И. В. Якунина, Н. С. Попов методы и приборы контроля окружающей среды
 Скачать 1.64 Mb.
|
|
2.8. ИНДИВИДУАЛЬНАЯ АКТИВНАЯ И ПАССИВНАЯ ДОЗИМЕТРИЯ Активная дозиметрия.Воздействие вредных химических веществ на работников промышленных пред- приятий изменяется в течение рабочей смены. Наилучшим способом оценки воздействия химических веществ на работающих является измерение их концентраций в зоне дыхания путём отбора долговременных проб воз- духа (в течение рабочей смены или 75 % её длительности) или путём последовательного отбора кратковремен- ных (30 мин) проб с помощью индивидуальных пробоотборников автономного действия, небольшие размеры которых и масса позволяют прикреплять их к одежде без нарушения темпа труда. Такие устройства предназначены для отбора из воздуха пыли радиоактивных частиц, а также паров и га- зов. Основными элементами пробоотборников являются; 1) микронасос, работающий от батарей аккумуляторов; 2) счетчик объёма или скорости просасывания воздуха; 3) фильтродержатель с фильтром или сорбционная трубка с сорбентом. Для установления концентрации вредных веществ в воздухе непосредственно на рабочем месте использу- ют индивидуальные пробоотборники с индикаторными трубками или индикаторными лентами (сенсоры). Та- кие пробоотборники применяют для определения фосгена, винилхлорида, толуилендиизоцианата, гидразина, толуилендиамина и др. Они могут быть установлены на рабочем месте или укреплены на одежде рабочего. Ис- следуемый воздух просасывается портативным насосом, обеспечивающим скорость отбора проб 100 см 3 /мин, проходит через перемещающуюся индикаторную ленту, интенсивность окраски которой пропорциональна кон- центрации вещества в анализируемом объёме. К пробоотборнику прилагается интегральный считывающий блок с самописцем, который позволяет оценить интенсивность окраски и получить данные о концентрации ве- щества. Информация выдаётся за 30 с в виде диаграммы, на которой зафиксированы изменения концентрации во времени, а также суммарная концентрация вещества и время экспозиции. Пассивная дозиметрия. Важнейшим достижением последних лет явились разработка и внедрение нового технического устройства – индивидуального пассивного дозиметра. В отличие от так называемого активного отбора поглощение химических веществ пассивными дозиметрами происходит не за счет просасывания возду- ха, а благодаря свободной диффузии веществ. В связи с этим пассивные дозиметры не требуют аспирационных устройств, имеют незначительную массу, экономичны, просты и удобны в работе. Дозиметры прикрепляют к одежде работающих, которую они носят в течение всей рабочей смены. По окончании отбора пассивные дози- метры отправляют в лабораторию для анализа. В дозиметрах пассивного типа диффузия химических веществ осуществляется через стабильный слой воз- духа (диффузионные дозиметры) или путём проникания веществ через мембрану согласно градиенту концен- траций (проницаемые дозиметры). Установлена зависимость между количеством поглощённого вещества дози- метром и его концентрацией в воздухе. Различают два типа пассивных дозиметров: диффузионные и проницае- мые. К факторам, влияющим на работу пассивных дозиметров, относят температуру, давление, влажность, дви- жение воздуха. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Какие нормативные показатели установлены для контроля химического загрязнения воздушной среды? В чём заключаются их различия? 2. Как организованы наблюдения за уровнем загрязнения атмосферы в населённых пунктах и в воздухе рабочей зоны? 3. Какую аппаратуру и устройства применяют при отборе проб? 4. Какие существуют методы концентрирования определяемых веществ при пробоотборе? 5. Каким образом необходимо проводить отбор проб аэрозолей? 6. Как производится отбор проб воздуха при отрицательных температурах? 7. Как производится отбор газовых паров? 8. Каковы основные требования к методам аналитического контроля воздуха на содержание вредных примесей? 9. Какие физико-химические методы контроля воздушной среды на содержание токсичных ингредиентов наиболее распространены? 10. Назовите область применения индикаторных трубок? 11. На чём основан принцип действия индикаторных трубок? 12. Каковы рабочие условия эксплуатации индикаторных трубок? 13. В чём преимущество применения индикаторных трубок при определении массовых концентраций га- зов и паров в воздухе и газовых средах при контроле воздуха рабочей зоны, промышленных газовых выбросов? 14. Какие устройства для отбора проб применяются совместно с индикаторными трубками? 15. Какие токсиканты выделяются в атмосферу при антропогенном воздействии? Какие из них наиболее опасны и почему? 16. Как классифицируются примеси в атмосфере? 3. КОНТРОЛЬ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ 3.1. СОСТАВ ГИДРОСФЕРЫ. ИСТОЧНИКИ И ЗАГРЯЗНИТЕЛИ ГИДРОСФЕРЫ Вода в природе нигде не встречается в виде химически чистого вещества. Под составом природных вод принято понимать весь сложный комплекс растворённых газов, ионов, взвесей и коллоидов минерального и органического происхождения. В природных водах обнаружено около половины химических элементов, вхо- дящих в периодическую таблицу Д.И. Менделеева. Ещё большим качественным и количественным многообра- зием примесей отличаются сточные воды; состав этих примесей всецело зависит от характера производства, в котором они образуются. Состав примесей воды как природной, так и сточной имеет решающее значение для выбора способа её очистки. Все вещества присутствующие в водах, можно разделить на взвешенные и растворённые. В свою оче- редь растворённые примеси природных вод подразделяются, согласно О.А. Алёкину, на органические вещест- ва, главные ионы (макрокомпоненты), микроэлементы, биогенные вещества и растворённые газы. Взвешенные вещества.Количество взвешенных веществ R м , которое река переносит в единицу времени, называется расходом взвешенных наносов и выражается в кг/с. Содержание взвешенных веществ в воде С м , выражаемое в г/м 3 (мг/дм 3 ), называется мутностью и связано с расходом взвешенных наносов соотношением Q R С м м 1000 = , где Q – расход воды, м 3 /с или т/с. Зависимость массы частиц m, переносимых водотоком, от скорости течения v, подчиняется закону Эри: 6 v A m = , где А – коэффициент пропорциональности. Общее содержание взвешенных веществ в речной воде также находится в прямой зависимости от скорости течения и расхода воды в реке. Основной причиной наличия взвешенных веществ в речных водах является эро- зия русла и склонов. Величина эрозии зависит от сопротивления поверхности размыву и от энергии водотока Е, которая на участке L может быть вычислена по формуле QH E 1000 = , где Н – перепад высот для данного участка, м. В соответствии с этим эрозия более ярко выражена в гористых местностях и слабее на равнинах. В связи с сезонными изменениями речного стока распределение переносимых речной водой взвешенных веществ в тече- ние года неравномерно. В некоторых водоёмах источником взвешенных веществ органического происхождения является планктон, развитие которого наблюдается преимущественно в летние месяцы. Производственные сточные воды нередко содержат значительные количества взвешенных веществ. Органические вещества.Эта группа веществ включает различные органические соединения: органические кислоты, спирты, альдегиды и кетоны, сложные эфиры, в том числе эфиры жирных кислот (липиды), фенолы, гуминовые вещества, ароматические соединения, углеводы, азотсодержащие соединения (белки, аминокисло- ты, амины) и т.д. Ввиду сложности определения индивидуальных органических веществ, их многообразия и малых природных концентраций для количественной характеристики используют косвенные показатели: общее содержание органических – углерода, азота и фосфора; окисляемость воды, биохимическое потребление кисло- рода (БПК) и др. Органические вещества присутствуют в поверхностных водах в относительно невысоких концентрациях (обычно < 0,1 мг/дм 3 , или < 10 –5 М). Как правило, основной вклад вносят фульвокислоты, особенно в северных районах, где в гумифицированных реках содержание их достигает 100 мг/дм 3 . Вода при таких концентрациях приобретает коричневую окраску. Имеются два основных источника поступления органических веществ в водоёмы. Во-первых, поступление извне, главным образом с площади водосбора с ливневыми и талыми водами. Во-вторых, образование органи- ческого вещества в самом водоёме в результате метаболизма и биохимического распада остатков организмов. Главные ионы.Содержание ионов в природных водах, определяющее величину их минерализации (солесо- держание), изменяется в широких пределах. Принято следующее деление вод по величине минерализации: пре- сные – солесодержание до 1 г/дм 3 ; солоноватые – солесодержание 1…25 г/дм 3 ; соленые – солесодержание более 25 г/дм 3 Для поверхностных пресных вод различают малую минерализацию – до 200 мг/дм 3 , среднюю – 200…500 мг/дм 3 и повышенную – 500…1000 мг/дм 3 В природных водах обычно содержатся катионы H + , Na + , K + , + 4 NH , Ca 2+ , Mg 2+ , Mn 2+ , Al 3+ и анионы ОН – , − 3 НСО , − 2 3 СО , Cl – , − 2 4 SО , HS – , − 3 NО , − 2 NО , F – , − 3 4 PО , Br – , I – , − 3 HSiО В наиболее значительных количествах присутствуют, как правило, семь ионов: Na + , K + , Ca 2+ , Mg 2+ , − 3 НСО , Cl – , − 2 4 SО В соответствии с этим предложена классификация природных вод, по которой все природные воды под- разделяются на три класса: гидрокарбонатные и карбонатные, сульфатные и хлоридные в зависимости от того, какой анион преобладает в составе их солей. Каждый класс уже по преобладающему катиону подразделяется на три группы – кальциевую, магниевую и натриевую. Главные ионы поступают в природные воды из горных пород, минералов, почвы, а также в результате производственной деятельности человека. Интересно отметить, что в открытом океане независимо от абсолют- ной концентрации соотношения между главными компонентами основного солевого состава остаются пример- но постоянными. Сброс сточных вод в водоёмы и водотоки приводит в ряде случаев к значительному повышению солесо- держания и изменению ионного состава природных вод. Микроэлементы.В эту группу входят все металлы, кроме главных ионов и железа (медь, цинк, марганец и другие ионы переходных металлов), а также анионы брома, фтора, йода и другие, встречающиеся в природных водоёмах в очень малых концентрациях. Биогенные вещества, главным образом соединения азота и фосфора. Их концентрация в пресных поверх- ностных водах изменяется в очень широких пределах: от следов до 10 мг/дм 3 . Наиболее важными источниками биогенных элементов являются внутриводоёмные процессы и поступление с поверхностным стоком, атмо- сферными осадками, промышленными, хозяйственно-бытовыми и сельскохозяйственными сточными водами. К биогенным элементам относят также соединения кремния, находящиеся в воде в виде коллоидных или истинно растворённых форм кремниевой и поликремниевой кислот, и железа, находящегося в природных водах в основном в форме микроколлоидного гидроксида или в виде фульватных комплексов. Наличие в воде + 4 NН и − 2 NО часто является (как и повышенная окисляемость) признаками недавнего за- грязнения, а присутствие ионов − 3 NО – признаком более раннего загрязнения воды. Растворённые газы (О 2 , СО 2 , N 2 , H 2 S, CH 4 и др.). Растворимость газа в воде зависит от его природы, пар- циального давления и температуры. Процессы окисления, дыхания и фотосинтеза определяют взаимосвязь между содержанием в воде О 2 и СО 2 . Их содержание подвержено сезонным и суточным колебаниям. Появление в природных поверхностных водах сероводорода или метана указывает на наличие гнилостных процессов, протекающих в водоёмах при ог- раниченном доступе кислорода. В природных условиях, как сероводород, так и метан чаще встречаются в под- земных водах. Однако наличие этих газов в воде может быть следствием сброса неочищенных сточных вод. Так, дурнопахнущие сточные воды целлюлозно-бумажного производства содержат, кроме сероводорода, его органические производные: метилмеркаптан, диметилсульфид, диметилдисульфид. Все эти соединения обла- дают высокой токсичностью и оказывают губительное воздействие на водную фауну и флору. Основной причиной загрязнения водоёмов, приводящей к ухудшению качества воды и нарушению нор- мальных условий жизнедеятельности гидробионтов, является сброс хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод. Особенно большой вред водоёмам наносят стоки тех отраслей промышленности, которые являют- ся основными потребителями воды. К их числу принадлежат в первую очередь химическая, горнометаллурги- ческая, нефте- и углеперерабатывающая и целлюлозно-бумажная отрасли. Характер и степень отрицательного воздействия различных сточных вод на водоёмы и водные организмы не одинаковы, поскольку состав и кон- центрация примесей в сточных водах изменяются в широких пределах. Загрязняющие примеси могут быть ор- ганическими и минеральными, растворимыми и нерастворимыми, ядовитыми и неядовитыми. Поступление их в водоём вызывает многообразные нежелательные последствия: засорение водоёма нерастворимыми вещества- ми, ухудшение физико-химических свойств воды и кислородного режима, изменение pH, повышение содержа- ния органических веществ и минерализации и наконец, отравление водных обитателей токсичными вещества- ми. Таким образом, под влиянием сточных вод может происходить коренное изменение и ухудшение всего гидрохимического режима водоёмов, а следовательно, и условий обитания в них водных организмов. По составу загрязнителей и характеру их действия на водоёмы и водные организмы все сточные воды раз- деляются на следующие четыре группы: 1) содержащие неорганические примеси со специфическими токсическими свойствами; 2) содержащие неорганические примеси без специфических токсических свойств; 3) содержащие органические примеси без специфических токсических свойств; 4) содержащие органические примеси со специфическими токсическими свойствами. К первой группе относятся сточные воды содовых, сернокислотных, азотнотуковых заводов, заводов чер- ной металлургии, машиностроительных предприятий, рудообогатительных фабрик свинцовых цинковых, нике- левых руд и др. Основные загрязнители сточных вод этой группы – растворимые и нерастворимые неорганические веще- ства (соли, щёлочи, кислоты, мышьяк, медь, свинец и другие тяжёлые металлы, оксиды и гидроксиды металлов, сероводород, сернистые соединения), многие из которых обладают токсическими свойствами. Под влиянием таких сточных вод изменяются цвет, прозрачность вкус и запах воды, на дне водоёмов по- является отложение нерастворимых осадков, что затрудняет развитие донной фауны. Взвешенные вещества забивают и повреждают жабры рыб, вызывают у них жаберные заболевания. В ряде случаев происходит засо- ление водоёмов, изменение рН, жёсткости, щёлочности, минерализации, отравление водных организмов серо- водородом, мышьяком и другими токсическими веществами. В результате в некоторых сильно загрязнённых водоёмах полностью исчезают рыбы и их кормовые объекты, обитающие в толще воды и в грунтах. Сточные воды второй группы (без специфических токсических свойств) сбрасываются углеобогатитель- ными фабриками, рудообогатительными фабриками кварцевых и марганцевых руд и др. Основными загрязни- телями являются взвешенные минеральные вещества и мелкие частицы пустой породы. Влияние их на водоёмы и водные организмы аналогично сточным водам первой группы, но они менее вредны. К третьей группе относятся сточные воды дрожжевых, пивоваренных, картофелекрахмальных, сахарных заводов и др. Основные загрязнители в них – нетоксичные органические вещества. Эти вещества поглощают растворённый в воде кислород и создают в водоёме кислородный дефицит. Кроме того, содержащиеся в сточ- ных водах органические загрязнители под действием бактерий, грибов и простейших претерпевают в водоёме сложные биохимические превращения с выделением часто газообразных ядовитых продуктов распада (серово- дорода, аммиака, метана и др.). Последние в результате жизнедеятельности других групп бактерий окисляются, на что дополнительно расходуется растворённый в воде кислород, в результате чего еще более усугубляется возникший в воде кислородный дефицит. Под влиянием таких сточных вод в водоёме повышается окисляемость и БПК, изменяются рН, щёлоч- ность, прозрачность, цветность, т.е. нарушается нормальный гидрохимический режим водоёма. Нерастворимые органические вещества сточных вод оседают на дно, постепенно разлагаются, поглощая растворённый в воде кислород и выделяя газообразные продукты распада. Это ещё более ухудшает санитарное состояние водоёма и порой приводит к гибели рыб и других водных организмов. Поступление органических загрязнений в водоём часто способствует бурному развитию сине-зелёных во- дорослей, что приводит к так называемому «цветению» воды и обрастанию подводных предметов, т.е. к разви- тию на их поверхности некоторых бактерий, грибов, водорослей, простейших. В зависимости от природы и ко- личества развивающихся водорослей цветение воды может играть или положительную роль, ускоряя самоочи- щение воды, или отрицательную, ухудшая её свойства. Во время массового цветения вода становится мутной, зелёной, в ней появляются неприятные привкусы и запахи, и она делается непригодной для водоснабжения на- селения. При массовом отмирании водорослей образуются различные продукты их распада, поглощающие ки- слород из воды и токсические вещества. Всё это вызывает вторичное загрязнение водоёма. К четвёртой группе сточных вод относятся промышленные стоки химических, коксохимических, газо- сланцевых, нефтеперерабатывающих заводов. В них наряду с нетоксическими загрязнениями содержатся ещё ядовитые вещества: красители, смолы, фенолы, спирты, альдегиды, нефтепродукты, сернистые соединения, сероводород и т.д. Эти сточные воды влияют на водоёмы аналогично стокам первой группы, но более сильно. Они снижают содержание в воде кислорода, увеличивают её окисляемость и БПК. Основная масса органических веществ способна довольно быстро минерализоваться в результате окисле- ния и деятельности микроорганизмов. Бензол, масла, смолы, фенолы, пиридины и некоторые другие вещества минерализуются медленно, и по- этому образованное ими в водоёме загрязнение распространяется на десятки и даже сотни километров, особен- но в быстротекущих реках. Тем более что эти загрязнители могут находиться в сточных водах в весьма значи- тельных количествах. Влияние таких сточных вод наиболее сильно сказывается на физических свойствах воды водоёма. Вода приобретает окраску, неприятный фенольный медикаментозный запах и привкус, делается мутной, покрывается флуоресцирующей плёнкой, мешающей естественному течению биологических процессов в водоёме, и стано- вится непригодной для питья и хозяйственно-бытовых нужд населения и для водопоя скота. Для каждого региона имеются свои специфические источники сброса и выброса, свои специфические за- грязнители, которые могут вносить весьма существенный вклад в интегральный токсикологический фон. Общие требования к охране поверхностных вод от загрязнения изложены в ГОСТ 17.1.3.13–86 и др. (см. прил. 3). |