очного и заочного форм обучения

Вид материала

Содержание

Монтаж системы.
Отбор проб в сосуды
6 Определение вредного вещества в воздухе
7 Определение термодинамических характеристик
8 Определение скорости и расхода газовоздушных смесей
9 Определение запыленности газовоздушных потоков и атмосферного воздуха
Определение запыленности газовоздушных потоков
С - концентрация пыли в газовоздушной смеси на выбросе в атмосферу; Q
10 Методы анализа
11 Методы физико-химических исследований
12 Фотометрический метод

Подобный материал:

1 2 3

Монтаж системы. При отборе проб на короткую изогнутую трубку широкой части поглотителя надевают резиновую трубку (шланг) и конец этого шланга присоединяют к аспиратору. Таким образом, исследуемый воздух, проходя через длинный отрезок трубки, попадает в поглотительный раствор, улавливающие искомое вещество, и выходит через аспиратор.

Рисунок 5 - Поглотитель Петри

Для улавливания веществ, находящихся в воздухе в виде пыли и аэрозолей дезинтеграции или конденсации, используются металлические или пластмассовые патроны (рисунок 6), в которые закладываются фильтры АФА или беззольные бумажные.

Фильтры АФА изготавливаются в виде дисков с спрессованными краями, вложенных в защитные кольца. Рабочая площадь фильтров 10 и 20 см², они обладают высокой фильтрующей активностью и малым аэродинамическим сопротивлением, что позволяет аспирировать воздух с большой скоростью, сокращая этим время отбора проб. Фильтры АФА-ВП гидрофобные, т.е. водоотталкивающие, и при весовом анализе не требуется их высушивать. Для химического анализа применяют следующие фильтры: АФА-ХП, АФА-ХМ, АФА-ХС. Фильтры АФА-У способны задерживать не только аэрозоли, но и газы.

а) поглотитель Рихтера

б) патроны для отбора проб пыли на фильтры

Рисунок 6

Для отбора проб воздуха используют также специальные сорбционные трубки, в которых в качестве улавливателя токсичных веществ применяется стеклянный порошок, пропитанный соответствующими растворами и помещенный между двумя перфорированными перегородками (рисунок 7). Этот метод отбора повышает селективность и чувствительность анализа, что позволяет использовать трубки и для исследования атмосферного воздуха. Сорбционные трубки являются устройствами многоразового использования и компактными, что особенно удобно в экспедиционных условиях. В этом заключается их преимущество перед поглотительными приборами.

В том случае, когда искомое вещество находится в воздухе одновременно в виде паров и аэрозолей, а метод отбора проб предусматривает его определение только в парообразном состоянии, следует перед поглотительными приборами помещать патрон с фильтром для задержания аэрозоля. Для определения количества вещества, содержащегося в воздухе в виде аэрозоля, рекомендуется одновременно с пробой на «пары» в течение такого же времени произвести отбор пробы на фильтры со скоростью не менее 5 дм³/мин.

Рисунок 7 - Сорбционные трубки

Отбор проб в сосуды. Аспирационный метод имеет ряд недостатков: во-первых, он трудоемок и, во-вторых, требует длительного времени (до 30 мин), аспирации, что может привести к усреднению концентрации токсичных веществ, в то время как концентрация веществ в воздухе меняется довольно быстро. Кроме аспирационного метода, применяются одномоментные методы отбора проб воздуха. Эти методы удобны тем, что позволяют быстро отобрать пробу. Они применяются в тех случаях, когда благодаря наличию чувствительного метода исследования можно ограничиться небольшими объемами исследуемого воздуха и нет необходимости концентрировать (накапливать) в пробе искомое вещество.

Для отбора проб используются различные емкости: газовые пипетки, бутыли, резиновые камеры (рисунок 8), шприцы.

При отборе проб воздуха необходимо фиксировать дату, время (часы, минуты начала и окончания отбора), номер поглотительного прибора, скорость аспирации, температуру окружающего воздуха, место отбора, технологический процесс, расстояние от пола, источника выделения вредного вещества и условия отбора (работу вентиляции, открыты или закрыты окна, двери в помещении, процент работающего в этот момент оборудования, число находящихся в помещении людей и т.д.), фамилию, имя и отчество отборщика проб, руководителя отбора и представителя предприятия. Все данные должны быть внесены в лабораторный журнал.

а) газовая пипетка

б) отбор проб воздуха с помощью газовых пипеток

Рисунок 8

6 Определение вредного вещества в воздухе

Содержание вредного вещества в воздухе рассчитывается по формуле [4]

мг/м^э

где а - количество вещества, найденное в анализируемом объеме

пробы, мкг;

V₁ - общий объем пробы, см³;

V - объем пробы, взятый для анализа, см³;

V₀ - объем воздуха, отобранный для анализа и приведенный к

нормальным условиям, дм³.

Объем воздуха, который был аспирирован при отборе проб (V_t), приводят к стандартным (нормальным) условиям: температуре 20°С (0°С) и барометрическому давлению 760 мм. рт. ст. по формулам

где V_t - объем воздуха, который отобран в производственных условиях, дм³;

В -атмосферное давление, мм. рт. ст.;

t - температура воздуха при отборе воздуха, °С;

V_с - объем сосуда, дм³.

7 Определение термодинамических характеристик

Для оценки физических свойств воздуха измеряются следующие показатели: температура, влажность, скорость движения и атмосферное давление. Поскольку нормирование ведется по отдельным показателям, предварительно они определяются и оцениваются раздельно и являются исходными данными для комплексной оценки метеорологических факторов.

Температура – это физическая величина, характеризующая термодинамическое равновесие системы.

Приборы, измеряющие температуру воздуха, подразделяют на фиксирующие (максимальные и минимальные) и измеряющие (в момент наблюдения).

Максимальные термометры обычно ртутные, минимальные - спиртовые, измеряющие – жидкостные (спиртовые, ртутные) и электрические.

Чаще применяются ртутные термометры, они более точные, измеряют температуру воздуха в пределах от -35 до +357°С; с помощью спиртовых термометров удобно измерять низкие температуры воздуха (до -130°С). Точка кипения спирта 78,3°С; ртуть замерзает при - 39,4°С.

8 Определение скорости и расхода газовоздушных смесей

Последние годы характеризуются усилением антропогенного воздействия загрязняющих веществ на природную среду. В выбросах промышленных предприятий и транспорта содержится большое число различных вредных примесей.

Для предотвращения или снижения загрязнения окружающей среды проводятся различные мероприятия. В основе всех мероприятий лежит контроль за содержанием вредных веществ в выбросах промышленных предприятий, транспорта и в атмосферном воздухе.

Количество выбрасываемых вредных веществ в атмосферу определяется объемом пылегазовоздушной смеси, поступающей от источника загрязнения и их концентраций в этой смеси. При определении величины выбросов основными являются прямые методы измерения объемов газовоздушной смеси и концентрации вредных веществ в местах их выброса или после газоулавливающей установки.

Ко всем приборам измерения скорости и расходов предъявляются следующие требования:

1) широкий диапазон измерения расхода;

2) погрешность измерения не более +1% от диапазона шкалы;

3) постоянное время прибора - не более 0,5 секунд;

4) независимость результата от давления в трубопроводе;

5) наименьшие потери давления и искажения потока;

6) наименьшая зависимость показаний от влияния внешних условий;

7) наименьшие искажения характеристик прибора, связанные с изменением физических параметров среды;

8) возможность измерения расхода агрессивных и токсичных сред;

9) технологичность конструкции и простота эксплуатации.

Метод определения скорости и расхода газа основан на измерении с помощью пневмометрических трубок и микроманометров динамического газа (пневмометрический метод) и метод определения скорости газовоздушного потока анемометрами. Он рекомендуется для определения скорости и объемного расхода газопылевых потоков, отходящих от источников загрязнения в воздуховодах со скоростью не менее 4 м/с.

Измерения проводят при установившемся движении потока газа. Измерительное сечение следует выбирать на прямом участке воздуховода на достаточном расстоянии от мест, где изменяется направление потока газа (колена, задвижки и т.д.) или площадь поперечного сечения газохода (задвижки, дросселирующие устройства и т.д.).

Рисунок 9 - Пневмометрическая трубка конструкции НИИ

1 - термометр; 2,4 - контрольная и рабочая напорные трубки; 3, 7 - микроманометры для измерения динамического давления в контрольной и рабочих точках; 5 - линейка; 6 - стальной пруток; 8 - воздуховод; 9 - штуцер; 10 - резиновые трубки.

Рисунок 10 - Схема установки приборов в газоходе

Трубка пневмометрическая конструкции НИИОГаза (рисунок 9) состоит из двух трубок диаметром 8 мм. Входной носик трубки 1, расположенный навстречу воздушному потоку, воспринимает полный напор, т.е. сумму динамического и статического напора. Прорезь трубки 2 воспринимает только статический напор. Оба конца пневмометрической трубки соединяют резиновыми шлангами с микроманометром. При этом трубку полного давления соединяют к штуцеру микроманометра со знаком «+», а трубку статического давления - к штуцеру со знаком «-» (рисунок 10).

9 Определение запыленности газовоздушных потоков и атмосферного воздуха

Определение запыленности воздуха

Пыль является аэрозолем. Аэрозоли представляют собой частицы вещества (твердые или жидкие) во взвешенном состоянии. Они распространены в приземном слое, тропосфере и стратосфере. Время жизни их различно: от нескольких часов до многих лет. В тропосфере различают 3 типа распределения частиц: фоновое, океаническое и континентальное. Частицы попадают в атмосферу с Земли в готовом виде, но значительная их часть образуется в результате химических реакций между газообразными, жидкими и твердыми веществами, включая пары воды.

Большое количество аэрозолей образуется в результате естественных природных процессов, но немалая их доля имеет антропогенное происхождение. Основной источник антропогенных аэрозолей - процесс горения. Энергетика и транспорт дают 2/3 общего количества антропогенных аэрозолей. Среди прочих источников аэрозолей - металлургические предприятия, производство строительных материалов, химические производства.

Аэрозоли способны изменять климат Земли, осаждаясь в альвеолах легких, они вызывают тяжелое заболевание у людей - пневмокониозы. Частицы аэрозоли могут нести на себе радиоактивность, вирусы, микробы, грибки, вызывать смоги и кислые дожди, то есть создавать угрозу не только живым существам, но и машинам, механизмам, приборам, качеству чистых материалов. Кроме того, пыль уносит с выбросами ценные материалы и может стать причиной разрушительных взрывов.

Для количественной характеристики запыленности воздуха в настоящее время используется преимущественно весовой метод (гравиметрия). Кроме того, существует счетный метод. Весовые показатели определяют массу пыли в единице объема воздуха. Это прямые методы измерения запыленности. Существует также группа косвенных методов измерения запыленности. Под косвенными понимают методы измерения как с выделением пыли из воздуха, так и без выделения, основанные на определении ее массы путем использования различных физических явлений (интенсивности излучения, электрического поля, оптической плотности и т.д.).

Наиболее распространенным является гравиметрический метод определения весовой концентрации пыли. Через аналитический фильтр просасывают определенный объем запыленного воздуха. Массу всей витающей пыли без разделения на фракции рассчитывают по увеличению массы фильтра. Лучшими являются фильтры из ткани ФГТП. Метод применяется для определения разовых и среднесуточных концентраций пыли в воздухе населенных пунктов и санитарно-защитных зон в диапазоне 0,04-10 мг/м³.

Определение запыленности газовоздушных потоков

Под запыленностью воздуха понимают массовую концентрацию пыли в воздухе. Отбор пыли проводят с помощью пылезаборных трубок. При отборе пробы необходимо соблюдать условие изокинетичности, т.е. равенства скорости газовых потоков в точке отбора и во входном отверстии заборной трубки [2].

Для улавливания пыли, содержащейся в отобранном объёме воздуха, применяют два основных способа осаждения пыли: внешняя и внутренняя фильтрации. Под фильтрацией понимают процесс осаждения пыли на бумажных, тканевых, керамических фильтрах и на слое стекловаты.

При внешней фильтрации осаждение пыли из отобранного объёма воздуха происходит в фильтрующем устройстве, расположенном вне воздуховода, а при внутренней – в воздуховоде. Метод внешней фильтрации обеспечивает быструю смену фильтра без извлечения заборной трубки из воздуховода. Метод внутренней фильтрации применяют для отбора проб влажного воздуха, а также при конденсации из воздуха капельной влаги и наличии в нём смол, агрессивных и др. компонентов, осаждающихся на внутренних стенках заборной трубки.

Оборудование:

пылезаборная трубка;
аспиратор для отбора проб воздуха типа М-822;
фильтры АФА-ВП-20;
фильтродержатель;
аналитические весы;
секундомер;
резиновые шланги, пробки;
ртутный технический термометр.

Ход работы:

1) аэродинамические характеристики газовоздушного потока (V м/с, Q м³/с) в воздуховоде до пылеулавливающей установки и на выбросе берутся по результатам предыдущей работы;

2) фильтры АФА взвешивают на аналитических весах, по три фильтра на каждую точку измерения;

3) вставляют фильтр в фильтродержатель, присоединяют последний к заборной трубке. Установку проверяют на герметичность;

4) собирают установку для определения запылённости методом внешней фильтрации. Отбирается проба, для чего пылезаборная трубка вводится в воздуховод на 1/3-1/2 его диаметра загнутым концом против движения газа. Включается аспиратор для отбора пробы воздуха. Пробы отбирают в тех точках, где измеряли скорость газового потока. Отбор ведется в условиях изокинетичности в течение 10-ти минут. Отбирают 3 пробы на входе в пылеулавливающую установку (ПУ) и 3 пробы на выбросе в атмосферу;

5) после отбора взвешивают на аналитических весах до постоянной массы, определяют массу пыли на фильтрах и рассчитывают концентрацию пыли С мг/м³ до очистки и после.

Расчёт

мг/м³

где т - масса пыли на фильтре, мг;

V₀ - объём отобранного воздуха, приведённый к нормальным

условиям, м³.

Масса выброса равняется

мг/с

где С - концентрация пыли в газовоздушной смеси на выбросе в

атмосферу;

Q - расход газовоздушной смеси, м³/с.

Зная время работы источника пылеобразования, можно определить массу в т/год.

Эффективность ПУ определяется по формуле

где С_вх – концентрация пыли на входе в ПУ, мг/м³;

С_вых – концентрация пыли на выходе в ПУ, мг/м³.

10 Методы анализа

Методы анализа делятся на: химические, физические, физико-химические. Отнесение метода к той или иной группе зависит от того, в какой мере определение химического состава системы данным методом основано на использовании химических реакций, физических процессов или физико-химических свойств вещества [1].

Химические методы основаны на использовании химических реакций для определения состава системы. Так, используя реакцию, характерную для определяемого иона с образованием окрашенного комплекса, осадка, малодиссоцированного соединения, можно провести качественный и количественный химический анализ.

Физическими методами определяется свойство, непосредственно зависящее от природы атомов и их концентрации в системе, например интенсивность радиоактивного загрязнения.

Физико-химические методы основаны на зависимости физического свойства от химического состава анализируемой среды.

Физические и физико-химические методы объединяются общим названием инструментальные методы анализа, так как для их проведения обычно требуются специальные приборы и инструменты.

Методика проведения физико-химических методов в основном одинакова и сводится к следующему:

- в зависимости от анализируемой системы выбирается необходимый метод анализа;

- готовится ряд стандартных растворов (серий);

- измеряются физические свойства растворов на соответствующем приборе;

- по полученным данным строится градуировочный график в координатах состав-свойство;

- измеряется физическое свойство анализируемого образца и по графику определяется его состав.

Можно выделить три основные группы физико-химических методов: оптические, электрохимические, хроматографические.

В основе оптических методов анализа лежит связь между оптическими свойствами системы и ее составом. В эту группу входят следующие методы: колориметрический, нефелометрический, турбидиметрический, люминесцентный, поляриметрический и рефрактометрический.

Электрохимические методы анализа основываются на взаимосвязи электрохимических свойств системы с ее составом. К этой группе относятся следующие методы: кондуктометрический (низкочастотный и высокочастотный), потенциометрический, электрогравиметрический, кулонометрический и полярографический.

Хроматографические методы анализа позволяют определить глубину адсорбции различных по составу и строению веществ.

11 Методы физико-химических исследований

Для проведения экологических исследований в настоящее время широко применяются физико-химические методы исследования: фотометрический анализ (колориметрия, фотоколориметрия, спектрофотометрия); нефелометрический, спектральный, потенциометрический, полярографический анализы, хроматографический и т.д. Они позволяют определять микроконцентрации вредных веществ в объектах окружающей среды: атмосферном воздухе, воздухе рабочей зоны, питьевой воде, пищевых продуктах, а также одновременно определять комплекс веществ, находящихся в одной пробе [4].

12 Фотометрический метод

Метод анализа жидких и газообразных сред, основанный на светопоглощении, называется фотометрическим. Прибор, используемый для осуществления фотометрического метода в видимой части спектра, называется фотоэлектроколориметр (ФЭК). Принцип действия прибора заключается в регистрации величины тока фотоэлемента, на который падает параллельный пучок монохроматического света, прошедшего через слой исследуемой жидкости или газа. ФЭК позволяет определить величины светопропускания и оптической плотности исследуемых сред.

Фотометрия широко применяется при проведении санитарно-химического анализа вод, для контроля за процессами очистки воды аналитическими методами и в исследовательской работе.

Фотометрический анализ отличается простотой выполнения, достаточной точностью и высокой чувствительностью. Он основан на избирательном поглощении светового потока однородными средами, пропорциональной зависимости между оптической плотностью вещества, его концентрацией и толщиной поглощающего раствора [4].

Существует определенное соотношение между цветом поглощаемого излучения и цветом анализируемого раствора (таблица 1).

Таблица 1 - Зависимость спектральной области поглощения света от цвета раствора

Спектральная область максимального поглощения света раствором, нм	Цвет светофильтра	Цвет раствора
1	2	3
400-435	Фиолетовый	Желто-красный
435-480	Синий	Желтый
480-490	Зеленовато-синий	Оранжевый

Продолжение таблицы 1

1	2	3
490-500	Сине-зеленый	Красный
500-560	Зеленый	Пурпурный
560-580	Желто-зеленый	Фиолетовый
580-595	Желтый	Синий
595-625	Оранжевый	Зеленовато-синий
625-700	Красный	Сине-зеленый

Таким образом, спектральная область с длинами волн 400-435 нм имеет фиолетовый цвет и лучше всего поглощает раствор, окрашенный в желто-зеленый цвет.

Световой поток может иметь широкий участок излучения, порядка 20-30 нм, иногда 50 нм с определенным максимумом пропускания. Такой характер излучения встречается в фотоэлектроколориметрах, где световой поток в определенном интервале длин волн выделяется с помощью светофильтров. Это полихроматический световой поток.

Световой поток может представлять собой узкий пучок света определенной длины волны. Такой световой поток называется монохроматическим. Монохроматическое излучение характерно для спектрофотометров, где монохроматизация достигается с помощью кварцевой диспергирующей призмы или дифракционной решетки, с помощью которой длина волны может регулироваться с точностью до 0,2 нм.

Спектрофотометрический анализ имеет ряд преимуществ по сравнению с фотоколориметрическим. При использовании спектрометрии оптическую плотность анализируемых растворов измеряют спектрофотометром (рисунок 11) с использованием монохроматического излучения, поэтому значительно увеличивается чувствительность и точность определения. Кроме того, спектрофотометрический метод применим как для анализа одного вещества в растворе, так и для анализа многокомпонентной системы веществ, не реагирующих химически друг с другом. Спектрофотометрия позволяет работать не только с окрашенными растворами, поглощающими свет в видимой части спектра, но и с прозрачными растворами которые поглощают излучение в УФ- или ИК- областях спектра.

Рисунок 11 – Спектрофотометр

Blog

Содержание