Реферат: Методические указания по выполнению практических/лабораторных работ для студентов по специальности 050731 «Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды» очного и заочного форм обучения




Министерство образования и науки Республики Казахстан


Павлодарский государственный университет

им. С. Торайгырова


Архитектурно-строительный факультет


Кафедра технологии продовольственных продуктов

и защиты окружающей среды


МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ И ИЗМЕРЕНИЙ


Методические указания по выполнению практических/лабораторных работ для студентов по специальности 050731 – « Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды» очного и заочного

форм обучения


^


Павлодар Кереку
2008


УДК 504.064(07)

ББК 20.1я7

М 54


Рекомендовано к изданию заседанием кафедры ТППиЗОС ПГУ им. С. Торайгырова


Рецензент:

Саканов К. Т. – кандидат технических наук, профессор ПГУ


М 54 Методы и средства контроля и измерений: методические указания по выполнению практических/лабораторных работ для студентов по специальности 050731 – «Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды» очного и заочного форм обучения /сост. Б. З. Омарова, С.Н. Ефремова. – Павлодар: Кереку, 2008. – 54 с.


В МУ рассматриваются вопросы по изучению методов и средств контроля и измерения, основной задачей конспекта является формирование определенных практических навыков и умений, необходимых будущему специалисту, обеспечения безопасной деятельности и защиты окружающей среды, для работы в структурах различных отраслей, производства, промышленно-санитарных лабораториях, санитарно-экологических службах и т.д.

Методическое указание предназначено для студентов специальности «БЖД и ЗОС» всех форм обучения

Методическое указание рекомендуется студентам высших учебных заведений и для широкого круга читателей.


УДК 504 064(07)

ББК 20 1я7


© Б.З. Омарова, С.Н.Ефремова, 2008

©Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова, 2008

Введение


Широкое понятие инженерной экологии включает в себя определение путей решения многочисленных и разноплановых проблем. Инструментами этой науки являются экологические приборы и методы измерения: чем они современнее и точнее, тем более доступную информацию об экологическом состоянии природной среды они дают; без приборов немыслим экологический мониторинг – контроль за состоянием окружающей среды в пространстве и во времени.

В настоящее время большое внимание уделяется экологическому образованию студентов. В частности, с открытием новой специальности 050731 - «Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды» весьма остро стоит проблема методического обеспечения литературой по дисциплине «Методы и средства контроля окружающей среды». В силу того, что данный курс охватывает широкий круг вопросов различных дисциплин (аналитическая химия, санитария и гигиена, токсикология, экология и др.), необходимо выбрать и осветить теоретические основы курса, ознакомить студентов с содержанием исследований количеств вредных веществ в различных объектах окружающей среды, а также с широко используемыми в практике методами лабораторных и инструментальных исследований.

Курс «Методы и средства контроля окружающей среды» является важным звеном в подготовке будущих инженеров-экологов. В предлагаемом опорном конспекте лекций рассматривается комплекс современных методов и средств контроля окружающей среды, который применяется в практике для оценки экологической ситуации объекта

Объективная оценка окружающей человека среды, определение зависимости состояния здоровья населения от влияния этой среды невозможны без использования лабораторных и инструментальных методов. Будущие экологи должны в совершенстве овладеть этими методами и уметь практически осуществлять отбор материалов и проведение исследований в отношении факторов, оказывающих влияние на окружающую среду и здоровье человека, а также знать назначение, устройство, принцип работы и условия эксплуатации приборов и аппаратуры контроля качества природной среды.

Цель курса - сформировать понятие о различных методах исследования состояния природной среды, об общей теории и средствах инструментальных измерений, об отборе проб и анализе загрязняющих веществ в объектах окружающей среды.

Задача курса: изучение методов и средств контроля загрязнений окружающей среды, сущность отбора проб, подготовку образца к анализу и проведение анализа, ознакомление с методиками и методами анализа загрязняющих веществ в окружающей среде, устройствами и основными разновидностями конструкций газоанализаторов, пробоотборников и пр.

Кроме того, студенты должны ознакомиться в лабораторных условиях с работой современной базы технических средств контроля качества природной среды при проведении исследований проб на содержание в них вредных и потенциально-токсичных элементов.

Основной задачей конспекта является формирование определенных практических навыков - и умений, необходимых будущему инженеру-экологу, чтобы, например, во время практики, он смог работать в качестве лаборанта в промышленно-санитарных лабораториях, санитарно-экологических службах на промышленных предприятиях, в подразделениях Министерства природных ресурсов и охраны окружающей среды и других организациях по профилю специальности.


^ 1 Методы и приборы измерения и контроля загрязняющих веществ


Для получения объективной информации о состоянии и об уровне загрязнения различных – объектов окружающей среды (воздуха, воды, почвы) необходимо располагать надежными методами анализа.

Эффективность любого метода оценивается совокупностью таких показателей, как селективность и точность определения, воспроизводимость получаемых результатов, чувствительность определения, пределы обнаружения элемента и экспрессность выполнения анализа. Кроме того, методы должны обеспечивать проведение анализа в широком интервале элементов (включая следовые). Это должно учитываться при выборе методов и средств наблюдений.

Содержание загрязняющих веществ в объектах окружающей среды определяется различными методами: фотометрическим, полярографическим, хроматографическим и др.

К настоящему времени разработано большое количество разнообразных приборов контроля состояния окружающей среды. Для ориентирования в этой области и реализации знаний, умений и навыков, целесообразно классифицировать эти приборы. Ниже приведены описания наиболее употребляемых в практике экологических приборов [1].

Классификация приведена по следующим признакам:

1) по видам исследуемой среды:

- приборы для измерения концентраций вредных примесей в атмосфере (газоанализаторы различного типа, хроматографы, масс-спектрометры);

- приборы для определения качества воды (фотоэлектроколориметры, ионометры, рефрактометры);

- приборы для исследования состояния почвы и твердых веществ (спектрометры, флуориметры, радиометры);

2) по методам получения информации:

а) химические;

б) физико-химические:

- оптические (спектрофотометры, фотоэлектроколориметры, нефелометры, рефрактометры, флуориметры);

- электрохимические (ионометры, кондуктометры, полярографы);

- хроматографические (жидкостные и газовые хроматографы и различные хроматографические колонки);

в) физические:

- радиометры и дозиметры;

- масс-спектрографы;

- шумомеры;

3) по условиям применения:

- стационарные приборы (для атомного и молекулярного спектрального анализа, хроматографы);

- переносные приборы экологического контроля (чаще всего они называются приборами экспресс-анализа и используются, в частности, в передвижных экологических лабораториях);

- промышленные.


^ 2 Исследование воздуха


Одним из важнейших объектов окружающей среды является атмосферный воздух. Устойчивость биосферы зависит от его чистоты. Загрязнение воздуха отрицательно влияет на растения, животных, людей, строения, оборудование и различные материалы.

В качестве наиболее распространенных и опасных были выявлены восемь категорий загрязнителей: 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 (МОх); 5 - оксиды серы, в основном диоксид (ЗО2); 6 - свинец и другие тяжелые металлы; 7 - озон и другие фотохимические окислители; 8 - кислоты, в основном серная и азотная.

Особую значимость при выполнении природоохранных мер приобретает контроль объектов окружающей среды и в первую очередь производственного и атмосферного воздуха. Для обеспечения контроля воздуха необходимо располагать высокочувствительными, точными и надежными методами, позволяющими избирательно определять микроколичества вредных веществ в присутствии множества сопутствующих соединений [10].

Одной из главных задач анализа воздуха является получение информации о качественном и количественном составе анализируемого воздуха, необходимой для прогнозирования степени загрязнения воздуха и выполнения мероприятий по охране окружающей среды.

Контроль за состоянием атмосферного воздуха включает в себя: изучение источников загрязнения, исследование химических и фотохимических превращений загрязняющих воздух веществ, выявление наиболее токсичных веществ, изучение распространения загрязнителей с воздушными потоками, отбор проб и анализ загрязнителей [2].

Контроль необходим:

- для оценки уровня загрязнения окружающей среды;

- для разработки мероприятий, направленных на защиту окружающей среды;

- для разработки и подбора газоочистного оборудования;

- для оценки эффективности работы газоочистного оборудования;

- для разработки нормативной экологической документации (ПДВ, ПДС, экологического паспорта и др.).

Надежность контроля за загрязнением наряду с рассмотренными выше факторами зависит от способа отбора проб. При анализе воздуха процесс отбора пробы является более трудоемким и ответственным, чем при исследовании других природных сред. Это связано с тем, что концентрирование определенных загрязняющих веществ обязательно происходит в процессе отбора пробы. В зависимости от предполагаемого загрязнения воздуха отбор проб может производиться с концентрированием или без него. В последнем случае пробы отбирают в стеклянные шприцы, газовые пипетки, полиэтиленовые мешки и др. Погрешности при этом возникают из-за нарушения герметичности пробоотборных устройств, из-за сорбции микропримесей веществ внутренней поверхностью пробоотборников. Погрешности значительно устраняются многократным «промыванием» пробоотборных емкостей исследуемым воздухом, а также определением допустимых сроков и условий хранения проб.

При концентрировании микропримесей из воздуха насчитывается значительно больше факторов, способных стать причинами погрешностей, чем при концентрировании из других сред.


^ 3 Требования, предъявляемые к методам анализа воздуха.


1) метод должен обеспечивать определение вредного вещества на уровне 0,8 ПДК (макс. раз.);

2) максимальная суммарная погрешность при определении вредного вещества в воздухе не должна превышать ±25% во всем диапазоне измерений;

3.) метод должен обеспечивать измерение концентраций с заданной точностью в интервале 0,8 ПДК-10 ПДК;

4) метод должен обеспечивать эффективность поглощаемого вещества не менее 95%,

5) все части системы отбора проб должны быть инертны по отношению к исследуемому компоненту,

6) температура системы отбора проб должна, поддерживаться на уровне, исключающем конденсацию паров или взаимодействие компонентов исследуемой газовой смеси друг с другом;

7) объем пробы должен быть точно измеренным и достаточным для обеспечения требуемой точности измерения.


^ 4 Отбор проб воздуха


Исследование воздуха с целью выявления содержания в нем токсичных веществ является одной из труднейших задач аналитической химии. Это связано с тем, что, во-первых, воздух представляет собой неустойчивую фазу и, во-вторых, в одной пробе может одновременно находиться большое число различных токсичных и нетоксичных веществ.

Исследование воздуха включает в себя два этапа - отбор проб и их анализ [4].

Наличие сравнительно малых количеств (миллиграммы и доли миллиграммов в одном кубическом метре воздуха) веществ в воздухе и их различное агрегатное состояние предъявляют особые требования к отбору проб воздуха.

Отбор проб исследуемого воздуха - важнейшая часть работы, поскольку результат самого точного анализа теряет смысл в случае неправильно отобранной пробы.

К процессу отбора проб предъявляются следующие требования:

1) получение пробы, соответствующей реальному составу воздуха;

2) накопление в пробе достаточного для обнаружения количества искомого вещества.

Способы отбора проб воздуха зависят от ряда причин:

1) агрегатного состояния искомого вещества в воздушной среде (аэрозоли конденсации и дезинтеграции, пары, газы);

2) возможных химических взаимодействий искомых веществ с воздушной средой;

3) числа исследуемых вредных веществ в воздухе;

4) метода исследования и др.

Когда требуется определить максимальную концентрацию токсичного вещества, поступившую в воздух за короткий промежуток времени, и соответствие ее предельно допустимой концентрации (ПДК), рекомендуется минимальная продолжительность отбора, не превышающая 15-30 мин. Во избежание усреднения концентрации отбирают максимальную разовую пробу (МРП). Отобранного количества воздуха должно быть достаточно для определения в нем искомого вещества в концентрациях, равных 0,5 ПДК для воздуха рабочей зоны и 0,8 ПДК для атмосферного воздуха.

Изучение состояния воздушной среды и содержания в ней вредных веществ следует осуществлять с учетом ее подвижности (динамики). Согласно требованиям ГОСТ 12.1.005-88 это достигается путем последовательного отбора не менее 5 проб в одном месте. Места (точки) и уровни отбора, т.е. расстояние от пола (обычно 1,5-2м). Это – рабочее место (в зоне дыхания), проходы в цехах, места наиболее частого пребывания рабочих и т.д.

В зависимости от поставленной задачи отбор проб воздуха рабочей зоны может производиться либо в продолжение технологического процесса (операции), либо в течение всей рабочей смены [4]. В этих случаях необходимо проводить отбор серии последовательных проб на протяжении всей смены с помощью непрерывно действующих анализаторов или миниатюрных аспирационных устройств, прикрепляемых к спецодежде на груди рабочего.

Многообразие вредных веществ и агрегатных состояний в воздухе обусловливает использование различных поглотительных систем, обеспечивающих эффективное поглощение примеси: отбор проб в жидкие среды; отбор проб на твердые сорбенты; хемосорбцию, отбор проб в охлаждаемые ловушки; отбор проб в сосуды ограниченной вместимости; отбор проб на фильтры [11].

Отбор проб атмосферного воздуха населенных мест производится на стационарных и маршрутных постах и под факелом. Стационарные и маршрутные посты размещаются в местах, выбранных на основе предварительного исследования загрязнения воздушной среды города промышленными выбросами, автотранспорта и других источников.

Места отбора проб подфакельных наблюдений выбирают на разных расстояниях от источника загрязнения по направлению ветра. Продолжительность отбора разовых проб составляет 20-30 мин. Отбор среднесуточных проб производят либо непрерывно в течение суток, либо 12, 6, 4 раза в данной точке за сутки через равные промежутки через равные промежутки времени в течение 20-30 мин каждая. После выполнения исследований вычисляют среднюю концентрацию в этих пробах. Одновременно с отбором проб воздуха определяют направление и скорость ветра, температуру и влажность воздуха, состояние погоды.

При проведении лабораторных исследований воздуха используются различные методы отбора проб. Наиболее распространенными являются аспирационный метод и метод отбора проб в сосуды.


^ 5 Оборудование, применяемое при отборе проб воздуха


Аспирационный метод. Основу аспирационного метода составляет аспирация, т.е. протягивание исследуемого воздуха через специальные вещества, способные поглощать из проходящего воздуха подлежащий определению ингредиент. Такие вещества называются поглотительными средами [4].

Выбор поглотительной среды зависят от агрегатного состояния искомого вещества и его химических свойств. В качестве поглотительной среды могут служить растворы, твердые сорбенты, фильтры.

Для поглощения вещества, находящегося в воздухе в газообразном (парообразном) состоянии, используются жидкие поглотительные среды - поглотительные растворы. Однако могут быть использованы и твердые сорбенты (силикагель, уголь активированный), которые для отбора проб при низких температурах используют в виде «кипящего слоя»

Аэрозоли конденсации и дезинтеграции (пыли, туманы, дымы) задерживаются различными фильтрующими материалами - бумажными, стеклянными, перхлорвиниловыми и др. Для аспирации (протягивания) воздуха используются различные аспирационные устройства (водяные аспираторы, пылесосы, электроаспираторы и пр.).

Электроаспиратор. Электроаспиратор (рисунок 1) позволяет проводить отбор одновременно по четырем каналам с регулировкой скорости отбора в каждом канале (два со скоростью 0,1-1 дм /мин и два со скоростью 1-20 дм3/мин). На шасси прибора укреплены электрический двигатель. Воздуходувка ротационного типа, которая шлангами соединена с ротаметрами

Перед включением прибора в сеть его необходимо заземлить.





1 - колодка для присоединения к прибору электрического шнура; 2 - тумблер для включения и выключения прибора; 3 - гнездо предохранителя; 4 - предохранительный клапан для предотвращения перегрузки электродвигателя при отборе проб воздуха с малыми скоростями и облегчения запуска прибора; 5 - ручки вентилей ротаметров; 6 - ротаметры; 7 -штуцеры для присоединения резиновых трубок; 8 - клемма для заземления.

Рисунок 1 - Электроаспиратор (модель 822) переносной с ручным способом регулирования расхода воздуха


После подключения прибора к сети открывают вентили ротаметров. Тумблером включают электродвигатель. При этом загорается лампочка шкалы, и поплавки в ротаметрах током воздуха поднимаются, показывая скорость его движения. Вращением ручек вентилей ротаметров устанавливают необходимую скорость аспирации воздуха. Отсчет скорости движения воздуха производят по верхнему краю поплавка. После этого присоединяют к штуцерам поглотительные приборы и снова устанавливают необходимую скорость аспирации.

^ Расходомерные устройства. Реометры служат для определения скорости аспирации. Они бывают жидкостные и сухие, последние называются ротаметрами или пневмометрами.

Жидкостный реометр (рисунок 2) представляет собой U - образную трубку с двумя расширениями

В левой части трубки реометра расширение расположено внизу, а в правой — вверху. Верхние концы обоих колен спаяны горизонтальной трубкой с перегородкой в середине, имеющей узкое отверстие (диафрагму). U - образную трубку заполняют окрашенной жидкостью (обычно керосином) до метки «0» на шкале. Воздух, проходя (слева) по горизонтальной трубке, встречает препятствие в виде диафрагмы, в результате чего в левом колене трубки создается повышенное давление и уровень жидкости понижается, а в правом - повышается. С изменением скорости движения воздуха меняется разность уровней в обоих коленах. Реометр прикрепляют к штативу со шкалой, на которой имеется калибровка, показывающая скорость движения воздуха в кубических дециметрах за минуту (дм3/мин).




Рисунок 2 – Жидкостный реометр


Сухие реометры (пневмометры) представляют собой стеклянную трубку с отводами в верхней и нижней частях. В трубку помещен поплавок, который поднимается потоком воздуха (электроаспиратор). Шкала реометра градуирована в кубических дециметрах в минуту.

^ Поглотительные приборы. Для улавливания веществ, находящихся в воздухе в виде паров и газов, применяются стеклянные сосуды различной конструкции, например, поглотители с пористой пластинкой, Зайцева, Рихтера, Петри и др. (рисунки 3 - б). Они представляют собой стеклянные цилиндры, в верхнюю расширенную часть которых впаяны две стеклянные трубки. Конец одной из них доходит почти до дна и заканчивается иногда полым шариком с несколькими отверстиями. Верхний конец этой трубки загнут под прямым углом. Вторая, короткая, трубка, тоже изогнутая под прямым углом, впаяна в верхнюю расширенную часть поглотителя и служит для выхода воздуха из него. За счет сужения нижней части прибора повышается высота столба налитой в прибор жидкости (поглотительного раствора), что обеспечивает максимальный контакт исследуемого воздуха (который входит в прибор через длинную трубку) с поглотительным раствором при соблюдении необходимой в каждом конкретном случае скорости аспирации.





а) поглотитель с пористой пластинкой

б) поглотитель Зайцева

Рисунок 3


В поглотительных приборах с пористой пластинкой в нижнюю часть поглотителя впаяна стеклянная пористая пластинка, проходя через которую воздух разбивается на тонкие струи, что увеличивает его соприкосновение с поглотительным раствором. Верхняя, расширенная часть поглотителя за счет уменьшения скорости движения воздуха предупреждает выброс жидкости при больших скоростях аспирации. Поглотительный раствор вводят в поглотитель через длинную трубку, а выводят через короткую.

В качестве поглотительного раствора могут быть использованы дистиллированная вода или специальные растворы, вступая в контакт с которыми содержащиеся в воздухе токсичные вещества растворяются в них или взаимодействуют с ними с образованием новых веществ. Применяются также различные твердые хемосорбенты, силикогель, активированный уголь и другие, позволяющие увеличивать скорость аспирации до 30 дм3/мин. Поглотительные приборы при этом имеют другую конструкцию (например, прибор Яворовской). В них твердые сорбенты могут находиться в неподвижном состоянии или током воздуха приводятся в движение, образуя «кипящий слой», что способствует их большему контакту с исследуемым воздухом и улучшению поглощения сорбентом искомого вещества.




Рисунок 4 - Поглотитель Полежаева


^ Монтаж системы. При отборе проб на короткую изогнутую трубку широкой части поглотителя надевают резиновую трубку (шланг) и конец этого шланга присоединяют к аспиратору. Таким образом, исследуемый воздух, проходя через длинный отрезок трубки, попадает в поглотительный раствор, улавливающие искомое вещество, и выходит через аспиратор.





Рисунок 5 - Поглотитель Петри


Для улавливания веществ, находящихся в воздухе в виде пыли и аэрозолей дезинтеграции или конденсации, используются металлические или пластмассовые патроны (рисунок 6), в которые закладываются фильтры АФА или беззольные бумажные.

Фильтры АФА изготавливаются в виде дисков с спрессованными краями, вложенных в защитные кольца. Рабочая площадь фильтров 10 и 20 см2, они обладают высокой фильтрующей активностью и малым аэродинамическим сопротивлением, что позволяет аспирировать воздух с большой скоростью, сокращая этим время отбора проб. Фильтры АФА-ВП гидрофобные, т.е. водоотталкивающие, и при весовом анализе не требуется их высушивать. Для химического анализа применяют следующие фильтры: АФА-ХП, АФА-ХМ, АФА-ХС. Фильтры АФА-У способны задерживать не только аэрозоли, но и газы.





а) поглотитель Рихтера

б) патроны для отбора проб пыли на фильтры

Рисунок 6


Для отбора проб воздуха используют также специальные сорбционные трубки, в которых в качестве улавливателя токсичных веществ применяется стеклянный порошок, пропитанный соответствующими растворами и помещенный между двумя перфорированными перегородками (рисунок 7). Этот метод отбора повышает селективность и чувствительность анализа, что позволяет использовать трубки и для исследования атмосферного воздуха. Сорбционные трубки являются устройствами многоразового использования и компактными, что особенно удобно в экспедиционных условиях. В этом заключается их преимущество перед поглотительными приборами.

В том случае, когда искомое вещество находится в воздухе одновременно в виде паров и аэрозолей, а метод отбора проб предусматривает его определение только в парообразном состоянии, следует перед поглотительными приборами помещать патрон с фильтром для задержания аэрозоля. Для определения количества вещества, содержащегося в воздухе в виде аэрозоля, рекомендуется одновременно с пробой на «пары» в течение такого же времени произвести отбор пробы на фильтры со скоростью не менее 5 дм3/мин.





Рисунок 7 - Сорбционные трубки


^ Отбор проб в сосуды. Аспирационный метод имеет ряд недостатков: во-первых, он трудоемок и, во-вторых, требует длительного времени (до 30 мин), аспирации, что может привести к усреднению концентрации токсичных веществ, в то время как концентрация веществ в воздухе меняется довольно быстро. Кроме аспирационного метода, применяются одномоментные методы отбора проб воздуха. Эти методы удобны тем, что позволяют быстро отобрать пробу. Они применяются в тех случаях, когда благодаря наличию чувствительного метода исследования можно ограничиться небольшими объемами исследуемого воздуха и нет необходимости концентрировать (накапливать) в пробе искомое вещество.

Для отбора проб используются различные емкости: газовые пипетки, бутыли, резиновые камеры (рисунок 8), шприцы.

При отборе проб воздуха необходимо фиксировать дату, время (часы, минуты начала и окончания отбора), номер поглотительного прибора, скорость аспирации, температуру окружающего воздуха, место отбора, технологический процесс, расстояние от пола, источника выделения вредного вещества и условия отбора (работу вентиляции, открыты или закрыты окна, двери в помещении, процент работающего в этот момент оборудования, число находящихся в помещении людей и т.д.), фамилию, имя и отчество отборщика проб, руководителя отбора и представителя предприятия. Все данные должны быть внесены в лабораторный журнал.





а) газовая пипетка

б) отбор проб воздуха с помощью газовых пипеток

Рисунок 8


^ 6 Определение вредного вещества в воздухе


Содержание вредного вещества в воздухе рассчитывается по формуле [4]


мг/мэ


где а - количество вещества, найденное в анализируемом объеме

пробы, мкг;

V1 - общий объем пробы, см3;

V - объем пробы, взятый для анализа, см3;

V0 - объем воздуха, отобранный для анализа и приведенный к

нормальным условиям, дм3.

Объем воздуха, который был аспирирован при отборе проб (Vt), приводят к стандартным (нормальным) условиям: температуре 20°С (0°С) и барометрическому давлению 760 мм. рт. ст. по формулам







где Vt - объем воздуха, который отобран в производственных условиях, дм3;

В -атмосферное давление, мм. рт. ст.;

t - температура воздуха при отборе воздуха, °С;

Vс - объем сосуда, дм3.


^ 7 Определение термодинамических характеристик


Для оценки физических свойств воздуха измеряются следующие показатели: температура, влажность, скорость движения и атмосферное давление. Поскольку нормирование ведется по отдельным показателям, предварительно они определяются и оцениваются раздельно и являются исходными данными для комплексной оценки метеорологических факторов.

Температура – это физическая величина, характеризующая термодинамическое равновесие системы.

Приборы, измеряющие температуру воздуха, подразделяют на фиксирующие (максимальные и минимальные) и измеряющие (в момент наблюдения).

Максимальные термометры обычно ртутные, минимальные - спиртовые, измеряющие – жидкостные (спиртовые, ртутные) и электрические.

Чаще применяются ртутные термометры, они более точные, измеряют температуру воздуха в пределах от -35 до +357°С; с помощью спиртовых термометров удобно измерять низкие температуры воздуха (до -130°С). Точка кипения спирта 78,3°С; ртуть замерзает при - 39,4°С.


^ 8 Определение скорости и расхода газовоздушных смесей


Последние годы характеризуются усилением антропогенного воздействия загрязняющих веществ на природную среду. В выбросах промышленных предприятий и транспорта содержится большое число различных вредных примесей.

Для предотвращения или снижения загрязнения окружающей среды проводятся различные мероприятия. В основе всех мероприятий лежит контроль за содержанием вредных веществ в выбросах промышленных предприятий, транспорта и в атмосферном воздухе.

Количество выбрасываемых вредных веществ в атмосферу определяется объемом пылегазовоздушной смеси, поступающей от источника загрязнения и их концентраций в этой смеси. При определении величины выбросов основными являются прямые методы измерения объемов газовоздушной смеси и концентрации вредных веществ в местах их выброса или после газоулавливающей установки.

Ко всем приборам измерения скорости и расходов предъявляются следующие требования:

1) широкий диапазон измерения расхода;

2) погрешность измерения не более +1% от диапазона шкалы;

3) постоянное время прибора - не более 0,5 секунд;

4) независимость результата от давления в трубопроводе;

5) наименьшие потери давления и искажения потока;

6) наименьшая зависимость показаний от влияния внешних условий;

7) наименьшие искажения характеристик прибора, связанные с изменением физических параметров среды;

8) возможность измерения расхода агрессивных и токсичных сред;

9) технологичность конструкции и простота эксплуатации.

Метод определения скорости и расхода газа основан на измерении с помощью пневмометрических трубок и микроманометров динамического газа (пневмометрический метод) и метод определения скорости газовоздушного потока анемометрами. Он рекомендуется для определения скорости и объемного расхода газопылевых потоков, отходящих от источников загрязнения в воздуховодах со скоростью не менее 4 м/с.

Измерения проводят при установившемся движении потока газа. Измерительное сечение следует выбирать на прямом участке воздуховода на достаточном расстоянии от мест, где изменяется направление потока газа (колена, задвижки и т.д.) или площадь поперечного сечения газохода (задвижки, дросселирующие устройства и т.д.).





Рисунок 9 - Пневмометрическая трубка конструкции НИИ




1 - термометр; 2,4 - контрольная и рабочая напорные трубки; 3, 7 - микроманометры для измерения динамического давления в контрольной и рабочих точках; 5 - линейка; 6 - стальной пруток; 8 - воздуховод; 9 - штуцер; 10 - резиновые трубки.

Рисунок 10 - Схема установки приборов в газоходе


Трубка пневмометрическая конструкции НИИОГаза (рисунок 9) состоит из двух трубок диаметром 8 мм. Входной носик трубки 1, расположенный навстречу воздушному потоку, воспринимает полный напор, т.е. сумму динамического и статического напора. Прорезь трубки 2 воспринимает только статический напор. Оба конца пневмометрической трубки соединяют резиновыми шлангами с микроманометром. При этом трубку полного давления соединяют к штуцеру микроманометра со знаком «+», а трубку статического давления - к штуцеру со знаком «-» (рисунок 10).


^ 9 Определение запыленности газовоздушных потоков и атмосферного воздуха


Определение запыленности воздуха

Пыль является аэрозолем. Аэрозоли представляют собой частицы вещества (твердые или жидкие) во взвешенном состоянии. Они распространены в приземном слое, тропосфере и стратосфере. Время жизни их различно: от нескольких часов до многих лет. В тропосфере различают 3 типа распределения частиц: фоновое, океаническое и континентальное. Частицы попадают в атмосферу с Земли в готовом виде, но значительная их часть образуется в результате химических реакций между газообразными, жидкими и твердыми веществами, включая пары воды.

Большое количество аэрозолей образуется в результате естественных природных процессов, но немалая их доля имеет антропогенное происхождение. Основной источник антропогенных аэрозолей - процесс горения. Энергетика и транспорт дают 2/3 общего количества антропогенных аэрозолей. Среди прочих источников аэрозолей - металлургические предприятия, производство строительных материалов, химические производства.

Аэрозоли способны изменять климат Земли, осаждаясь в альвеолах легких, они вызывают тяжелое заболевание у людей - пневмокониозы. Частицы аэрозоли могут нести на себе радиоактивность, вирусы, микробы, грибки, вызывать смоги и кислые дожди, то есть создавать угрозу не только живым существам, но и машинам, механизмам, приборам, качеству чистых материалов. Кроме того, пыль уносит с выбросами ценные материалы и может стать причиной разрушительных взрывов.

Для количественной характеристики запыленности воздуха в настоящее время используется преимущественно весовой метод (гравиметрия). Кроме того, существует счетный метод. Весовые показатели определяют массу пыли в единице объема воздуха. Это прямые методы измерения запыленности. Существует также группа косвенных методов измерения запыленности. Под косвенными понимают методы измерения как с выделением пыли из воздуха, так и без выделения, основанные на определении ее массы путем использования различных физических явлений (интенсивности излучения, электрического поля, оптической плотности и т.д.).

Наиболее распространенным является гравиметрический метод определения весовой концентрации пыли. Через аналитический фильтр просасывают определенный объем запыленного воздуха. Массу всей витающей пыли без разделения на фракции рассчитывают по увеличению массы фильтра. Лучшими являются фильтры из ткани ФГТП. Метод применяется для определения разовых и среднесуточных концентраций пыли в воздухе населенных пунктов и санитарно-защитных зон в диапазоне 0,04-10 мг/м3.

^ Определение запыленности газовоздушных потоков

Под запыленностью воздуха понимают массовую концентрацию пыли в воздухе. Отбор пыли проводят с помощью пылезаборных трубок. При отборе пробы необходимо соблюдать условие изокинетичности, т.е. равенства скорости газовых потоков в точке отбора и во входном отверстии заборной трубки [2].

Для улавливания пыли, содержащейся в отобранном объёме воздуха, применяют два основных способа осаждения пыли: внешняя и внутренняя фильтрации. Под фильтрацией понимают процесс осаждения пыли на бумажных, тканевых, керамических фильтрах и на слое стекловаты.

При внешней фильтрации осаждение пыли из отобранного объёма воздуха происходит в фильтрующем устройстве, расположенном вне воздуховода, а при внутренней – в воздуховоде. Метод внешней фильтрации обеспечивает быструю смену фильтра без извлечения заборной трубки из воздуховода. Метод внутренней фильтрации применяют для отбора проб влажного воздуха, а также при конденсации из воздуха капельной влаги и наличии в нём смол, агрессивных и др. компонентов, осаждающихся на внутренних стенках заборной трубки.

Оборудование:

пылезаборная трубка;

аспиратор для отбора проб воздуха типа М-822;

фильтры АФА-ВП-20;

фильтродержатель;

аналитические весы;

секундомер;

резиновые шланги, пробки;

ртутный технический термометр.

Ход работы:

1) аэродинамические характеристики газовоздушного потока (V м/с, Q м3/с) в воздуховоде до пылеулавливающей установки и на выбросе берутся по результатам предыдущей работы;

2) фильтры АФА взвешивают на аналитических весах, по три фильтра на каждую
еще рефераты
Еще работы по разное