на VII, IX и X межвузовских научно-практических конференциях «Молодежь, нука, творчество», VII международной конференции «Динамика систем, механизмов и машин», Всероссийских конференциях «Энергетика: экология, надежность, безопасность» и «Теоритические знания - в практические дела», региональных конференциях «Омское время - взгляд в будущее», «Омский регион -месторождение возможностей», «0мскресурс-2012».

Публикации. По теме диссертационного исследования опубликовано 13 работ, в которых отражено основное содержание, из них 2 в изданиях, вошедших в перечень рекомендуемых ВАК РФ, 10 в прочих печатных изданиях, 1 свидетельство о регистрации программ для ЭВМ.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений, изложена на 136 листах основного текста, и

иллюстрируется 57 рисунками, 7 таблицами. Список цитируемой литературы содержит 60 наименований.

ГЛАВА 1. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ РЕШЕНИЙ В ОБЛАСТИ МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА И КОНТРОЛЯ ЗА ВЫБРОСАМИ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ПРОМЫШЛЕННЫМИ ПРЕДПРИЯТИЯМИ НАСЕЛЕННОГО ПУНКТА. ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И

ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Существующие практики в области мониторинга состояния атмосферного воздуха и контроля за выбросами загрязняющих веществ на основе применения геоинформационных технологий

Для определения количественных и качественных характеристик выделений и выбросов ЗВ в атмосферу используются инструментальные и расчетные (расчетно-аналитические) методы.

1.1.1. Инструментальные методы определения загрязнения атмосферы

1.1.1.1. Отечественная практика в области определения загрязнения

атмосферы

Инструментальные методы являются наиболее точными для источников с организованным выбросом загрязняющих веществ в атмосферу. К основным источникам с организованным выбросом относятся:

- дымовые и вентиляционные трубы;

- вентиляционные шахты;

- аэрационные фонари;

- дефлекторы.

При инструментальных измерениях применяются только газоаналитические средства, предназначенные для контроля промышленных выбросов и внесенные в Государственный реестр средств измерений. [8]

Аэродинамические параметры выбросов должны измеряться в соответствии с действующими государственными стандартами (ГОСТ 17.2.4.06-90, ГОСТ 17.2.4.07-90, ГОСТ 17.2.4.08-90). Объемы отходящих газов, полученные по результатам инструментальных измерений, должны быть приведены к нормальным условиям (н.у.): 0°С, 101,3 кПа. [8]

Используемые методики выполнения измерений концентрации ЗВ в промышленных выбросах должны отвечать требованиям, пройти экспертизу в НИИ Атмосфера и метрологическую аттестацию в органах Госстандарта России. К каждой методике, утвержденной подписью руководителя организации-разработчика и скрепленной оригинальной печатью, прилагаются свидетельство о метрологической аттестации органа Госстандарта РФ и экспертное заключение НИИ Атмосфера, в котором указан срок действия методики (как правило, 5 лет). К методикам, разработанным до 2005 года, должны быть также приложены листы "Дополнений и изменений к методике", отражающие требования ГОСТ Р ИСО 5725-2002. [8]

Инструментальные методы определения параметров выброса и источника загрязнения применяются при отсутствии таковых в технической документации на объект, либо с целью контроля технического состояния источника.

Среди инструментальных средств определения концентрации выделяют: газовую хроматографию, нефелометрию, турбидиметрию, фотометрию, атомно-абсорбционную спектрометрию и потенциометрию.[8,10]

Газовая хроматография - хроматография, в которой подвижная фазанаходится в состоянии газа или пара - инертный газ (газ-носитель). Неподвижной фазой является высокомолекулярная жидкость, закрепленная на пористый носитель или на стенки длинной капиллярной трубки, или только твердое пористое вещество, заполняющее колонку , в следствии чего газовая хроматография подразделяется на газо-жидкостную и газо-твердофазную. Газовая хроматография - универсальный метод разделения смесей разнообразных веществ, испаряющихся без разложения. При этом компоненты разделяемой смеси перемещаются по хроматографической колонке с потоком газа-носителя.

По мере движения разделяемая смесь многократно распределяется между газом-носителем (подвижной фазой) и неподвижной фазой. Принцип разделения -неодинаковое сродство веществ к летучей подвижной фазе и стационарной фазе в колонке. Компоненты смеси селективно задерживаются последней, поскольку сродство их к этой фазе различно, и таким образом разделяются (компонентам с большим сродством требуется большее время для выхода из неподвижной фазы, чем компонентам с меньшим сродством). Затем вещества выходят из колонки и регистрируются детектором. Сигнал детектора записывается в виде хроматограммы автоматическим потенциометром (самописцем) или же регистрируется компьютером. [10]

Нефелометрический и турбидиметрический методы применяются для анализа аэрозолей, суспензий, эмульсий, различных взвесей и других мутных сред. Интенсивность пучка света, проходящего через такую среду, уменьшается за счет рассеивания и поглощения света взвешенными частицами. [10]

Нефелометрический метод определения концентрации основан на измерении интенсивности света, рассеянного взвешенными частицами. Интенсивность рассеянного света подчиняется закону Релея:

п\-п\ Ы'У1

п\ Л4-г2

1 + СОБ2 /5 , (1.1)

где /Ии/Г интенсивности рассеянного и падающего света; П] ип2- коэффициенты преломления частиц и среды; N - общее количество светорассеивающих частиц; и - объем одной частицы; Я - длина волны падающего света; г - расстояние до приемника рассеянного света; /? - угол между падающим и рассеянным светом. В условиях нефелометрического определения ряд величин остается постоянным и уравнение 1.1 переходите:

1н=1о'к -^г 0-2)

Множитель 1/Х4 указывает на быстрое возрастание интенсивности рассеянного света с уменьшением длины волны падающего света. [10]

Серьезное затруднение в практике нефелометрии состоит в том, что интенсивность рассеянного света зависит от объема частиц. Большое значение в связи с этим приобретает унификация методики приготовления взвеси - строгое соблюдение концентрационных и температурных условий, порядка и скорости смешения растворов, введение защитных коллоидов и т. д. При строгом соблюдении этих условий объемы частиц получаются примерно одинаковые, и их размер вполне удовлетворительно воспроизводится от опыта к опыту. [10]

Концентрацию можно выразить числом частиц в единице объема:

N

С = —, (1.3)

где V - объем аэрозоля; ИА - постоянная Авогадро.

Подставляя 1.3 в 1.2, получаем:

Л-/.-*^. 0-4)

При постоянных V, и, Я уравнение (1.4) принимает вид:

1И=1^С (1.5)

Или

1н/10 = к'С (1.6)

Уравнение 1.6 показывает, что отношение интенсивности рассеянного света к интенсивности падающего пропорционально концентрации взвешенных частиц. Калибровочный график в координатах 1„Нп как функция С будет линеен. Тем не менее иногда можно встретить рекомендацию строить калибровочный график в координатах Окаж - С, где Окаж - так называемая относительная или кажущаяся оптическая плотность, рассчитываемая как

1н/10 0.7)

Такая рекомендация дается, например, в заводских описаниях некоторых нефелометров (НФМ и др.). [40]

Из формулы 1.6 следует, что

Отж = -^С-\%к< (1.8)

т.е. Окаж уменьшается с ростом концентрации, что вполне понятно, так как с увеличением концентрации увеличивается число рассеивающих частиц и интенсивность рассеянного света возрастает.

В соответствии с уравнением 1.8 график в координатах Окаж - С будет линеен в противоположность графику в координатах Окаж - С.

Турбидиметрические методы основаны на измерении интенсивности света /, прошедшего через анализируемый аэрозоль. При достаточном разбавлении интенсивность прошедшего света подчиняется уравнению

= (1.9)

'а

где 1 - толщина слоя, а к - иногда называют молярным коэффициентом мутности раствора. [40]

В турбидиметрии применяются приемы работы и приборы, обычно используемые в фотометрии, чаще всего метод калибровочного графика. Известен также ряд методик турбидиметрического титрования. Турбидиметрические определения обычно выполняют с помощью фотоэлектрических колориметров-нефелометров. [6,40]

Основным достоинством нефелометрических и турбидиметрических методов является их высокая чувствительность, что особенно ценно по отношению к элементам или ионам, для которых отсутствуют цветные реакции. По точности турбидиметрия и нефелометрия уступают фотометрическим методам, что связано, главным образом, с трудностями получения аэрозолей, обладающих одинаковыми размерами частиц, стабильностью во времени и т. д. К обычным сравнительно небольшим погрешностям фотометрического определения добавляются ошибки, связанные с недостаточной воспроизводимостью химико-аналитических свойств аэрозолей. [6]

Фотометрическая технология (рис. 1.1) используется для измерения концентрации различных компонентов в газовых и некоторых жидких средах.

Технология основана на уникальности спектра поглощения для каждого вещества. При прохождении светового пучка через газ или жидкость излучение на

определенных длинах волн поглощается эффективнее, чем в остальной части спектра. Следовательно, после прохождения излучения через кювету с газом или жидкостью, интенсивность излучения на определенных длинах волн снижается. Отношение интенсивностей позволяет определить содержание компонента в газовой смеси. [6]

Фильтр

+—I

Источник Фотоприемник

света

Кювета с газом

Коллиматор Фильтр Фокусирующая

линза

Рисунок 1.1. Принцип действия фотометрической технологии

Конструкции и варианты исполнения анализаторов, основанных на фотометрической технологии, различны. В зависимости от характерных особенностей спектра поглощения газовых компонент измерения проводятся в инфракрасной или ультрафиолетовой части спектра. [6,40]

В фотометрических анализаторах используются различные модификаций фотометрической технологии:

- Корреляционная - GFC (gas filter correlation);

- основанная на нескольких длинах волн - SBMW (single beam multiple wavelength);

- основанная на одной длине волны - SBSW (single beam single wavelength). Корреляционная технология в основном применяется на следовом уровне -

для анализа содержания NO, СО, HCl, С02, S02, N20 и СН4. Эти газы обладают

характерным отдельно стоящим пиком в спектре поглощения. В сочетании с особенностями технологии это позволяет получить надежные результаты на уровне микроконцентраций. [40]

Рассмотрим корреляционную технологию на примере измерения содержания N0 в газовой смеси. Конструктивное построение измерительной ячейки изображено на рис. 1.1. [40]

Основные элементы измерительной ячейки:

- широкополосный источник излучения (работает в инфракрасном, реже в ультрафиолетовом спектре),

- коллиматор,

- два фильтра в виде заполненных газом кювет, установленные на вращающемся барабане (один фильтр заполнен чистым N0, второй — азотом),

- кювета с анализируемым газом,

- фотоприемник.

Вдоль оптической оси ячейки направлено излучение от источника. Фильтры размещены во вращающемся барабане, излучение проходит через них попеременно. Фильтр с N0 поглощает практически всю энергию в рабочей части спектра, поэтому значение интенсивности излучения, пропущенного через N0-фильтр и зарегистрированного фотоприемником, является опорным. [40]

Заполненный азотом фильтр полностью прозрачен для излучения, потери энергии происходят только в измерительной кювете. Интенсивность излучения, пропущенного через фильтр с азотом позволяет вычислить искомую концентрацию N0 в анализируемой смеси. Она пропорциональна логарифму отношения опорной и измеренной интенсивностей, коэффициент пропорциональности зависит от геометрических размеров ячейки. Чем больше потери энергии в измерительной кювете, тем больше концентрация. [40]

Корреляционная технология имеет ряд преимуществ перед другими модификациями фотометрического метода:

- может применяться для определения концентраций любого компонента на следовом уровне, поскольку логарифмическая зависимость позволяет добиться

высокого разрешения;

- не зависит от чистоты оптики, так как плотность сигнала будет одинаковой для обоих фильтров, а результат рассчитывается на основе соотношения их показателей;

- позволяет проводить измерения в газовых и жидких средах.

Технология разных длин волн применяется для анализа газов, в спектре

которых имеются несколько пиков поглощения. Это позволяет проводить анализ нескольких газовых компонентов одновременно, на одной измерительной ячейке. Устройство схоже с ячейкой, выполненной по корреляционной технологии. Но вместо заполненных газом кювет на барабане устанавливаются оптические фильтры, «вырезающие» из спектра излучения определённый диапазон, характерный для каждого конкретного газа, и опорный фильтр. В отдельных случаях может установливаться до семи различных фильтров. [6]

Данная технология позволяет проводить измерение концентрации широкого спектра компонент на процентном уровне - СО, С02, СН4, S02, Н20, N0 и друг их. В ряде случаев измерять концентрацию сразу нескольких компонент. Например, СО, С02 и СН4.

Технология одной длины волны действует по тем же принципам, но длину волны изменяют с помощью электронной модуляции сигнала. Это позволяет создавать относительно дешевые миниатюрные измерительные ячейки для однокомпонентного анализа на процентном уровне. [6]

Метод атомно-абсорбционной спектрометрии широко используется при анализе воздушных и жидких сред, минерального вещества, для определения различных элементов.

Принцип действия метода основан на том, что атомы каждого химического элемента имеют строго определённые резонансные частоты, в результате чего именно на этих частотах они излучают или поглощают свет. Это приводит к тому, что в спектроскопе на спектрах видны линии (тёмные или светлые) в определённых местах, характерных для каждого вещества. Интенсивность линий зависит от количества вещества и его состояния. В количественном спектральном

анализе определяют содержание исследуемого вещества по относительной или абсолютной интенсивностям линий или полос в спектрах. [40]

Атомные спектры (поглощения или испускания) получают переведением вещества в парообразное состояние путём нагревания пробы до 1000-10000°С. В качестве источников возбуждения атомов при эмиссионном анализе токопроводящих материалов применяют искру, дугу переменного тока; при этом пробу помещают в кратер одного из угольных электродов. Для анализа растворов широко используют пламя или плазму различных газов. [40]

Достоинства метода:

- простота;

- высокая селективность;

- малое влияние состава пробы на результаты анализа.

Ограничения метода - невозможность одновременного определения нескольких элементов при использовании линейчатых источников излучения и, как правило, необходимость переведения проб в раствор.

Потенциометрия - электрохимический метод исследования и анализа веществ, основанный на зависимости равновесного электродного потенциала от термодинамической активности компонентов электрохимической реакции. При потенциометрических измерениях составляют гальванический элемент с индикаторным электродом, потенциал которого зависит от активности хотя бы одного из компонентов электрохимической реакции, и электродом сравнения и измеряют электродвижущую силу этого элемента. [6]

В потенциометрии используют гальванические элементы без переноса, когда оба электрода помещают в один и тот же исследуемый раствор, и с переносом, когда электроды находятся в разных растворах, имеющих между собой электролитический контакт. Последний осуществляют таким образом, что растворы могут смешиваться друг с другом только путем диффузии. Обычно их разделяют пористой керамической или пластмассовой перегородкой или прочно пришлифованной стеклянной муфтой. Элементы без переноса используют, в основном, для измерения констант равновесия химических реакций, констант

диссоциации электролитов, констант устойчивости комплексных соединений, произведений растворимости, стандартных электродных потенциалов, а также активностей и коэффициентов активности ионов. Элементы с переносом используют для определения "кажущихся" констант равновесия (поскольку при этом не учитывают жидкостной потенциал), активностей и коэффициентов активности ионов, а также в потенциометрических методах анализа. [8,40]

Среди этих методов различают прямую потенциометрию и потенциометрическое титрование. Прямая потенциометрия применяется для непосредственного определения ионов по значению соответствующего индикаторного электрода (напр., серебряного); при этом электродный процесс должен быть обратимым. [40]

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Калинин, Юрий Владимирович, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Атмосферная диффузия и загрязнение воздуха / Под ред. М. Е. Берлянда. - Л. : Гидрометеоиздат, 1987. - 163 с.

2. Баженов В. В. Геоинформационная система мониторинга атмосферного воздуха / Л. О. Штриплинг, В. В. Баженов, Ю.В. Калинин, О. В. Нижевясов // Динамика систем, механизмов и машин : матер. VII междунар. науч.-техн. конф., 10-12 нояб. 2009 г. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2009. - Кн. 3. - С. 426-428.

3. Баженов В. В. Геоинформационная система мониторинга состояния атмосферного воздуха и контроля за выбросами загрязняющих веществ / В. В. Баженов, Ю. В. Калинин // Омское время - взгляд в будущее: матер, регион, молодеж. научн.-техн. конф. - ОмГТУ. - Омск, 2010. - С.249-252.

4. Баженов В. В. Методы анализа экологических систем [Электронный ресурс] : учебное электронное издание локального распространения / В. В. Баженов ; Федеральное гос. бюджетное образовательное учреждение высш. проф. образования "Омский гос. технический ун-т". - Омск : ОмГТУ, 2012.

5. Безуглая Э. Ю. Воздух городов и его изменения / Безуглая Э. Ю., Смирнова И. В. - Санкт-Петербург : Астерион, 2008. - 253 с.

6. Булатов М. И. Практическое руководство по физико-химическим методам анализа / М. И. Булатов, И. П. Калинкин. - Л. : Химия, 1986. - 378 с.

7. Бушенков Ю. Н. Математическое моделирование физических процессов / Ю. Н. Бушенков, Ю. И. Молородов, Ю. Н. Мороков // Новосибирск : Новосибирский государственный университет, 2003. - 60 с.

8. Выбросы стационарных источников. Автоматический мониторинг массовой концентрации твердых частиц. Характеристики измерительных систем, методы испытаний и технические требования = Stationary source emissions. Automated monitoring of mass concentrations of solid particles. Performance characteristics, test methods and technical requirements : Национальный стандарт Российской Федерации ГОСТ Р ИСО 10155-2006 : Введен впервые : Введен 2006-

11-01 / Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. -М : Стандартинформ, 2006. - III, 16 с.

9. Геоинформатика / А. Д. Иванников и др. - М.: МАКС Пресс, 2001. -

349 с.

Ю.Горелик Д. О. Мониторинг загрязнения атмосферы и источников выбросов : Аэроаналит. изм-я / Д. О. Горелик - М. : Изд-во стандартов, 1992. -432,[1] с.

11. ГОСТ 17.2.1.04-77. Охрана природы. Атмосфера. Метрологические аспекты загрязнения и промышленные выбросы. Основные термины и определения.

12. ГОСТ 17.2.3.01-86. Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населенных пунктов.

13. Зейлер М. Моделирование нашего мира (руководство ESRI по проектированию базы геоданных) / М. Зейлер / - М.: МГУ, 2001. - 255 с.

14. Зуйкова А. А. Информационная система поддержки принятия управленческих решений в условиях аварии на химически опасном объекте / В. М. Панарин, Н. Г. Рыжикова, А. А. Зуйкова, JL В. Котлеревская // Известия ТулГУ. Серия. Экология и рациональное природопользование. Вып.2. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. - С. 197-202.

15. Кадомцев С. Б. Аналитическая геометрия и линейная алгебра / С. Б. Кадомцев. - М. : Физматлит, 2001. - 157 с.

16. Калинин Ю. В. Геоинформационная система мониторинга состояния атмосферного воздуха и контроля за выбросами загрязняющих веществ / Ю. В. Калинин // Энергетика: экология, надежность, безопасность: Труды XII Всерос. студ. науч.-техн. Семинара: в 2-х томах - Томск: ТПУ, 2010 - т. 2. - С. 123-125.

17. Калинин Ю. В. Геоинформационная система мониторинга состояния атмосферного воздуха и контроля за выбросами загрязняющих веществ предприятиями / Ю. В. Калинин, JI. О. Штриплинг, В. В. Баженов, О. В. Нижевясов // Омский научный вестник. Серия Ресурсы Земли. Человек. — 2010. — №1(94). - С. 203-209.

18. Калинин Ю. В. Определение источника сверхнормативного загрязнения атмосферы населенного пункта / Ю. В. Калинин, JI. О. Штриплинг, В. В. Баженов // Омский научный вестник. Серия Ресурсы Земли. Человек. - 2012. - №2(114). -С. 203-209.

19. Калинин Ю. В. Определение предполагаемого виновника сверхнормативного загрязнения атмосферы населенного пункта / Ю. В. Калинин, А. В. Никитин, В. Е. Трушина // Молодежь, наука, творчество - 2011. IX Межвузовская науч.-практ. конф. студ. и аспирантов : сб. ст. В 2-х ч. - Омск: ОГИС, 2011 -Ч. 2-С. 122-123.

20. Калинин Ю. В. Определение предполагаемого источника, являющегося причиной сверхнормативного загрязнения атмосферы / Ю. В. Калинин // Молодежь, наука, творчество - 2012. Юбилейная X межвузовская науч.-практ. конф. студ. и аспирантов : сб. ст. В 2-х ч. - Под общ. ред. и.о. ректора Д. П. Маевского. - Омск: ОГИС, 2012 - Ч. 2 - С. 122-124.

21. Калинин Ю. В. Организация контроля загрязнения приземного слоя атмосферы промышленными предприятиями населенного пункта с применением геоинформационных систем контроля / Ю. В. Калинин // Омский регион -месторождение возможностей: матер, науч.-техн. конф. Кн. 1. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2011.-С. 392-393.

22. Калинин Ю. В. Организация контроля загрязнения приземного слоя атмосферы промышленными предприятиями населенного пункта с возможностью конкретизации по предприятию / Ю. В. Калинин, В. В. Баженов // Экологические проблемы промышленных городов : сб. науч. тр. В 2-х ч. - под ред. проф. Е. И. Тихомировой. - Саратов : Саратовкий государственный технический университет, 2011 -Ч. 2. - С. 62-64.

23. Калинин Ю. В. Применение геоинформационных технологий для организации мониторинга состояния атмосферного воздуха и контроля за выбросами загрязняющих веществ промышленными предприятиями / Калинин Ю. В., Макаров И. Г. // Молодежь, наука, творчество - 2010. VIII Межвузовская

науч.-практ. конф. студ. и аспирантов : сб. материалов. В 2-х ч. - ОГИС. - Омск, 2010-Ч. 2-С. 122-123.

24. Калинин Ю. В. Применение геоинформационных технологий при проведении мониторинга состояния атмосферного воздуха и контроля за загрязнением атмосферы / Ю. В. Калинин // Теоретические знания - в практические дела: сб. науч. Ст. XI Всерос. Науч.-иннов. конф. аспирантов, студ. и мол. Ученых. - РосЗИТЛП. - Омск, 2010 - Ч. 2 - С. 57-59.

25. Калинин Ю. В. Установление предполагаемого источника, являющегося причиной сверхнормативного загрязнения атмосферы / Ю. В. Калинин // Природные и интеллект, ресурсы Омского региона (0мкресурс-2012) : матер. II Межвуз. науч. конф. студ. и аспир. (Омск, 18-19 октября 2012 г.) - [отв. ред. Т. П. Ковтун, А. А. Начвина]. - Омск : Изд-во ОмГТУ, 2012. - С. 297-299.

26. Калинин Ю. В. Штриплинг Л. О., Баженов В. В. Нижевясов О. В. Программа для ЭВМ «ЭкоГорГИС-Мониторинг». А. с. № 2011610092. Заявлено 20.10.2010 г. Зарег. 11.01.2011 г. - М : Федеральная служба по интеллект, собств., патентам и тов. знакам, 2011.

27. Королев Ю. К. Общая геоинформатика. Часть I. Теоретическая геоинформатика / Ю. К. Королев - СП ООО Дата+, 1998. - 118 с.

28. Ложкин В. Н., Медейко В.В. Модели оценки экологического ущерба, применяемые в Российской Федерации, США и странах ЕС, при государственном регулировании воздействия транспортных средств на окружающую среду // Информационный бюллетень. № 2 (32). «Вопросы охраны атмосферы от загрязнения». СПб.: НПК «Атмосфера» при ГГО им. А. И. Воейкова, 2005. С. 103-116.

29. Марчук Г. И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды / Г. И. Марчук. - М. : Наука, 1982. - 319 с.

30. Методическое пособие по выполнению сводных расчетов загрязнения атмосферного воздуха выбросами промышленных предприятий и автотранспорта города (региона) и их применению при нормировании выбросов. СПб. - 1999. - 22 с.

31. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД-86. Госкомгидромет СССР. - Л.: Гидрометеоиздат, 1987. - 68 с.

32. Методическое пособие по расчету, нормированию и контролю выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух (дополненное и переработанное). -СПб.: НИИ Атмосфера, 2005. - 261 с.

33. Мониторинг загрязнения атмосферы в городах / Под ред. А. С. Зайцева. -Л. : Гидрометеоиздат, 1991. - 112 с.

34. Обухов А. М. Турбулентность и динамика атмосферы / А. М. Обухов. -Л. : Гидрометеоиздат, 1988. -413 с.

35. Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населённых пунктов = Nature protection. Atmosphere. Air quality control regulations for populated areas : государственный стандарт Союза ССР ГОСТ 17.2.3.01-86 : взамен ГОСТ 17.2.3.01-77 : введён с 01.01.87 / Государственный комитет СССР по стандартам. - Москва : Изд-во стандартов, 1987 г. - 5 с.

36. Седлецкий В. И. Оценка и регулирование качества окружающей природной среды / В. И. Седлецкий и др.; под ред. А. Ф. Порядина и А.Д.Хованского. - М.: НУМЦ Минприроды России, Издательский дом «Прибой», 1996, 350 с.

37. Панарин В. М. Методологические основы построения автоматизированных распределенных систем оценки загрязнения атмосферного воздуха промышленных регионов [Текст] / В. М. Панарин, Э. В. Рощупкин ; М-во образования и науки Российской Федерации, Федеральное гос. бюджетное образовательное учреждение высш. проф. образования "Тульский гос. ун-т". -Тула : Изд-во ТулГУ, 2011. - 193 с.

38. Панарин В. М. Автоматизированные системы экологического мониторинга атмосферы промышленно развитых территорий / В. М. Панарин, А. М. Зякун, А. В. Бизикин, А. А. Зуйкова - Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. - 218 с.

39. Панарин В. М. Компьютерное моделирование распространение загрязняющих веществ в атмосфере / В. М. Панарин, В. С. Павлова, А. А. Зуйкова

133

// Вестник компьютерных и информационных технологий. № 6 (48), 2008. - с.15-18.

40. Пененко В. В. Модели и методы для задач охраны окружающей среды / В. В. Пененко, А. Е. Алоян. - Новосибирск : Наука, 1985. - 256 с

41. Перегуд Е. А. Инструментальные методы контроля загрязнения атмосферы / Е. А. Перегуд, Д. О. Горелик. - JT. : Химия : Ленингр. отд-ние, 1981. -383 с.

42. Рощупкин Э. В. Информационная система сбора и отображения экологической информации в AutoCADMap 2000 // Э. В. Рощупкин, А. В. Бизикин / Известия ТулГУ Серия «Экология и рациональное природопользование». Выпуск 2. - Тула: Изд-во ТулГУ. - 2006. - С. 191-197.

43. Сенотрусова С. В. Загрязнение атмосферы и состояние здоровья населения промышленных городов / С. В. Сенотрусова ; Науч.-исслед. ин-т охраны атмосфер, воздуха (НИИ Атмосфера), М-во природ, ресурсов Рос. Федерации. - СПб. : Астерион, 2004 (НПФ Астерион). - 244 с.

44. Система прогноза и предотвращения высоких уровней загрязнения воздуха в городах : [пособие] / Федер. служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, Гл. геофиз. обсерватория им. А. И. Воейкова ; [исполн. : Л. Р. Сонькин (науч. рук.) [и др.]. - СПб. : Гидрометеоиздат, 2004. - 127 с.

45. Советов Б. Я. Моделирование систем / Б. Я. Советов , С. А. Яковлев // М.: Высшая школа, 1998. - 319 с.

46. Современные информационные технологии в автоматизированных системах экологического мониторинга атмосферного воздуха / Волков В. Ю. [и др.] ; Федеральное агентство по образованию Российской Федерации, ГОУ ВПО "Российский химико-технологический ун-т им. Д. И. Менделеева", Новомосковский ин-т (фил.). - Новомосковск : РХТУ им. Д. И. Менделеева, Новомосковский ин-т (фил.), 2008. - 157 с.

47. Соколов Э. М. Автоматизированная система экологического мониторинга атмосферы при выбросах вредных веществ / Э. М. Соколов, В. М.

134

Панарин, А. А. Зуйкова, А. В. Бизикин // «Информационные технологии». №4, 2008.-с. 58-62.

48. Соколов Э. М. Модели оценки и прогноза загрязнения атмосферы промышленными выбросами / Э. М. Соколов, В. М. Панарин, А. А. Зуйкова, В. С. Павлова - Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. - 155 с.

49. Сонькин J1. Р. Синоптико-статистический анализ и краткосрочный прогноз загрязнения атмосферы / Л. Р. Сонькин. - Л. : Гидрометеоиздат, 1991. -223 с.

50. Терещенко А. Г. Географические информационные системы для мониторинга и анализа окружающей среды / А. Г. Терещенко, И. А. Сухаленцев // ЭКиП, январь 2005 - С. 48 - 50.

51.Тищенко Н. Ф. Охрана атмосферного воздуха. В 2-х кн. Часть 1: Выделение вредных веществ / Н. Ф. Тищенко, А. Н. Тищенко // Справ, изд. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Химия, 1993. - 192 с.

52. Тищенко Н. Ф. Охрана атмосферного воздуха. Расчет содержания вредных веществ и их распределение в воздухе. Справ, изд. - М.: Химия, 1991. -368 с.

53. Хргиан А. X. Физика атмосферы / А. X. Хргиан - М.: Изд-во МГУ, 1986. -328 с.

54. Шаши LLL, Санжей Ч. Основы пространственных баз данных./ Пер. с англ. - М.: КУДИЦ-ОБРАЗ, 2004. - 336 с.

55. Шепотенко Н. А. Механизмы переноса частиц и формирования полей загрязнения, обусловленного техногенными атмосферными выбросами диссертация кандидата физико-математических наук : 01.04.01. - Томск, 2003. -153 с.

56. Штраус В. Контроль загрязнения воздушного бассейна / В. Штраус, С. Д. Мэйнуорринг; Пер. с англ. С. А. Пирумовой; Под ред. А. И. Пирумова. - М. : Стройиздат, 1989. - 139 с.

57. Штриплинг Л.О. Моделирование влияния промышленного предприятия на окружающую среду на примере предприятия нефтеперерабатывающей

135

промышленности / Л. О. Штриплинг, И. П. Аистов, В. В. Аккерман, В. В. Баженов // Теоретические и прикладные вопросы современных информационных технологий: материалы пятой конференции. Улан-Удэ, 2004. - С. 117-120.

58. Air pollution / Ed. by David H. F. Liu, Bela G. Liptak. - Boca Raton [etc.] : Lewis, Cop. 2000. - VII, 242 c.

59. Godish T. Air quality / Thad Godish. - 3. ed. - Boca Raton ; New York : Lewis, Cop. 1997.-448 c.

60. Industrial air pollution : Assessment a. control : Proc. of the NATO Advanced study inst. on industr. Air pollution: assessment a. control held at Akbiik/Didim-Aydin, Turkey from Apr. 29 to May 10, 1991 / Ed. by Aysen Miiezzinoglu a. Martin Lloyd Williams. - Berlin etc. : Springer, Cop._1992. - X, 235 c.