Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Промышленный экологический анализ

..pdf
Скачиваний:
1
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
11.05 Mб
Скачать

Рис.6.1 .Схема лабораторного анализа снеговой пробы

снега, так как при хранении талой воды в течение 4 - 5 часов на стенках сосуда, у поверхности образуется несмываемая жирная сажистая пленка углеводород­ ных соединений, захватывающая часть тонкодисперсной фракции твердых час­ тиц, что приводит к непригодности пробы для. анализа на углеводородные со­ единения и искажает истинное содержание в пробе других ингредиентов; осадок твердых частиц должен быть полностью перенесен на фильтр. Фильтр должен плотно прилегать к стенкам воронки, при фильтровании к нему прикасаться нельзя. Во избежание повреждения фильтра следует предохранять его от попа­ дания комков нерастаявшего снега.

Для растапливания снег переносят в стаканы, при этом из него пинцетом выбирают и отбрасывают веточки, листья, хвою, траву и другие растительные остатки. Выбирать их с поверхности фильтра нельзя. Крупные одиночные рас­ тительные включения следует извлечь из талой воды в стакане, так как они не являются составной частью антропогенного загрязнения. Извлечение из пробы растительных включений необходимо потому, что включения, попадая на фильтр, увеличивают его массу и, следовательно, снижают значение опреде­

Доставленную со снегового маршрута пробу растапливают при комнатной температуре в закрытом крышкой или пленкой полиэтиленовом ведре и отстаи­ вают в течение 1 суток (предварительно ведро тщательно промывают дистил­ лированной водой). 2 дм' отстоявшейся воды осторожно, не взмучивая осадок, переливают в бутылку, замерив ее объем. Бутылки герметично закрывают пробкой, наклеивают этикетки с надписью «Не отфильтрована». Затем измеря­ ют всю оставшуюся в ведре воду и фиксируют общий объем талой воды из пробы снега. Бутылки упаковывают и отсылают в химическую лабораторию.

Исследования проб на содержание химических соединений выполняют по специальным методикам, используя общепринятые физико-химические методы исследования.

При написании главы было использовано «Руководство по контролю за­ грязнения атмосферы» РД 52.04.186-89 (М., 1991).

7. АВТОМАТИЗАЦИЯ АНАЛИТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Управление качеством окружающей среды невозможно без адекватной информации о ее состоянии.

Успешное решение проблемы охраны окружающей среды возможно толь­ ко при наличии средств, обеспечивающих оперативное получение информации о загрязнениях воздушного и водного бассейнов. В настоящее время многие фирмы, научно-исследовательские и конструкторские организации в нашей стране и за рубежом разрабатывают и выпускают различные средства контроля загрязнений окружающей среды, в том числе автоматические системы (стан­ ции), основой которых являются автоматические анализаторы концентраций отдельных компонентов.

Различают следующие формы мониторинга - глобальный, региональный, локальный (линейный), точечный.

7.1. Средства получения, обработки и передачи

информации в составе комплексного мониторинга

Инструментальной базой систем контроля природной среды является ком­ плекс технических средств автоматизированных систем контроля (АСК) за­ грязнения окружающей среды. Разработка таких АСК ведется в настоящее вре­ мя во всех промышленно развитых странах, в том числе и в России. Цель по­ добных разработок - создание развитой сети информационно-измерительных систем контроля загрязнения окружающей среды, начиная от низовых систем контроля для промышленных предприятий до общегосударственной службы наблюдения и контроля.

В зависимости от задач, решаемых АСК, их можно классифицировать по следующим типам: промышленные, городские, региональные, общегосударст­ венные и глобальные.

Промышленные АСК предназначены для контроля выбросов промышлен­ ных предприятий, а также оценки степени загрязнения в районе его санитарно­ защитной зоны. Обычно такие АСК входят в состав АСУ предприятия и ис­ пользуют датчики, характерные для выбросов данного предприятия, а также метеодатчики. Места контрольных пунктов выбирают в зависимости от мест выбросов предприятия, розы ветров и размещения жилых зданий в районе предприятия.

Городские АСК используются для измерения уровня загрязнения город­ ской сферы выбросами многих предприятий, автотранспортом, а также гидро­ метеорологических параметров. Они позволяют анализировать степень чистоты окружающей среды в зависимости от погоды, сезона, определяют степень опасности каждого из источников загрязнения, выявляют его роль в общем за­

грязнении среды, информируют об уровне загрязнения различные службы и ор­ ганизации. В состав городских АСК входят отдельные подсистемы сбора дан­ ных, выполненные в виде специализированных устройств на базе микроЭВМ с определенным набором датчиков, и связанные через подсистемы передачи дан­ ных с подсистемами обработки данных; промышленные системы могут входить на правах подсистем низшего ранга.

Региональные АСК предназначены для статистической обработки данных о загрязнении окружающей среды на значительных ^территориях. Они могут включать в себя несколько городских АСК. С помощью региональных АСК проводятся исследования условий загрязнения и соблюдения требуемых стан­ дартов качества среды, разработка усовершенствованных методов контроля и регистрации загрязнений, оценка последствий загрязнения, выдается необхо­ димая информация непосредственными пользователями данных - инспектора­ ми по охране окружающей среды и через сети передачи данных в федеральную АСК.

В рекомендациях специальной комиссии СКОПЕ (Научный комитет по проблемам окружающей среды) при ЮНЕСКО в 1972 г появились первые предложения по Глобальной системе мониторинга окружающей среды (Сток­ гольмская конференция ООН по окружающей среде). Однако такая система не создана по сей день из-за разногласий в объемах, формах и объектах монито­ ринга, распределении обязанностей между уже существующими системами на­ блюдений Такие же проблемы и у нас в стране, поэтому, когда возникает ост­ рая необходимость режимных наблюдений за окружающей средой, каждая от­ расль должна создавать свою локальную систему мониторинга.

Общая структура аппаратных средств сети наземных измерений в системе комплексного мониторинга:

1.Для низового уровня:

стационарные посты по воздуху и воде;

передвижные и стационарные лаборатории по состоянию атмосферы, во­ ды, почвы, снега;

передвижные станции контроля выбросов и сбросов;

инспекционные службы;

службы получения данных от населения.

Число стационарных и передвижных станций и постов определяется в ре­ зультате проведения исследований и расчетов на имеющихся моделях конкрет­ ной природно-технической геосистемы (или природно-территориального ком­ плекса), а также на основании накопленного опыта наблюдений за окружающей

средой.

2. Для среднего уровня: центры сбора и обработки информации, полученной в низовых сетях, отличающиеся друг от друга спецификой и сложностью решаемых задач.

3.Для высшего уровня: пользователи информации, полученной в центрах

еесбора и обработки.

Непосредственными пользователями данных являются инспектора по ох­ ране окружающей среды.

К числу основных составляющих сети мониторинга относятся датчики и анализаторы; устройства загрузки данных; устройства передачи данных и др.

В качестве устройств загрузки данных используются либо универсальные программируемые логические контроллеры, либо специализированные микро­ процессорные контроллеры.

Устройства передачи данных состоят из передающей и принимающей ап­ паратуры. В качестве передающей аппаратуры применяются серийные теле­ фонные модемы, использующие стандартные протоколы CCITT. В качестве принимающей аппаратуры при небольшом числе локальных узлов сети на пер­ вой стадии работы можно использовать те же модемы, стыкуя их с персональ­ ными компьютерами типа IBM. По мере увеличения числа узлов и доведения их до 100-150 шт. для работы в реальном времени необходимо использовать коммутаторы (отечественные или зарубежные).

7.1.1.Требования к средствам обработки информации

Виерархически построенной сети наземных измерений вычислительные средства обработки информации используются практически на всех уровнях сети. В стационарных и передвижных постах загрузчик данных не только управляет работой анализаторов, но и производит первичную обработку соб­ ранных данных. В локальных и центральном вычислительных центрах вычис­ ляются по моделям уровни загрязнения среды по основным и дополнительным ингредиентам, строятся карты изолиний, рассчитываются прогнозы, вычисля­ ются вероятные источники загрязнений и т. п. Специфику решаемых задач, требования надежности и работы в реальном времени необходимо учитывать при проектировании вычислительных центров.

Вычислительный центр мониторинга загрязнений выполняет следующие функции:

• управление работой сети наземных измерений в оперативном, штормо­ вом режимах и режиме проверки работоспособности;

• сбор информации от стационарных постов и передвижных лабораторий контроля загрязнений;

ведение банков данных оперативного и долговременного хранения ин­ формации с обеспечением надежности хранения информации и защиты от не­ санкционированного доступа;

обработка информации для получения общей картины загрязнений, для вычисления прогнозов, интегральных оценок экологического состояния среды

идр.;

подготовка и выдача информации о загрязнениях в плановом порядке в виде сводных таблиц, картографического материала и т. п.;

передача информации в автоматическом режиме в главный вычислитель­ ный центр.

Вычислительный центр мониторинга выбросов выполняет следующие функции управления работой всех служб наблюдения:

автоматический и автоматизированный сбор информации от арбитраж­

ных стационарных постов и передвижных лабораторий контроля выбросов;

• ведение банков данных информации о выбросах и информации, собран­ ной службами наблюдения с обеспечением надежности хранения информации

изащитой от несанкционированного доступа;

обработка информации для определения вероятных источников выбро­ сов, вычисление объемов выбросов по предприятиям, подготовка предложений по природоохранным мероприятиям, вычисление ущерба от выбросов в окру­ жающую среду ит. п.;

подготовка в плановом порядке и по запросам справок, сводок о текущем состоянии по загрязнению и выбросам в окружающую среду,.ходе и эффектив­ ности проведения природоохранных мероприятий.

Сравнение функций, выполняемых центрами мониторинга загрязнений и выбросов, показывает, что состав вычислительных центров может быть доста­ точно близок по аппаратурной части и отличаться лишь составом программно­ го обеспечения. Естественно, возникает желание объединить оба центра в один. Однако более целесообразно оставить две независимые службы контроля за­ грязнений и контроля выбросов и соответственно два вычислительных центра.

Приведем некоторые аргументы в пользу данного технического решения:

контроль загрязнений в нашей стране исторически проводился в системе Госкомгидромета и существенно связан с комплексом гидрометеорологических наблюдений;

разработка и проведение природоохранных мероприятий в России пору­ чены природоохранительным комитетам. Эта деятельность предполагает нали­ чие развитых инспекционных служб, в том числе и для слежения за выбросами от предприятий;

две службы контроля окружающей среды лишь частично перекрывают функции друг друга. В то же время наличие двух служб существенно повышает достоверность получаемой информации и надежность работы системы назем­ ного мониторинга в целом;

стоимость собственно вычислительного центра незначительна по сравне­ нию с измерительными средствами и стоимостью системы передачи данных, поэтому наличие двух центров ие увеличивает заметно стоимость системы мо­ ниторинга в целом и число обслуживающих специалистов.

В целом аппаратура вычислительных центров включает в себя централь­ ную ЭВМ. коммуникационную систему для приема и передачи данных и неко-

торое количество специальных автоматизированных рабочих мест (АРМ) для решения прикладных задач обработки и отображения информации.

7.1.2. Задачи регионалынш сети и основные требования к ней

Сеть передачи данных наземных измерений со станций комплексного мо­ ниторинга решает следующие задачи:

регулярная (один раз в 10 мин, 30 мин, 1 ч и т. п.) передача данных изме­ рений от стационарных постов и передвижных лабораторий;

передача данных, поступающих от населения о тревожных и аварийных ситуациях:

передача данных по каналам связи от вычислительного центра пользова­ телям информации (исполнительной власти, населению и т. п.).

Данные, передаваемые от стационарных постов и передвижных лаборато­ рий, невелики по объему (сотни байт), но передаются достаточно часто. Ско­

рость передачи данных невелика - сотни бит в секунду. Требования к надежно­ сти передаваемых данных не предельно жесткие, так как протекающие процес­ сы в атмосфере и воде имеют скорость распространения десятки минут, часы.

Данные от вычислительного центра пользователям должны передаваться 1-2 раза в сутки, объем их достаточно велик (единицы и десятки килобайт). По­ этому скорость передачи и требования к надежности передачи данных должны быть достаточно высоки.

При передаче данных отточек измерения передатчиком является загрузчик данных, а приемником - оконечная. ЭВМ типа IBM в вычислительном центре. При передаче данных пользователям передатчиком является оконечная ЭВМ типа IBM, а приемником выступает АРМ эколога, установленное в исполни­ тельных и других заинтересованных службах. Наконец, при передаче данных от населения передатчиком и приемником является человек. Во всех случаях рас­ стояние между абонентами сети передачи данных может измеряться десятками километров.

Важным вопросом npoeicrapoBàHHfl сети передачи данных является выбор каналов связи и технических средств передачи. В качестве каналов связи могут выступать радио, сотовая телефонная связь и традиционные телефонные линии, телеграф, телетайп, радиорелейные линии.

Использование автоматической радиотелефонной связи, широко распро­ страненной в развитых странах, - дело будущего для России. При использова­ нии телеграфных, телетайпных, радиорелейных линий для передачи данных от точек измерения возникает необходимость в разработке дополнительного аппа­ ратного и программного обеспечения для стыковки каналов связи с оконечны­ ми ЭВМ, что затягивает и удорожает разработку сети наземных измерений.

Таким образом, для передачи данных от стационарных постов и передвиж­ ных лабораторий в настоящее время целесообразно использовать в основном

телефонные линии, тем более,что эксперименты показали достаточную надеж­ ность телефонных линий при низкой скорости передачи (до 300 Бод).

7.1.3. Информационное и программное обеспечение

Информационное обеспечение системы комплексного; экологического мо­ ниторинга должно содержать:

упорядоченную структуру информационных.потоков (входных, внутрен­ них, выходных);

инфраструктуру собственно информационной базы данных;

методики сбора данных от стационарных и передвижных постов;

методики передачи данных, полученных от постов различного уровня, включая лидары;

методики обработки данных и расчета интегральных показателей состоя­ ния окружающей среды;

методики определения источников выбросов;

структуру пользовательских организаций сети и эксплуатационных служб.

Программное обеспечение сети комплексного экологического мониторин­ га должно включать:

развитые операционные системы;

стандартные базы данных типа dBASE, ORACLE с драйверами для пере­ дачи данных между различными ЭВМ;

картографическое и трафопостроительное обеспечение типа MERKATOR;

мониторы для управления сбором данных;

прикладные пакеты программ, работающие в реальном времени, для об­ работки и передачи данных от стационарных и передвижных постов наблюде­ ния;

прикладные пакеты программ для построения прогнозов и определения источников выбросов.

7.1.4.Базы данных сети мониторинга

Базой данных называют совокупность хранимых операционных данных, используемых прикладными системами некоторого потребителя. Основопола­ гающим при проектировании или выборе структуры базы данных является мо­ дель представления данных.

По способу организации баз данных различают реляционные, иерархиче­ ские и сетевые базы данных.

Реляционные базы данных строятся на основе реляционной модели дан­ ных, использующей математическое понятие теоретико-множественного отно­ шения. База данных при этом представляется в .виде совокупности таблиц.

Иерархические базы данных строятся на основе иерархической модели данных, в которой данные имеют структуру простого дерева. База данных представляется при этом в виде совокупности деревьев.

Сетевые базы данных строятся на основе сетевой модели данных, в кото­ рой данные имеют структуру ориентированного графа. База данных представ­ ляется ориентированной сетью.

Выбор конкретной базы данных зависит от характера выполняемых задач. В соответствии с общей структурой сети наземных измерений должны быть созданы следующие основные базы данных: по воздуху, выбросам и отходам, водным объектам, картографии и др. Большинство из них целесообразно стро­ ить как реляционные, используя, например, dBASE. В то же время, скажем, для картографических систем могут быть использованы базы данных иерархиче­ ского типа.

Способы доступа в базу данных должны быть простыми и «направляемы­ ми» самой системой. Порядок доступа должен зависеть от организации базы данных.

Уровень доступа определяет точку входа в базу данных и область ее выво­ да на экран: чем выше уровень доступа, тем более обширной будет представ­ ленная информация.

Частная, с точки зрения потребителей, база данных создается на трех уровнях:

1 ) уровень доступа в базу данных;

2)уровень прикладных программ;

3)уровень данных.

На уровне доступа в базу данных осуществляется управление авторизо­ ванным доступом и собственно доступ в базу данных. Затем потребитель вхо­ дит в уровень прикладных программ, в котором он может выполнить опреде­ ленное число функций в зависимости от разрешенного уровня доступа. Выпол­ нив функции, потребитель попадает в уровень данных.

Способы взаимодействия потребителя с архивом, прикладными програм­ мами и данными не должны зависеть от деталей построения базы данных. Тех­ нико-конструктивные аспекты должны входить в исключительную компетен­ цию ответственного администратора и операторов системы, а потребитель должен подключаться только к прикладным функциям системы.

База должна иметь защиту от несанкционированного доступа на любом уровне.

7.2. АСК загрязнения окружающей среды

7.2.1. Общая характеристика АСК

Рассмотрим известные отечественные и зарубежные АСК загрязнения во­ ды, воздуха и почвы, включая системы контроля промышленных выбросов.