книги / Промышленный экологический анализ

фейсом типа «20 мАтоковая петля». Предусмотрено также возможное под­ ключение системы к персональной ЭВМ по стандартному интерфейсу RS-232C. В настоящее время реализован конкретный вариант данной АСК в виде гидро­ физического зонда. Разработка этой АСК находится на стадии испытаний опытных образцов.

Основные метрологические характеристики данной АСК приведены в табл. 7.2.

В настоящее время при контроле объектов окружающей среды, в частно­ сти, при анализе вод широкое применение находит проточно-инжекционный анализ. Основанная на этом методе АСК pH, электропроводности, остаточного хлора, аммония и нитритов в воде включает в себя три различных детектора (потенциометрический, кондуктометрический и фотометрический). Первые два детектора позволяют осуществлять непрерывный контроль величины pH и электропроводности анализируемой воды. Фотометрический детектор с диод­ ной матрицей типа АР обеспечивает одновременный контроль пробы воды на различных длинах волн при определении концентрации остаточного хлора, ио­ нов аммония и нитрит-ионов.

Всостав системы входят следующие приборы и устройства:

-спектрофотометр модели 8451А фирмы Hewlett-Packard с диодной мат­ рицей, оснащенной накопителем на гибком диске модели НР-9121, клавиатурой модели 9855А и графопостроителем типа НР-7470А;

-pH-метр модели 3500 фирмы Beckmam с проточной измерительной ячей­ кой "Fiatron 72Г1, снабженной стеклянно-каломельной электродной системой;

-кондуктометр фирмы Metrohm с проточной измерительной ячейкой. В ячейку вмонтированы платиновые электроды, расстояние между которыми мо­

жет изменяться в диапазоне 0,5 - 6 мм;

-самописец РЕС фирмы Radiometer;

-перистальтический насос "Mimpuls" фирмы Gilson;

-инжекционные платы L-100-I фирмы Tecator;

-два 3-ходовых клапана модели 5301 фирмы Rheodyne;

-8-канальный клапан 1103 фирмы Onmifït;

устройство для распределения химических реактивов модели ТМ-П фирмы Tecator.

Система работает в так называемом обратном режиме, так что исследуемая проба воды непрерывно циркулирует через систему. Потенциометрическая и кондуктометрическая ячейки расположены в исследуемом потоке до того мес­ та, где в пробу добавляется какой-либо реактив. Клапаны служат для переклю­ чения подачи в систему соответствующего реактива при фотометрическом ана­ лизе.

При определении содержания нитрит-ионов используются реагенты: суль­ фаниламид и ДО-(1-нафтил)этилендиамин. Для анализа пробы на содержание в ней иона аммония требуется ввод реактива Несслера.

Определение концентрации ионов хлора выполняется различными мето­ дами в зависимости от наличия или отсутствия в анализируемой среде нитритиоиов. Если их нет, то через канал от клапана в систему поступает л-толуидин. При наличии нитрит-ионов используется нормальная конфигурация проточноинжекционной системы путем переключения соответствующих клапанов, кото­ рые обеспечивают подачу раствора метилоранжа. Длина реактора, расположен­ ного перед фотометрическим детектором, варьируется с помощью клапана, так как для проведения калориметрической реакции при определении концентра­ ции ионов аммония и хлора (с о-толуидином) она должна быть в 10 раз боль­ ше, чем при определении концентрации ионов хлора (с метилоранжем) и нит­ рит-ионов.

Предложенный метод проточно-инжекционного анализа воды по перечис­ ленным параметрам превосходит существующие стандартные методы их опре­ деления по скорости, простоте, точности и экономичности использования реа­ гентов.

Метод был опробован при анализе искусственных водных растворов, ими­ тирующих состав питьевой воды, нехлорированной воды, сточных вод различ­ ного происхождения и применен для непрерывного контроля состава городских сточных вод. Перспективно использование таких АСК для контроля качества входных и выходных потоков от установок очистки воды.

Для измерения ультрамикроконцентраций (на уровне микрограмм на кило­ грамм и нанограмм на килограмм) органических компонентов в воде могут быть применены серийные хроматографические системы при условии органи­ зации специальной пробоподготовки анализируемой среды.

В качестве передвижной станции контроля параметров вод может быть ис­ пользован отечественный прибор типа АЦИТ, который предназначен для изме­ рения и регистрации направления и скорости течения, температуры, давления и электропроводности воды. Станция применяется в автономном режиме и в ре­ жиме зондирования с заякоренных судов, оснований и со льда, а также в соста­ ве автоматических дрейфующих станций в морях, океанах, озерах и водохрани-

.пищах на глубине 6000 м. В автономном режиме измеритель подвешивается на тросе буйковых станций на определенной глубине.

Технические характеристики автономного цифрового измерителя направ­ ления и скорости потока, температуры, давления и электропроводности типа АЦИТ

Пределы измерений:

-скорости течения 0, 1 ... 2 м/с;

-температуры +2 ...+36°С;

-электропроводности воды 0...6 См/м;

-давления 0...60 МПа;

-угла наклона (0 ±30)°;

-направления ± 10°

Погрешность измерения: скорости течения ±(0,03+0,05 и), и - скорость те­ чения; температуры ±0,07°С; электропроводности воды ±4 % от верхнего пре­ дела; давления ±1 % от верхнего предела измерения; угла наклона 5°

Цикличность измерения 5, 15, 30 и 60 мин питание от батареи постоянного тока напряжением 9 В.

Габаритные размеры 260x1050 мм. Масса измерителя - 30 кг.

Срок автономной работы до 6 месяцев.

В качестве датчика температур используется платиновый термопреобразо­ ватель сопротивления; датчик электропроводности - двухконтурный индуктив­ ного типа; датчик скорости течения - двухкомпонентный вертушечного типа; датчик давления выполнен в виде манометрической пружины Бурдона с индук­ тивным преобразователем перемещения. Датчиком направления течения явля­ ется электролитический магнитный комплекс. Кроме того, имеется электроли­ тический датчик измерения угла отклонения прибора от вертикальной оси.

Известны стационарные станции измерения параметров качества воды фирмы MediUm-Sensor (Германия).

Оборудование станции зависит от поставленной цели и объекта измерения. Станции служат для измерения параметров питьевой воды, проточных вод, стоячих вод, сточных вод после очистных сооружений, а именно: мутности, окислительно-восстановительного потенциала, содержания фенолов, нитритов, нитратов, углеводорода ТОС, химического и биологического потребления ки­ слорода (CSB и BSB), содержания аммония, цианидов, фосфатов, содержание нефтепродуктов и других параметров.

Станции для измерения параметров воды фирмы MediUm-Sensor состоят из помещения для измерительных приборов, помещения для компьютерной техники (с системой кондиционирования), системы забора проб.

Прибор для обнаружения масляной (нефтяной) плёнки действует в автома­ тическом режиме, устанавливается вне станции, данные передаются к общему накопителю информации.

Для анализа состава воды могут быть использованы хроматографические системы, в частности, фирмой Dionex (США) разработана серия 8100 on-line системных анализаторов сточных вод. Система дает в реальном времени ин­ формацию об уровне тяжелых металлов (Fe, Си, Zn, Со, Сг, РЬ). анионов (фто­ ридов, хлоридов, фосфатов, нитратов, сульфатов) и других ионов, находящихся в сточных водах. При этом обеспечивается контроль за отклонением данных, сигнализация при экстремальных условиях, связь с центральным или другим компьютером через интерфейс RS-232.

Заслуживают внимания разработки некоторых зарубежных фирм, в част­ ности монитор качества воды типа «Aquamer» (Польша). Его аналитические приборы позволяют определять: значение pH; редокс-потенциал; электриче­ скую проводимость; содержание растворенного кислорода; температуру; со­ держание хлоридов, фторидов, цианидов; железа, фосфатов, аммиачного азота; мутность; кислотность, основность, ХПК, общую жесткость, цвет, запах, легкооседающую суспензию; скорость течения; параметры воздуха (температуру, влажность, давление).

7.2.3. АСК загрязнения воздушной среды

Рассмотрим системы контроля загрязнения воздуха, автоматические стан­ ции стационарного и передвижного типов, а также системы контроля промыш­

ленных выбросов в атмосферу. Известна автоматизированная система опера­ тивного контроля воздуха, которая включает в себя сеть контрольно-замерных станций (КЗС), расположенных в точках контроля, одну или несколько цен­ тральных станций (ЦС), связанных с центральным постом (ЦП).

При двухуровневой иерархии операции АСК можно эффективно осущест­ влять на аппаратном уровне операции: измерения концентраций контролируе­ мых ингредиентов и метеопараметров; управления выдачей их значений, на­ пример, с помощью сигналов таймеров через аппаратуру передачи данных (АПД) телефонных каналов связи; приема данных устройством приема данных (УПД) на ЦС; преобразования поступающей информации устройством аппа­ ратной обработки сигналов (УАОС) и передачи их на ЦП к устройству комму­ тации, например, на вход аналогового мультиплексора (AM), управляемого сигналами таймера ЦП, синхронного с таймерами ЦС, и далее, на вход кодера, например, аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Операции приема кодов от АЦП через интерфейсные блоки в ЭВМ обычно организуют на аппаратнопрограммном уровне. Операции же анализа данных и оценки качества атмо­ сферного воздуха производятся на программном уровне.

Обеспечение требуемой конфигурации системы в зависимости от объема решаемых задач контроля производится на программно-управляемом уровне. Изменение конфигурации системы заключается в выборе количества, состава, порядка и цикла опроса каждого элемента архитектуры системы на одном из трех уровней иерархии: датчиков, входящих в каждую КЗС (до 16); КЗС, под­ ключенных к каждой ЦС (до 16); ЦС, подключенных к ЭВМ (до 16). Вариации темпов опроса могут быть от минутного интервала до нескольких часов. Моду­ ли системы собраны на базе устройств широкого применения, а для решения задач контроля достаточно применение микроЭВМ.

Известна отечественная АСК типа АНКОС-АГ , которая ориентирована на контроль загрязнения атмосферного воздуха, в том числе в санитарно-за­ щитных зонах промышленных предприятий.

Всостав системы входят:

-сеть станций автоматического контроля загрязнения атмосферы;

-центр сбора и обработки информации;

-удаленные терминалы пользователей;

-передвижные лаборатории контроля загрязнения атмосферы.

Стационарные станции контроля воздуха. В России выпускается ком-

плёксная автоматизированная лаборатория типа «Пост-2», предназначенная для проведения стандартных наблюдений за чистотой атмосферного воздуха.

Станция обеспечивает автоматическое измерение и запись концентраций окиси углерода и двуокиси серы, автоматический отбор 33 проб воздуха на оп­ ределение 5 газообразных примесей, сажу и пыль; автоматическое измерение и запись направления и скорости ветра, температуры и влажности атмосферного

воздуха с помощью переносных метеоприборов; автоматический отбор проб воздуха по четырем каналам для последующего лабораторного анализа.

Станция представляет собой комплекс технических средств, включающий в себя группу приборов автоматического контроля чистоты атмосферного воз­ духа - газоанализаторов на окись углерода типа ГМК-3, двуокись серы типа ГКП-1; группу приборов для автоматического и ручного отбора проб воздуха на газообразные примеси, сажу и пыль (электрораспираторы типа ЗА-1, ЗА-З, ЗА-ЗО и автоматический воздухоотборник «Компонент»); группу приборов для ручного и автоматического контроля метеопараметров (анеморумбограф типа М67-МР, датчики температуры и влажности, блок согласования, служащий для регистрации значений температуры и влажности автоматическим самопишу­ щим прибором анеморумбографа, термометр типа ТП-6, психрометр типа МБ4М, барометр-анероид типа М67).

Основные технические данные станции контроля:

-пределы измерений и автоматической регистрации двуокиси серы 0...I; 2,5; 10 мг/м*1 и окись углерода 0,40, 80,400 мг/м? ;

-пределы приведенной основной погрешности соответственно 20 и 10 %;

-количество проб на одну из выбранных примесей до 8;

-продолжительность отбора одной пробы 20 ±0,25 мин;

-продолжительность цикла работы для отбора восьми проб по четырем каналам одновременно 5...24 часа;

- максимальная производительность станции по отбору проб воздуха 5*104 проб/год при четырехразовом обслуживании в течение суток;

-габаритные размеры в рабочем положении 2200x2700x7100 мм;

-масса 3,7 т.

В НПО «Аналитприбор» разработан гибкий газоаналитический комплекс для контроля загрязнений атмосферы и воздуха производственных помещений типа АНКАТ 7621, который может быть использован в качестве стационарной станции контроля.

Система позволяет осуществлять контроль таких загрязнителей воздуха, как окиси углерода, двуокиси серы и сероводорода.

В состав системы могут входить до 16 газоаналитических модулей, каж­ дый из которых, с помощью двухпроводной линии связи соединен с блоком об­ работки и регистрации. Газоаналитический модуль имеет диффузионный пробоотбор и цифровую индикацию показаний. Модули анализаторов питаются от источника, который входит в состав блока обработки информации и ее регист­ рации микропроцессорного контроллера. Каждый газоаналитический модуль по линии связи, по цепи питания формирует выходной сигнал европейского стан­ дарта 4-20 мА.

Микропроцессорный контроллер обеспечивает сбор, обработку токовых сигналов модулей, индикацию по каждому ранее выбранному каналу, регист­ рацию результатов измерения с помощью термопринтера.

Микропроцессорный контроллер имеет шину связи с ЭВМ верхнего уров­ ня (интерфейс «Стык-С2»), шину сухих контактов для подключения внешних устройств сигнализации и управления, шину для подключения самопишущих потенциометров.

Основные технические характеристики системы: Габаритные размеры не более, мм:

-модуля газоанализатора 180x100x170,

-блока обработки и регистрации 480x285x70. Масса не более, кг:

-модуля газоанализатора 1,5,

-блока обработки и регистрации 10, Диапазон измерения:

-для диоксида серы 0...20, 50,200 мг/м3,

-для оксида углерода 0...50,200, 1000 мг/м3,

-для сероводорода 0...20, 50,200 мг/м3

Предел допускаемой основной погрешности (приведенной) для всех газо­ аналитических модулей равен ±20 %.

Время установления показаний TQ$ не более 60 с. Потребляемая мощность:

-модуля газоанализатора не более 1 Вт,

-блока обработки и регистрации не более 60 Вт.

Метрологическое обеспечение приборов при выпуске из производства и в процессе эксплуатации будет осуществляться с помощью генераторов газов на основе микродозаторов и разбиваемых ампул.

В газоанализаторах используются электрохимические ячейки. Система имеет возможности расширений по мере разработки новых электрохимических ячеек и готовности их метрологического обеспечения.

Известна станция типа АСКЗ-АГ, предназначенная для непрерывного ав­ томатического измерения, обработки, регистрации, хранения информации о концентрации загрязнителей атмосферы и значениях 4 метеопараметров. Сис­ тема может быть использована в составе головных АСК атмосферы.

Станция включает в себя павильон с внешними и внутренними вспомога­ тельными устройствами, автоматическую газоаналитическую аппаратуру, ком­ плекс метеодатчиков, устройство сбора и обработки информации и регистри­ рующее устройство.

Система имеет следующие технические данные. Количество каналов изме­ рения: загрязнителей 9, метеопараметров 4. Время автономной работы станции 15 суток. Диапазоны измерения концентрации загрязнителей: О2 - 0...5,0 мг/м3;

загрязнителей: О2 ±20 %; суммы углеводородов без метана и озона ±20 %; СО ±7 %; суммы окислов: азота ±30 %, Cüj ±15 %. Диапазоны измерения метео-

параметров: температуры воздуха -50...+50°С; относительной влажности возду­ ха 15...98 %; скорости ветра 1,5...40 м/с. Погрешность измёрения метеопарамет­ ров: температуры воздуха ±2СС; относительной влажности ±5 %; скорости вет­ ра ±(0,65+0,05) м/с.

Питание системы - от трехфазной сети переменного тока с нулевым про­ водом; напряжение 220 В, частота 50 Гц. Потребляемая мощность 10 кВА. Масса станции 5000 кг В комплект поставки входит: павильон, устройство от­ бора и обработки информации, анализаторы ГИАМ-1, 667 ФФ01, 645 ХЛ 01, 623 ИН 02, 652 ХЛ 01; анеморумбограф М63 МР, батарея пожаротушения БДГЭ-2, гигрометр сорбционный ГС-210, датчик температуры М-121, комплект ЗИП, документация.

НПФ «Диэм» (Россия) разработана стационарная станция мониторинга ат­ мосферы, предназначенная для выполнения круглосуточных автоматических измерений метеорологических параметров атмосферы и концентраций опреде­ ленного набора загрязняющих веществ в атмосферном воздухе в заданной точ­ ке местности и передача результатов измерений для дальнейшей обработки. Отличительными особенностями станции являются: открытость - возможность комплектования любыми стандартными газоанализаторами и метеорологиче­ ским оборудованием российского или зарубежного производства; автоматиче­ ское управление измерительным процессом на основе встроенного индустри­ ального управляющего компьютера; хранение в памяти управляющего компью­ тера результатов измерений за последние 30 суток (в течение неограниченного времени при отключении внешнего электропитания); автоматическая калиб­ ровка газоанализаторов и кампарирование погрешностей измерения в режиме реального времени; автоматическая передача результатов измерений по телефону и радиоканалам; дистанционный контроль технического состояния оборудования пожарной опасности и вскрытия станции; дистанционное управ­ ление режимами работы станции; автоматический самозапуск при перерывах внешнего электропитания; автономность работы не менее 30 суток.

В состав станции входят павильон с мачтовым устройством, система жиз­ необеспечения и энергоснабжения, система измерительная.

Система жизнеобеспечения и энергоснабжения обеспечивает: -электропитание от сети переменного тока напряжением 220 В (380 В),

частота 50. Гц; - стабилизацию электропитания станции 220 В ± 10% при внешнем элек­

тропитании 220 В ± 30 % (потребляемая мощность станции не более 3,5 кВт, время бесперебойного электропитания устройства управления станции при от­ ключении внешнего электропитания - 6 часов);

-рабочую температуру внутри станции: +(20 ± 2) °С (поддерживается ав­ томатически при температуре окружающего воздуха от -50 до +50°С, допусти­ мые пределы рабочей температуры внутри станции от +10 до +35°С , при выхо­

де температуры за эти пределы аварийное отключение измерительной систе­ мы);

-автоматическое отключение электропитания при пожарной опасности.

Всостав системы измерительной входят :

1) комплекс метеорологический с диапазонами измерения:

-скорость ветра 0,5 ... 50,0 м/с2,

-направление ветра0 ... 360 град,

-температура -50...+50°С,

-влажность 15-98, %,

-давление 0 ... 800 мм рт. ст.,

-радиационный гамма-фон 10 ... 10 000 мкР/ч;

2) комплекс газоаналитический (базовый комплект) для измерения концентраций:

- оксида углерода СО (принцип измерения - фотометрический в инфра­ красной области спектра),

оксидов азота NO - N 02-NOx (принцип измерения: хемилюминисцент-

ный),

-аммиака NH3(принцип измерения - хемилюминесцентный),

-двуокиси серы S02 (принцип измерения - УФ-флуоресцентный ),

-сероводорода H2S (принцип измерения - УФ-флуоресцентный),

-суммарных углеводородов Cn Н т (принцип измерения - пламенно-иони­ зационный),

-метана СН4(принцип измерения - пламенно-ионизационный).

Комплекс газоаналитический может быть укомплектован любыми другими измерительными приборами, имеющими унифицированные токовые выходы или стандартные интерфейсы RS-232, RS-423;

3)подсистема пробоотбора и пробоподготовки, обеспечивающая первич­ ную очистку пробы от пыли, подогрев пробы до 20°С, слив конденсата;

4)подсистема калибровки автоматическая «нуль-газом» от генератора чис­ того воздуха и реперными газами от .газогенераторов;

5)подсистема управляющая на базе управляющего компьютера, осуществ­ ляющая опрос газоанализаторов, первичную обработку и накопление результа­ тов измерений, формирование и передачу сообщений, прием и выполнение ко­ манд телеуправления.

Передвижные станции контроля воздуха. В России выпускается пере­ движная лаборатория для исследования атмосферных загрязнений типа «Атмо- сфера-П». Станция предназначена для контроля за загрязнением атмосферного воздуха в городах и зонах размещения промышленных объектов, для наблюде­ ния за распространением вредных веществ от промышленных источников, а также для метеорологических наблюдений. Станция позволяет проводить рабо­ ту на двух выносных пунктах, обеспечивает инструментальный анализ воздуха на содержание сернистого газа, сероводорода, озона и хлора, одновременный