Измерение содержания вредных веществ в атмосфере

Основные факторы, которые приводят к образованию аэрозольных частиц, загрязняющих атмосферу – это процессы горения.Они  осуществляются на ТЭЦ, а также на мусоросжигательных заводах, в бытовых печах, печах обжига цемента, при производстве черных и цветных металлов из природных руд. Частицы, которые образуются в результате сгорания, могут содержать опасные вещества, например асбест, тяжелые металлы, мышьяк. Оксиды металлов являются основной составляющей неорганических частиц в атмосфере. Также в различных отраслях промышленности, например при производстве фарфора, керамических изделий, цемента, химикатов, медикаментов, пищевых продуктов. Как сырье и полуфабрикаты используются пудра, гранулированные и сыпучие материалы, которые также вносят свой вклад в загрязнение окружающей среды в случае нарушений технологических процессов очистки выбрасываемых газов.

Основной параметр, характеризующий состояние аэродисперсных систем в различных отраслях промышленности — концентрация частиц в технологических газах аспирации и фильтрации, а также в выбросных газах, загрязняющих атмосферу.

Эти системы неустойчивы во времени и пространстве. Электризация частиц, их седиментация, изменение дисперсного состава, адгезия и другие явления вносят в процесс измерения массовой концентрации приборами непрерывного контроля дополнительные погрешности. Поэтому правильный выбор приборов для контроля загрязнения атмосферы  является весьма актуальной задачей.

Размеры частиц в источниках выбросов различных производств могут составлять от 0,1 до 120 мкм в диаметре при их концентрации 0,3 мг/м3…150 г/м3. Мелкие частицы загрязняют воздух, а крупные частицы при их высокой концентрации отрицательно влияют на окружающую среду. Это также нарушает условия жизни людей. Основными средствами улавливания пыли являются рукавные и электростатические фильтры. Учитывая, что в ряде случаев такая пыль является конечным продуктом, например при производстве цемента, то снижение эффективности работы фильтров приводит и к ощутимым финансовым потерям.

В России для контроля концентрации аэрозолей в промышленных условиях применяют технические средства, работа которых основана на трех методах: гравиметрическом, фотометрическом и нефелометрическом.

Гравиметрический метод измерения

Данный метод заключается в выделении частиц из пылегазового потока с последующим осаждением их на аналитическом фильтре и осушении. По величине привеса на фильтре с учетом объема пробы определяется массовая концентрация аэрозоля.

Существенным преимуществом гравиметрического метода является возможность прямого определения массовой концентраций пыли. А также отсутствие влияния ее физико-химических свойств на результат измерения. К недостаткам следует отнести трудоемкость метода и длительность анализа.

Фотометрический метод

Основан на ослаблении интенсивности светового потока, вызванной его поглощением аэрозольными компонентами. Главным недостатком фотометрического абсорбционного метода является его низкая чувствительность при измерении малых концентраций. А также невозможностью контроля высоких концентраций (более 10…12 г/м3) вследствие практически полного поглощения светового излучения.

Нефелометрический метод

Данная методика оказывается более эффективной в случае измерения малых концентраций аэрозольных частиц. Она основана на регистрации прямого, бокового и обратного рассеяния света для контроля промышленных процессов.

Небольшой недостаток метода – влияние на результат измерения физико-химических свойств аэрозолей, что требует калибровки прибора на конкретный тип аэрозолей или ввода опытных поправочных коэффициентов. Это снижает удобство работы и увеличивает погрешность измерений. Тем не менее, приборы этого типа заняли ведущее положение на мировом рынке – именно их используют, осуществляя контроль пылевых выбросов промышленных предприятий.

Более серьезным недостатком нефелометрического метода является резкая потеря чувствительности при измерении концентрации частиц диаметром более 8…10 мкм, что существенно снижает и даже исключает возможность их применения во многих отраслях. Поэтому эти приборы применяются в основном там, где выбрасываются мелкодисперсные аэрозольные частицы, и на выходе рукавных фильтров газоочистных установок для контроля их эффективности.