АВТОМАТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ВОЗДУХА
В настоящее время разработаны и успешно используются
многочисленные автоматические приборы, позволяющие контролировать
качество воздуха одновременно по нескольким компонентам. Эти приборы
выпускаются как в стационарном исполнении, так и в виде передвижных
мобильных станций. Выпуском таких приборов занимаются
многочисленные фирмы за рубежом и на просторах СНГ.
Например, непрерывно работающий недисперсионный инфракрасный газоанализатор, основанный на поглощении инфракрасного излучения многоатомными гетероядерными молекулярными газами. Оптимальная чувствительность, а также высокая селективность по отношению к другим компонентам в пробе газа достигаются за счет оптопневматических приемников излучения, оптимизированных в зависимости от применения. Измерительная конструкция с термостатом позволяет охватывать мельчайшие диапазоны измерения. Электрохимическим датчиком может дополнительно производиться измерение концентрации кислорода. Диапазон измерения для кислорода до 25 об.%. Пределы обнаружения отдельных компонентов составляют (в ppm): CO – 100; CO2 – 50; СH4 – 200; SO2 – 200; C3H8 – 100; NO – 500; N2O – 50; фреон – 100 и т.д.
Широкое применение для регистрации выбросов промышленных предприятий, а также исследования загрязнений атмосферы получили лазерные методы, в которых учитывается рассеивание излучения лазера частицами аэрозолей и молекулами газов. Рассеянная энергия попадает на приемную антенну локатора. Регистрируя и расшифровывая следы взаимодействия лазерных импульсов с атмосферными слоями, можно извлечь информацию о давлении, плотности, температуре, концентрации различных газовых составляющих атмосферы и других параметрах.
Создание лазеров большой мощности с узким и стабильным спектром излучения, лазеров с полностью автоматизированным циклом работ и передачей результатов в вычислительный центр, совершенствование методов извлечения информации из результатов зондирования позволяют осуществлять оперативный контроль степени загрязнения атмосферы в широких масштабах.
Электрические газоанализаторы подразделяются на
кондуктометрические и кулонометрические. В основу принципа действия кондуктометрических приборов положено поглощение анализируемого компонента газовой смеси соответствующим раствором и измерение его электропроводности. Такие газоанализаторы широко применяются для определения концентрации сероводорода, сернистого ангидрида, аммиака, оксида и диоксида углерода. В кулонометрических газоанализаторах электрохимическая реакция протекает в ячейке между анализируемым газом и электролитом, в результате которой во внешней цепи появляется электродвижущая сила, пропорциональная концентрации определяемого компонента воздуха. Этим методом можно измерять содержание в атмосфере сернистого ангидрида, сероводорода, диоксида азота, озона, фтористого и хлористого водорода и др.
В последние годы получили распространение газоанализаторы,
использующие не поглощение, а эмиссию излучения анализируемой
газовой примеси. Сущность этого метода состоит в том, что исследуемые
молекулы, например озона, оксидов азота, соединений серы, тем или иным
способом приводят в состояние оптического возбуждения и затем
регистрируют интенсивность люминесценции, возникающей при
возвращении их в равновесное состояние. Применяются три типа
люминесценции (и соответственно три типа газоанализаторов),
различающихся между собой по типу возбуждения: хемилюминесценция
(возбужденные молекулы возникают в ходе химической реакции),
оптически возбуждаемая люминесценция (флюоресценция) и
люминесценция в пламени (пламенно-фотометрические газоанализаторы).
Радиоизотопный метод измерения концентрации пыли основан на свойстве радиоактивного излучения (обычно β-излучения) поглощаться частицами пыли. Массу уловленной пыли определяют по степени
ослабления радиоактивного излучения при прохождении его через слой накопленной пыли.
Результаты измерения концентрации пыли радиоизотопным методом зависят в некоторой степени от химического и дисперсного состава, что обусловлено особенностью взаимодействия радиоактивного излучения с веществом и нелинейностью зависимости степени поглощения от толщины слоя поглотителя. Однако, как показали исследования, эта погрешность не превышает ± 15%. В то же время методика измерения концентрации пыли радиоизотопным методом проще и не уступает гравитационному методу по точности и чувствительности и при создании автоматических систем контроля атмосферного воздуха вполне может заменить гравитационный метод.
Одним из перспективных способов измерения концентрации пыли является пьезоэлектрический метод. Возможны два варианта этого метода. В основе первого лежит измерение изменений частоты колебаний пьезокристалла при осаждении на его поверхности пыли. Этот метод позволяет непосредственно измерять массовую концентрацию пыли. В основе второго – счет электрических импульсов, возникающих при соударении частиц пыли с пьезокристаллом. Этот метод может быть использован для счетной концентрации частиц пыли.
Стационарный многокомпонентный газоанализатор промышленных выбросов АНКАТ-410 предназначен для непрерывного экологического и технологического контроля топливосжигающих и технологических установок, измеряет концентрации О2, СО, СО2, NО, NО2, SО2, H2S, НCl, NН3, Cl2, а также для анализа отработанных газов тепловозов и других дизельных двигателей. Область его применения: топливосжигающие и технологические установки предприятий энергетики, металлургической, стекольной, химической и нефтяной промышленностей, предприятия производители строительных материалов, железнодорожный транспорт. В анализаторе использован электрохимический и оптикоабсорбционный методы. Способ забора пробы – принудительный (от внешнего побудителя расхода, либо за счет избыточного давления).
НПО «Химавтоматика» Россия выпускает передвижной комплекс,
который предназначен для измерения содержания различных
неорганических веществ в атмосфере, воздухе рабочей зоны; газовых
выбросах, жидких средах, включая взвеси; почвах и донных отложениях на
основе ионного хроматографа («Стайер» или «ЦветЯуза») с
кондуктометрическим детектором. Комплекс позволяет определять концентрации NO, NO2, HNO3, S2–, H2SO4, HCl, HF и NH3 в пробах промышленных выбросов, атмосферного воздуха и воздуха рабочей зоны.
Ранее были разработаны и выпускались стационарные и передвижные лаборатории для контроля воздушного бассейна в городах и
промышленных центрах (Пост, Атмосфера), автоматизированные системы контроля загрязнений атмосферы «Воздух»).
Наиболее распространенные модели приборов для измерения концентраций пыли и газообразных примесей в атмосферном воздухе приведены в табл.4.
| Тип прибора | Метод измерений | Определяемое вещество | Измеряемая концентрация, мг/м3 | Погрешность,% |
| ППА | Гравитационный (фильтрация) | Аэрозоль | Свыше 1,0 | ±20 |
| ПРИЗ | Радиоизотопный (β – излучение) | » | 1-500 | ±15 |
| ФЭКП | Ленточный фотометр | » | 0-4000 | ±20 |
| ФЭН-90 | Нефелометрический | » | 0-300 | ±5,0 |
| АЗ-5 | Счетчик частиц (регистрация рассеянного света) | » | 1-300 | ±20 |
| КДМ-1 | Пьезоэлектрический | » | 0-100 | ±8,0 |
| ОА-5501 | Оптико-акустический | CO;CH4;CO2 | 0-4000 | ±5,0 |
| ФЛ-5601 | Фотоколориметрический | SO2;NH3;NOX;H2S | 0-20 | ±10 |
| «Атмосфера» | Электрохимический | O3;SO2;H2S | 0-15000 | - |
| КУ-3 | Кондуктометрический | CO;CO2;пары бензина | 0-500 | ±5,00 |
| Хемилюминесцентный | NOX | 0-5 | ±3,0 | |
| 645 ХЛ 01 | Хемилюминесцентный | CO;NO2;NO+NO2 | 0-7,5 | ±20 |
| ГПИ-А | Пламенноионизационный | Углеводороды | 0-5 | ±1,0 |
| 623 ИН02 | Хроматографический с пламенноионизационным детектором | Сумма углеводородов,CH4 | 0-50 | ±15-20 |
| 623ЛА01 | Лазерный абсорбционный | CH4 | 0-0,001 | ±25 |
Разработано множество автоматических анализаторов для
определения опасной концентрации метана в шахтной атмосфере. Например, переносные анализаторы метана и диоксида углерода «Сигнал», АМТ-03 предназначены для автоматического контроля и измерения объемной доли метана и диоксида углерода, выдачи световой и звуковой сигнализации при превышении установленных значений объемной доли метана или диоксида углерода в выработках шахт. Способ забора пробы – диффузионный. Принцип действия – термохимический в диапазоне измерения от 0 до 2,5 об.%, термокондуктометрический в диапазоне измерения от 5 до 100 об.%.
Анализаторы метана АТ1-1 и АТ3-1 предназначены для непрерывного местного и централизованного контроля метана, выдачи сигнала на автоматическое отключение электрической энергии контролируемого объекта при достижении предельно допустимой объемной доли метана в угольных шахтах, опасных по газу и пыли, а также для контроля скоплений природного газа в городских подземных коллекторах, подвалах общественных зданий, на газозаправочных станциях, у устья буровых скважин.
Инфракрасные датчики-газоанализаторы ДАК предназначены для непрерывного автоматического измерения довзрывоопасных концентраций метана СН4, пропана С3Н8, суммы предельных углеводородов С1 - С10, в том числе паров нефти и нефтепродуктов, объемной доли диоксида углерода СО2 в воздухе рабочей зоны помещений и открытых пространств, в том числе во взрывоопасных зонах производственных помещений и наружных установок, а также для измерения объемной доли ацетилена С2Н2 в газовых магистралях технологических объектов.
Термохимический сигнализатор концентрации метана СГШР
предназначен для непрерывного автоматического контроля
довзрывоопасных концентраций метана в атмосфере угольных шахт. Сигнализатор используют в составе проходческих или очистных комбайнов, а также компрессорных установок с обеспечением функции автоматического отключения электроэнергии, подаваемой на комбайны, компрессорные установки и другие шахтные устройства и механизмы при превышении концентрацией метана пороговых значений.
В завершение, необходимо отметить целый ряд газовых
хроматографов, позволяющих контролировать в атмосфере токсичные неорганические и органические компоненты.