И. В. Якунина, Н. С. Попов методы и приборы контроля окружающей среды
 Скачать 1.64 Mb.
|
|
2.1. Характеристики загрязнения атмосферы ПДК, мг/м 3 Число наблюдений Определяемая примесь максимальная разовая среднесуточная всего выше ПДК Приземная сред- немесячная концентрация мг/м 3 Максимальная концентрация, где наблюдалась, направление и скорость ветра Пыль неорганическая 0,15…0,5 0,05…0,15 225 1 0,2 0,6 мг/м 3 ПНЗ № 1, Ю 2 м/с Диоксид серы 0,5 0,05 225 0 0,005 0,011 мг/м 3 ПНЗ № 3, С 2 м/с Оксид углерода 5 3 225 3 2,0 7,0 мг/м 3 ПНЗ № 3, Ю 2 м/с Диоксид азота 0,085 0,04 225 0 0,05 0,13 мг/м 3 ПНЗ № 3, С 2 м/с Оксид азота 0,6 0,06 75 0 0,02 0,04 мг/м 3 ПНЗ № 3, ЮЗ 5 м/с Фенол 0,01 0,003 150 0 0,003 0,007 мг/м 3 ПНЗ № 1, СВ 5 м/с Аммиак 0,2 0,04 150 0 0,03 0,07 мг/м 3 ПНЗ № 1, СЗ 6 м/с * Данные представлены Тамбовским областным центром по гидрометеорологии и экологическому мониторингу. При одновременном содержании в воздухе рабочей зоны нескольких вредных веществ однонаправленного действия сумма отношений фактических концентраций каждого из них в воздухе к их ПДК не должна превы- шать единицы. Контроль за соблюдением ПДК мр.рз и ОБУВпроводят при непрерывном или последовательном отборе в течение 15 мин в любой точке рабочей зоны при условии достижения предела обнаружения определяемого ве- щества. Если предел обнаружения метода анализа даёт возможность в течение 15 мин отобрать не одну, а не- сколько проб воздуха, то нужно определить среднее значение из результатов отобранных проб за указанный период времени. Если данным методом невозможно обнаружить вещество на уровне 0,5 ПДК мр за 15 мин, до- пускается увеличение продолжительности отбора проб до 30 мин. Если стадия технологического процесса настолько коротка, что нельзя отобрать в одну пробу необходимое для анализа количество вещества, то отбор проб в эту же концентрационную трубку (фильтр) или поглотитель- ный прибор необходимо продолжить при повторении операции. При санитарно-гигиенических исследованиях производственной атмосферы с длительными стадиями тех- нологического процесса отбор проб необходимо проводить с учётом начала, середины и конца процесса, а так- же с учётом продолжительности выделения наибольшего количества токсичных веществ. Для получения достоверных результатов при санитарно-химических исследованиях воздушной среды в любой точке на каждой стадии технологического процесса или отдельной операции должно быть последова- тельно отобрано не менее пяти проб воздуха. Вычисляют среднее арифметическое значение (концентрация с, мг/м 3 ) и доверительный интервал (ε, %): с = (с 1 + с 2 + с 3 + с 4 + с 5 ) / 5; ε = (с max – с min ) ⋅ 75 / с, где с 1 , ..., с 5 – концентрация в отдельных пробах; с max – максимальная концентрация в отобранных пробах; с min – минимальная концентрация в отобранных пробах. Если полученное значение доверительного интервала равно или меньше 25 %, то значение средней ариф- метической считается достоверным. Если вычисленный доверительный интервал превышает 25 %, должны быть отобраны дополнительные пробы. Полученный результат сравнивают с величинами ПДК мр.рз , приведёнными в ГОСТ 12.1.005–88 «Общие са- нитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны», ГН 2.2.5.1313–03 «Предельно допустимые кон- центрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны», ГН 2.2.5.1314–03 «Ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ) вредных веществ в воздухе рабочей зоны». Выбор мест отбора проб воздуха.В новых или ранее неизученных в гигиеническом плане производствах, воздушная среда, которая может загрязняться токсическими веществами, санитарный контроль следует прово- дить преимущественно на всех рабочих местах с постоянным и временным пребыванием работающих. На основе данных по исследованию загрязненности воздуха рабочей зоны в комплексе с данными по оценке технологического процесса, оборудования, вентиляционных устройств определяют наиболее неблаго- приятные в санитарно-гигиеническом отношении рабочие места, на которых в дальнейшем отбирают пробы воздуха. Санитарный контроль загрязнений воздушной среды осуществляют выборочно на отдельных рабочих местах, стадиях или операциях, если на обследуемом участке, характеризующемся постоянством технологиче- ского процесса, достаточно идентичное оборудование или одинаковые рабочие места, на которых выполняют одни и те же операции. При этом отбор проб следует проводить на рабочих местах, расположенных в центре и по периферии помещения или на открытой площадке с оборудованием. При выборе точек отбора проб основ- ное внимание следует уделять рабочим местам по основным профессиям. Пробы отбирают с учётом технологических операций, при которых возможно наибольшее выделение в воздух рабочей зоны вредных веществ, например: у аппаратуры и агрегатов в период наиболее активных хими- ческих и термических процессов (электрохимических, пиролитических и др.); на участках загрузки и выгрузки веществ, затаривания продукции; на участках транспортировки, размола и сушки сыпучих, пылящих материа- лов; в местах наиболее вероятных источников выделения при перекачке жидкостей и газов (насосные, компрес- сорные) и др.; в местах отбора технологических проб, необходимых для анализа; на участках, плохо вентили- руемых, необходимо проводить санитарно-химический анализ воздуха рабочей зоны на основных местах пре- бывания работающих в период проведения планового ремонта технологического, санитарно-технического и другого оборудования, если эти операции могут сопровождаться выделением вредных веществ, в период ре- конструкции, если при этом часть оборудования продолжает эксплуатироваться. Периодичность отбора проб воздухадля каждого вещества в каждой точке устанавливают в зависимости от характера технологического процесса (непрерывного, периодического), класса опасности и характера биоло- гического действия производственной среды, уровня загрязнения, времени пребывания обслуживающего пер- сонала на рабочем месте. При возможном поступлении в воздух рабочей зоны производственных помещений вредных веществ с остронаправленным механизмом действия пробы следует отбирать с применением систем автоматических при- боров. При отсутствии приборов непрерывного контроля при согласовании с органами санитарного надзора до- пускается в качестве временной меры периодический отбор проб воздуха для определения вещества с острона- правленным механизмом действия. Для остальных веществ периодичность контроля следует устанавливать в зависимости от класса опасности вредного вещества: для веществ I класса опасности – не реже одного раза в 10 дней; для веществ II класса – не реже одного раза в месяц; для веществ III и IV классов – не реже одного раза в квартал. В зависимости от конкретных условий производства периодичность контроля может быть изменена по со- гласованию с санитарно-эпидемиологической службой. Контроль за соблюдением среднесменных концентрацийпредусмотрен для веществ, которые имеют соот- ветствующий норматив – ПДК сс.рз для характеристики уровня среднесменных концентраций, воздействующих на рабочих одной профессиональной группы, необходимо провести обследование не менее пяти человеко-смен. Среднесменную концентрацию в зоне дыхания работающих измеряют приборами индивидуального контроля при непрерывном или последовательном отборе проб воздуха в течение всей смены или не менее 75 % её про- должительности. Продолжительность отбора одной пробы и число проб за смену зависят от методики и концентрации ток- сического вещества в воздухе. В некоторых случаях среднесменную концентрацию с cc (мг/м 3 ) вычисляют по результатам разовых измерений на отдельных местах пребывания рабочих с учётом хронометражных данных и рассчитывают по формуле: с сс = (с 1 t 1 + с 2 t 2 + ... + с n t n ) / (t 1 + t 2 + ... + t n ), где с 1 , с 2 , с n – среднеарифметические значения разовых измерений концентраций вредных веществ на отдель- ных стадиях технологического процесса, мг/м 3 ; t 1 , t 2 , t n – продолжительность отдельных стадий технологиче- ского процесса, мин. В настоящее время для измерения среднесменных концентраций химических веществ разработано новое устройство – пассивный дозиметр. Выбор способа отбораобычно определяется природой анализируемых веществ, наличием сопутствующих примесей и другими факторами. Для обоснованного выбора способа отбора проб необходимо иметь чёткое представление о возможных формах нахождения токсических примесей в воздухе. Микропримеси вредных ве- ществ в воздухе могут находиться в виде газов(аммиак, дивинил, озон и др.), в виде паров – преимущественно вещества, представляющие собой жидкость с температурой кипения до 230 – 250 °С (ароматические хлориро- ванные и алифатические углеводороды, низшие ациклические спирты, кислоты и др.), а также некоторые твёр- дые вещества, обладающие высокой летучестью (йод, нафталин, фенол). Иногда вещества могут находиться в воздухе одновременно в виде паров и аэрозолей.Это преимущественно жидкости с высокой температурой ки- пения (дибутилфталат, диметилтерефталат, капролактам и др.). Попадая в воздух, их пары конденсируются с образованием аэрозоля конденсации. Аэрозоли конденсацииобразуются также при некоторых химических реакциях, приводящих к появлению новых жидких или твёрдых фаз. Например, при взаимодействии триоксида серы (серного ангидрида) с влагой образуется туман серной кислоты; тетрахлорид титана с влагой воздуха образует туман диоксида титана; амми- ак и хлороводород образуют туман хлорида аммония. Конденсационное происхождение имеют также аэрозоли, образующиеся при сварочных работах и других высокотемпературных процессах, сопровождающихся расплав- лением и испарением металлов. Например, свинец, поступающий в воздушную среду в виде паров при нагреве свинца и его сплавов до температуры выше 400 °С, в воздухе рабочей зоны находится в виде аэрозоля конден- сации. Наряду с аэрозолями конденсации в различных производственных процессах (например, при механиче- ском измельчении твёрдых веществ и распылении жидкостей) образуются аэрозоли дезинтеграциис более гру- бой дисперсностью. Причём при значительной летучести дисперсной фазы аэрозоля возможно одновременное присутствие аэрозоля и паров (пульверизационная окраска изделий). Правильное установление агрегатного состояния вредного вещества в воздухе способствует правильному выбору фильтров и сорбентов и уменьшению погрешности определения, связанной с пробоотбором. При проведении санитарно-химических исследований на производстве пробы воздуха отбирают преиму- щественно аспирационным способом путём пропускания исследуемого воздуха через поглотительную систему (жидкая поглотительная среда, твёрдые сорбенты или фильтрующие материалы). Минимальная концентрация вещества, поддающаяся чёткому и надёжному определению, зависит от количества отбираемого воздуха. Ас- пирация излишних объёмов воздуха приводит к неоправданным потерям рабочего времени, при недостаточном объёме воздуха снижается точность анализа, а иногда вообще оказывается невозможным проведение количест- венных определений. Оптимальный объём воздуха V, необходимый для определения токсической примеси с заданной точно- стью, можно рассчитать по следующей формуле: V = aV 0 / V n KC ПДК , где а – нижний предел обнаружения в анализируемом объёме пробы, мкг; V 0 – общий объём пробы, см 3 ; V n – объём пробы, взятой для анализа, см 3 ; С ПДК – предельно допустимая концентрация, мг/м 3 ; K – коэффициент, соответствующий долям ПДК (1/4, 1/2, 1 ПДК и т.д.). 2.4. АППАРАТУРА И МЕТОДИКИ ОТБОРА ПРОБ Процедура отбора проб воздушной среды, в общем случае, включает создание потока воздуха через про- боотборное устройство (с помощью побудителей расхода), измерение расхода воздуха (расходомеры), фикса- цию анализируемых ингредиентов пробы внутри пробоотборного устройства. Для удобства отбора проб в производственных условиях широко применяют аспирационные устройства, включающие побудитель расхода, расходомерное устройство, позволяющие отбирать вещества в различном агрегатном состоянии. Аспирационные устройства подразделяют в зависимости от следующих факторов: 1) расхода воздуха – на малорасходные и высокорасходные; 2) источника энергии – на сетевые, аккумуляторные, универсальные и ручные; 3) объекта отбора проб – на устройства для газовых и аэродисперсных примесей; 4) степени автоматизации программы работ – на аспираторы ручного управления, при использовании ко- торых начало и режим отбора пробы фиксируются оператором; полуавтоматические, работа которых прекра- щается по достижении заданного времени или объёма пропущенного воздуха; автоматические, работающие без вмешательства оператора; 5) количества одновременно отбираемых проб – на одноканальные и многоканальные; 6) условий эксплуатации – на стационарные, переносные, а также индивидуальные пробоотборники. Для создания потока воздуха через пробоотборные устройства используются ручные и водяные аспирато- ры, а также различные типы электромеханических аспираторов. Среди ручных аспираторов весьма распростра- нены пружинные мхи с известным объёмом, резиновые груши, ручные насосы (поршневые и беспоршневые), откалиброванные шприцы различной вместимостью, газовые пипетки. В качестве водяных аспираторов обычно используют специальные соизмеренные стеклянные ёмкости, заполненные водой, выполняющие роль рабочего тела. В электромеханических аспирационных устройствах для отбора проб воздуха рабочей зоны используют ротационные воздуходувки и диафрагменные насосы. Ротационные воздуходувки отличаются малыми габари- тами и массой, которые меньше, чем у аналогичных поршневых насосов. В корпусе воздуходувки вращается ротор со вставленными в пазы лопастями, которые при вращении ротора прижимаются к внутренним стенкам корпуса и обеспечивают всасывание воздуха. Применение ротационных воздуходувок весьма ограничено в свя- зи со сложностью регулирования производительности в широких пределах, кроме того, они создают сильный шум при работе. Простыми и экономичными побудителями расхода воздуха являются диафрагменные насосы. В простей- шем виде такой насос подобен поршневому насосу, в котором поршень заменён пульсирующей диафрагмой. Единственными движущимися деталями, находящимися в соприкосновении с перекачиваемой средой, являют- ся диафрагма и клапаны. В связи с простой конструкцией и отсутствием быстроизнашивающихся деталей диа- фрагменные насосы наиболее надёжны в эксплуатации. По основным технико-экономическим показателям (масса, рабочее давление, производительность) диафрагменные насосы превосходят широко распространённые плунжерные и поршневые насосы или равноценные. Кроме того они дешевле. Диафрагменные насосы более долговечны в эксплуатации, так как срок службы диафрагм намного превы- шает эксплуатационные данные уплотняющих элементов поршневых насосов. Расходом вещества обычно называют массу или объём вещества, проходящие через определённое сечение канала в единицу времени. Приборы или комплекты приборов, определяющие расход вещества в единицу вре- мени, называют расходомерами. Расходомер может быть снабжен счётчиком, показывающим массу или объём вещества, прошедшего через прибор за какой-либо промежуток времени. В зависимости от принципа действия расходомеры бывают переменного перепада давления и постоянного перепада давления. В основу принципа действия расходомеров переменного перепада давления положено измерение перепада давления на местном сужении (сопротивлении), введённом в поток. При протекании вещества через сужение средняя скорость потока увеличивается, и часть потенциальной энергии давления переходит в кинетическую энергию. В результате статическое давление потока после сужения уменьшается, т.е. возникает перепад давле- ния. Если измерить давление до сужения и непосредственно за ним, то разность давлений будет зависеть от скорости потока, а следовательно, и от расхода. В комплект расходомера переменного перепада давления входят сужающее устройство, дифференциаль- ный манометр (дифманометр) и вторичный прибор для передачи результатов на расстояние. В качестве су- жающих устройств применяют нормальные диафрагмы, сопла и трубы Вентури, сегментные диафрагмы и др. Дифманометры, предназначенные для измерения расхода, делятся по принципу действия на поплавковые, коло- кольные, мембранные, сильфонные, кольцевые и др. Принцип действия расходомеров постоянного перепада давления основан на зависимости от расхода ве- щества вертикального перемещения тела (поплавка), изменяющего при этом площадь проходного отверстия прибора так, что перепад давления по обе стороны поплавка остаётся постоянным. Из этого типа расходомеров наибольшее распространение получили ротаметры и поплавковые расходомеры. Ротаметры – расходомеры с поплавком, перемещающимся вдоль длинной конической трубы. При изменении положения поплавка проход- ное сечение между ним и внутренней стенкой конической трубки изменяется, что ведёт к изменению скорости потока в проходном сечении, а следовательно, к изменению перепада давления на поплавок. Перемещение по- плавка продолжается до тех пор, пока перепад давлений не станет равным массе поплавка. Каждому значению расхода среды, проходящему через ротаметр при определённой плотности и кинематической вязкости, соответ- ствует вполне определённое положение поплавка. Для поплавковых расходомеров характерен поплавок обычной конической формы, перемещающийся внут- ри отверстия. Их характерными особенностями являются дистанционная (электрическая или пневматическая) передача положения поплавка, незначительный ход поплавка, обычно не превосходящий его диаметр. Кроме того, к наиболее распространённым расходомерам относятся газовые счётчики («газовые часы»), обеспечивающие наибольшую точность измерения. Погрешность измерения объёма пропущенного воздуха для газового барабанного счетчика ГСБ-4 не превышает 1 %. Фиксация анализируемых ингредиентов пробы внутри пробоотборного устройства производится чаще все- го с использованием методов обогащения (концентрирования) определяемых веществ, которые различаются при анализе аэрозолей и при анализе газо- и парообразных примесей. Основным методом концентрирования проб при анализе аэрозолей являются механическая фильтрация воздушного потока через инерционные преграды (аэрозольные фильтры типа АФА, фильтры из ткани Петряно- ва, пористые фильтры Шотта и др.). Для гравиметрического определения концентрации аэрозолей и твёрдых частиц применяют фильтры АФА-ВП, изготовленные из тонковолокнистого перхлорвинилового волокна. Фильтры имеют небольшую мас- су и гидрофобны. Для химического (реагентного) анализа аэрозолей предназначены фильтры ЛФА-ХП, изготовленные из трёх видов ультратонких волокон; способ извлечения адсорбированных веществ с фильтров представлен в табл. 2.2. При отборе проб фильтры закрепляют в специальных фильтродержателях, в которых диаметр выреза соответствует рабочей поверхности фильтра. Фильтры могут быть использованы при температуре окружаю- щей среды от –200 до +150 °С и скорости аспирации до 140 дм 3 /мин (фильтры АФА-ВП-20). За рубежом в основном применяют фильтры из стекловолокна. Они также малогигроскопичны, устойчивы ко всем реагентам и выдерживают нагрев до 500 °С. Фильтры могут быть использованы как для гравиметриче- ского, так и для химического анализа. Для фильтрации различных сред, в том числе воздуха, используют наряду с фильтрами из стеклоткани мембранные фильтры марки «Синпор» (Чехия) и марки «Сарториус» (Германия). Их изготовляют из нитро- целлюлозы и других полимерных материалов. Структуру фильтра образует многослойная система «Каморок» высокой пористости, дающая возможность весьма эффективно задерживать даже мельчайшие частицы вещест- ва, распылённые в дисперсионной среде. При фильтрации газов эффективность мембранного фильтра значитель- но повышается благодаря электростатическим силам и инерции самих частиц. Фильтры «Синпор» выдерживают температуру от –80 до +80 °С и выше. Главными достоинствами мембранных фильтров являются: 1) механическая прочность и упругость (эластичность); 2) крайне малая масса (2 – 6 мг/см 2 ); 3) незначительная гигроскопичность; 4) задерживание улавливаемых частиц аэрозоля преимущественно на поверхности фильтра в таком физи- ческом и химическом состоянии, в каком они находятся в атмосфере; 5) широкий диапазон рабочих температур; |