Бюллетень серии «Экология, экономика, безопасность» №30 "Автоматизированная система мониторинга взвешенных веществ в атмосферном воздухе"

Главная страница
Контакты

    Главная страница



Бюллетень серии «Экология, экономика, безопасность» №30 "Автоматизированная система мониторинга взвешенных веществ в атмосферном воздухе"



Дата27.03.2018
Размер1,16 Mb.
ТипБюллетень



  1. Получен из типографии очередной научно-технический бюллетень серии «Экология, экономика, безопасность» № 30 "Автоматизированная система мониторинга взвешенных веществ в атмосферном воздухе".

  2. С кратким содержанием данного выпуска можно ознакомиться по ссылке …

  3. Для заинтересованных может быть выслан экземпляр.

(РЕФЕРАТ)



МЕЖДУНАРОДНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ЭКОЛОГИИ, БЕЗОПАСНОСТИ ЧЕЛОВЕКА И ПРИРОДЫ

Украинское отделение

(УО МАНЭБ)

Серия: ЭКОЛОГИЯ, ЭКОНОМИКА, БЕЗОПАСНОСТЬ

научно-технический бюллетень
" АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ВЗВЕШЕННЫХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ"

Одесса 2014 г. Выпуск 2 (30)



__________________________________________________________________

Издание основано в марте 2007 года



ВВЕДЕНИЕ

Рост объемов производства, возникновение новых отраслей промышленности, развитие транспорта, освоение мощных про­мышленных центров приводят к ежегодному, ежечасному увели­чению степени нашего воздействия на окружающую среду или биосферу. Проблема осложняется также резким ростом народо­населения нашей планеты, а также его урбанизацией.



Сегодня очевидно, что хо­зяйственная деятельность, т. е. индустриализация, если ее осуще­ствлять без оглядки на природу, порождает силы и явления по разрушительному потенциалу адекватные последствиям примене­ния ядерного оружия. Уже сейчас на планете исчезает ежегодно около 100 биологических видов.

Антропогенное загрязнение биосферы до определенного пери­ода сглаживалось естественными процессами, происходящими в ней, однако в последние десятилетия масштабы хозяйственной деятельности человека неизмеримо возросли и достигли глобаль­ных размеров. Особенно остро и наглядно это видно на загряз­нениях одной из составляющих биосферы — нижней части атмо­сферы (тропосферы). Антропогенные загрязнения отличаются многообразием видов и многочисленностью источников их вы­бросов.



По данным комитета экспертов Всемирной организации здра­воохранения (ВОЗ), из многочисленных загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу, основными являются: взвешенные частицы — аэрозоли различного состава, затем сернистые соеди­нения, окислы азота, окись углерода и оксиды.

Особое значение пыли и других взвешенных частиц определя­ется, в частности, тем, что они загрязняют атмосферу не только в результате прямых выбросов, но и, причем в большей мере, в результате различных превращений газообразных веществ, вы­брасываемых в атмосферу.

Общее количество взвешенных частиц, поступающих в атмо­сферу в результате многообразной деятельности человека, по дан­ным экспертов Европейской экономической комиссии, становится соизмеримым с количеством загрязнения естественного проис­хождения (табл. 1).



Таблица 1

Количество пыли и взвешенных частиц естественного и антропогенного происхождения, поступающих в атмосферу

Вид аэрозоли

Количество

взвешенных частиц,

млн. т в год



Аэрозоли естественного происхождения




Пыль, образующаяся в результате выветривания почвы

и горных пород

Аэрозоли (дым) лесных пожаров

Аэрозоли солей, образующихся при высыхании

Пыль вулканических извержений

Аэрозоли, образующиеся в результате превращений газо-

образных веществ естественного происхождения

Итого:

250

50

300



150

1100
1850



Аэрозоли антропогенного происхождения




Пыль, образующаяся из-за выветривания почвы в резуль-

тате ее использования для сельского хозяйства

Прямой выброс пыли и других аэрозолей промышленными

предприятиями и транспортом



Аэрозоли (дым), образующиеся при сжигании древесных отходов

Аэрозоли, образующиеся в результате превращений газообразных компонентов выбросов промышленных предприятий и транспорта

Итого:

250
90
100

320


760

………



ГРАДАЦИЯ ВЗВЕШЕННЫХ ЧАСТИЦ ПО ФРАКЦИЯМ

Загрязнение воздуха может влиять на здоровье человека на всех этапах жизни от зачатия до старости. Наиболее весомыми эффектом от их воздействия является влияние на респираторную и сердечно-сосудистую системы, а также на развитие детского организма в пре- и постнатальном периодах. В последние годы появляется большое количество работ о вредных воздействииях на здоровье человека дисперсных частиц атмосферного воздуха с аэродинамическим диаметром 2,5 и 10 микрон (РМ2,5 и РМ10), а также ультрадисперсных частиц (ultrafine particles) - частиц нанометрового диапазона. Размеры загрязняющих примесей обычно выражаются в микронах (микрон - метрическая единица меры. 1 микрон=микрометр равен одной миллионной доле метра = одной тысячной миллиметра). Человеческий глаз способен разглядеть частицы размером 40 микрон. Пылевые частицы подобного размера еще называют пылевым аэрозолем в виде твердых или жидких частиц, которые могут находиться во взвешенном состоянии неопределенно долгое время. Ниже приведены общепринятые в настоящее время в мировой практике определения взвешенных частиц, к которым применяются меры гигиенического нормирования:



TSP (total suspended particulate) – сумма взвешенных веществ, которая включает все находящиеся в воздухе частицы, т.е. частицы так называемых ингалябильных размеров, способные попасть в дыхательные пути человека при носовом дыхании;

РМ10 - фракция частиц с аэродинамическим диаметром менее 10 мк;

РМ2,5 – фракция частиц с аэродинамическим диаметром менее 2,5 мк;

PM10-2.5 (разность концентраций между РМ10 и РМ2,5) – так называемая «грубая» фракция (подразумевается относительная грубость этой части фракции РМ10 , а не по отношению к TSP);

Ультрадисперсные частицы – фракция частиц с аэродинамическим диаметром менее 0,1 мкм (наночастицы, составляющие до 40% выбросов мелкодисперсных фракций выбросов автомобильного транспорта, особенно дизельного, представляющих высокую канцерогенную опасность для здоровья населения).

Характерные размеры некоторых пылевых аэрозолей приведены в табл.2.






Таблица 2

Частица

Размер частицы (микрон)

Асбест

0.7 - 90

Вирусы

0.005 - 0.3

Волос

5 - 200

Глина

0.1 - 50

Дым от автотранспортных средств, дровяного отопления, открытого горения, индустриальных процессов

Более 2.5

Дым от синтетических веществ

1 - 50

Дымок от тления или воспламенения кухонного жира

0.03 - 0.9

Копоть металлургическая

0.1 - 1000

Масла пары

0.03 - 1

Микроб

0.3 - 60

Мука известковая

10 - 1000

Мука измельченная

1 - 100

Паутина

2 - 3

Песок речной

100 - 10000

Пестициды & Гербициды

0.001

Порошок железных опилок

4 - 20

Порошок (тонер) для ксерокса

0.5 – 15

Пыль зерновая

5 - 1000

Пыль зольная

1 - 1000

Пыль древесного угля

0.2 - 3

Пыль древесных опилок

30 - 600

Пыль металлургическая

0.1 - 1000

Пыль текстильная

6 - 20

Пыль угольная

1 - 100

Пыль цементная (цемент)

3 – 100

Радиоактивные осадки

0.1 – 10

Сажа (угольная)

0.2 – 10

Стекловолокно

1 - 1000

Туман (пар)

70 - 350

Углекислый газ

0.00065

Угольные газообразные продукты горения

0.08 - 0.2

Удобрения

10 - 1000

Эритроциты (Красные кровяные тельца)

5 - 10

При этом пылевые частицы подобного размера подразделяются на:



- Взвешенные в воздухе частицы

Взвешенные в воздухе частицы - сухие вещества, находящиеся в воздухе.

- Крупные частицы - больше чем 100 мк

характерные скорости оседания более 0.5 м/с;

быстро падают;

включают волосы, снег, грязь от насекомых, комнатную пыль, скопление сажи крупный песок, гравий, и брызги морской волны.

- Средний размер частиц - в пределах от 1 до 100 мк

скорость оседания более 0.2 м/с;

медленно оседают;

включают мелкие кристаллы льда, цветочную пыльцу, большие бактерии, частицы золы в воздухе, угольную пыль, ил, мелкий песок и мелкую пыль.

- Мелкие частицы - менее 1 мк

медленно падают. В спокойной атмосфере этот процесс может занять от нескольких дней до года оседания. В возмущенной атмосфере они могут никогда не осесть;

могут быть вымыты водой или дождем;

включают вирусы, мелкие бактерии, металлургическую копоть, сажу, пары масла, табачный дым, глину, и копоть.

- Опасные частицы пыли

Мелкие фракции пыли опасные для людей. Во многих странах пылевидные фракции некоторых частиц обязательно должна измеряться на рабочих местах.

- Вдыхаемая пыль

Взвешенные в воздухе частицы, которые могут попасть в нос и рот в процессе дыхания. Частицы диаметром 100 микрон и меньше.

- Пыль, попадающая в легкие

Частицы, которые через нос и глотку попадают в легкие. Частицы размером 10 микрон в диаметре и меньше. Относятся к PM10 в США. (PM =particulate matter -таблица измерения частиц ).

- Витающая пыль

Частицы, которые проникают в зону легких, отвечающую за газообмен. Размер опасных частиц менее 5 микрон. Частицы размером 2.5 микрон относятся к PM2.5 (по таблице измерения частиц) в США.

PM2.5, РМ10 — масса (микрограмм) пыли в единице объема фракции 2.5 мк и 10 мк соответственно.

За нижнюю границу размеров взвешенных частиц принимают размер аэрозольных (взвешенных) частиц, состоящих не менее, чем из 6 - 10 молекул.


………………..

ГИГИЕНИЧЕСКОЕ НОРМИРОВАНИЕ ПЫЛИ ФРАКЦИЙ РМ2.5 и РМ10
В государствах на постсоветском пространстве, включая Россию, гигиеническое нормирование взвешенных частиц РМ10 и РМ2,5 принято недавно - в 2010 году, в то время как в США и Европейском союзе (ЕС) такое нормирование существует уже многие годы и сопровождается большим количеством наблюдений, исследований, методических разработок, которые касаются, в частности, и работы автомобильного транспорта. Большое внимание гигиеническому значению мелкодисперсных частиц уделяет Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ). Сопоставление существующих на сегодня нормативных требований по содержанию РМ10 и РМ2,5, а также общего содержания взвешенных веществ(TSP) в воздухе представлено в табл.3.
Таблица 3

Предельно допустимые концентрации (ПДК) и иные критерии допустимого содержания взвешенных веществ (TSP), РМ10, РМ2,5 в атмосферном воздухе в РФ, США, ЕС и по рекомендациям ВОЗ




Вещество

Время осреднения

Россия,

мг/м3



ВОЗ,

мг/м3



США,

мг/м3



ЕС,

мг/м3



Взвешенные вещества

(ТSР)


20 мин.

0,50

-

-

-

24 ч.

0.15

-

0.26**

-

1 год

-

-

0.075**

-

Взвешенные частицы

РМ10


20 мин.

0.3

-

-

-

24 ч.

0.060

0.050

0.150

(концентрация не должна быть превышена более 1 раза за 3 года)




0.050

(концентрация не должна быть превышена более 35 раз в течение года)

(ПДП*=50%)





1 год

0.040

0.020

-

0.040

(ПДП*=40%)



Взвешенные частицы

РМ2.5


20 мин.

0.16

-

-

-

24 ч.

0.035

0.025

0.035

(98% за 3 года)



-

1 год

0.025

0.010

0.015

(средняя за 3 года)



0.025

(ПДП=0% к 01.01.2015 г.)



Примечания: *- ПДП – предел допустимого превышения.

**- нормировались до 1987 г., в 1987 г. TSP были заменены на РМ10.

………………
В США разработана государственная система мониторинга качества атмосферного воздуха, осуществляемая агентством по охране окружающей среды ЕРА (U.S. Environmental Protection Agency Office of Air Quality Planning and Standards). Ключевым инструментом деятельности ЕРА является Воздушный Качественный Индекс или AQI - расчетный индекс для ежедневной информации о качестве воздуха для населения. ЕРА и местные должностные лица пользуются AQI, чтобы предоставить простую информацию о качестве воздушной среды в каждом населенном пункте, информацию о том, как некачественный воздух воздействует на организм человека и каким образом можно защитить свое здоровье.

Индекс AQI говорит нам, как чист или нездоров воздух, и что необходимо предпринять в случае обнаружения загрязнений воздушной среды. AQI предусматривает оздоровительные мероприятия, которые должны проводиться в течение нескольких часов или дней после вдыхания нездорового воздуха. AQI вычисляется для четырех основных загрязняющих веществ, определенных Актом о Чистом Воздухе ЕРА (Сlean Air Act): приземный слой озона, взвешенные частицы, угарный газ (углерода окись) и сернистый ангидрид. Для каждого из этих веществ ЕРА разработало национальные стандарты качества воздуха для защиты здоровья населения. AQI рассматривается как критерий, проградуированный от 0 до 500.

Целью использования AQI является оказание помощи каждому в понимании того, что означает качество воздуха для здоровья человека. Для простоты использования AQI разделен на шесть уровней в соответствии с угрозой здоровью населения:
………………..
ПЫЛИ ПРИ ПЕРЕГРУЗКЕ В ПОРТАХ

В последние годы общий грузообо­рот всех портов и терминалов Ук­раины вырос на 4,8 % и соста­вил 162,26 млн. тонн в настоящее время. Прирост грузооборота в портах, следует отметить, произошел за счет навалочных грузов. Всего их об­работано 61,9 млн. тонн (113 % к 2010 году), прибавка составила 7,1 млн. тонн. Велика доля угля и железо-рудного сырья в этом объеме. В сырьевом балансе глобального производства электроэнергии удельный вес угля достигает около 40%. Кроме того, около 15% всего добываемого в мире угля используется в черной металлургии. Во всём мире ежегодно добывается около 5500 млн. т угля, в том числе коксующегося – 700 млн. т.



При всей привлекательности для отечественных портов роста объемов перевалки угля определенное опасение вызывает возрастающая техногенная нагрузка на окружающую среду, иными словами, — экологическая безопасность эксплуатации угольных терминалов.
Строительство и эксплуатация мощных (от 5 до 10 млн. т/год) терминалов может привести к нарушению экологического баланса, что вызывает обоснованное беспокойство.

В технологическом процессе перегрузки навалочных грузов в порту, явля­ющемся основным производственным процессом, участвуют три взаимосвязанные составляющие: транспортные средства, пере­грузочное оборудование и непосредственно сам груз. Каждая из составляющих, взаимодействуя с окружающей средой, не только ощущает на себе ее воздействие, но и сама оказывает на окру­жающую среду определенное влияние.



Анализ данных о выбросах в процессе производственной дея­тельности портов, выполненный различными организациями показывает, что основное вредное воздей­ствие на окружающую среду при перегрузке навалочных и на­сыпных грузов, как правило, оказывает перегружаемый груз. Это объясняется тем, что груз подвергается воздействию воз­душных потоков, вызывающих интенсивный выброс твердых час­тичек груза — пыли (фракций от 0 до 10 мкм), которые распространяются далеко за пределы района работ, а часто и за пре­делы территории порта, при этом загрязняя атмосферный воздух, а оседая — и акваторию прилегающего района моря.

Пыление грузов создает непосредственную угрозу людям и жи­вым организмам, в значительной степени ускоряет износ машин и оборудования. Кроме того, пыль горючих материалов в опре­деленных условиях может создавать взрывоопасные аэрозоли.

Загрязнение окружающей среды пылевыми выбросами приво­дит к:

- заболеванию людей и животных;

- потерям материалов, эмиссированных в атмосферу в про­цессе перевалки;

- увеличению износа конструкций машин и механизмов;

- коррозии металлов;

- порче одежды;

- уничтожению растительности.

При этом пыль выделяется практически при всех технологи­ческих схемах перегрузки навалочных и насыпных грузов. Кроме пылеобразования, перегрузочный процесс с данными грузами со­провождается интенсивными просыпями груза, достигающими в ряде случаев 5% от грузооборота.

Образование пыли в процессе перегрузки навалочных и на­сыпных грузов основано на действии двух механизмов:

- пылевидные фракции выносятся эжектируемым воздухом и выдуваются ветровым потоком из свободно падающей струи ма­териала в узлах перегрузки;

- пылевидные фракции сдуваются ветровым потоком от свободной поверхности материала.

Современные методы мониторинга качества атмосферного воздуха позволяют оценить эффективность комплексных мероприятий, обеспечивающих пылеподавление при вводе в эксплуатацию новых перегрузочных комплексов навалочных грузов или увеличении грузооборота и расширении номенклатуры уже существующих терминалов.

Актуальность работы станций слежения за запыленностью воздуха в портах можно проиллюстрировать на примерах, приведенных ниже.

В настоящее время вошла в эксплуатацию первая очередь «Coal Terminal» в порту Мууга (Таллинн) (рис.8). Объем перевалки – с 2006 г. 5 млн.тонн в год (после ввода в эксплуатацию второй очереди до 10 млн.тонн в год). В порту Мууга введены в эксплуатацию автоматические мониторинговые станции слежения за состоянием воздуха, что позволяет контролировать анализы уровня содержания пыли в воздухе в реальном времени. Обратная связь, полученная со станции, помогает сделать защиту от пыли более эффективной, а реагирование — более оперативным. Места установки автоматических станций слежения выбирали специалисты из Инспекции окружающей среды, волости Йыэляхтме и Служб по охране окружающей среды.


Вблизи угольного терминала установлены две станции слежения за запылённостью воздуха Muuga-3 и Muuga-4.  Руководство и персонал терминала производят постоянный мониторинг  показаний и делают всё от них зависящее, чтобы концентрация пыли в воздухе соответствовала современным требованиям. Эти показания доступны в любое время в сети интернет в реальном времени. Сектор направления ветра Muuga-3 составляет от 240 до 300 градусов. Сектор направления ветра Muuga-4 составляет от 315 до 360 градусов.


Рис.8


Мониторинговая станция Мууга 3 (Coal1) согласно распоряжению управы волости Йыеляхтме и Харьюмааской службы по охране окружающей среде с 20.09.2007г. измеряет содержание TSP (общей пыли) в воздухе и метеорологические параметры. На основании показаний строится график среднесуточного уровня запыленности для станции Мууга 3 (Coal 1), где показывается для сравнения допустимая норма содержания общей пыли –150 µg/m³ (микрограмм/м3) или 0,150 mg/m³. Данная норма установлена на основании Постановления №115 министра окружающей среды от 07.09.2004г. (RTL 2004,122, 1894)

Мониторинговая станция Мууга 4 (Coal 2) измеряет содержание в воздухе трех фракций пыли: частиц размером менее 2,5 µm – PM 2.5, менее 10 µm – PM 10,  общей пыли (TSP) и метеорологические параметры. На графике уровня запыленности для станции Мууга 4 также приводятся для сравнения допустимая норма содержания  PM 10 - 50 µg/m³. Данная норма установлена на основании Постановления №115 министра окружающей среды от 07.09.2004г. (RTL 2004,122, 1894).



В качестве примера мониторинга состояния окружающей среды при перегрузке железной руды можно рассмотреть работу крупнейшего в мире морского порта Австралии Port Hedland, на который приходится одна пятая часть от общемирового показателя торговли железной рудой, осуществляемой морским путем (рис.9).

Рис.9


Грузооборот порта по итогам работы за 2005-2006 г.г. составил 100.6 млн.тонн. Проект расширения порта Hedland предусматривает увеличение грузооборота до 200 млн.т в год после завершения реконструкции. Учитывая все более возрастающую нагрузку на окружающую природную среду, проект был подвергнут Агентством по охране окружающей среды (ЕРА) на соответствие требованиям Части IV Закона о Защите Окружающей Среды, действующего в международной практике с 08.11.1986 г. Результаты и рекомендации проведенной ЕРА оценки были опубликованы в прессе и приняты к исполнению. В перечень рекомендаций вошло формирование в порту целевой рабочей группы по контролю за качеством воздушной среды и шумового воздействия. Для изучения загрязнения атмосферы выбросами пыли были выполнены расчеты рассеивания пылевых частиц фракций ТSР, РМ2.5, РМ10 при различных сценариях работы порта при увеличении его грузооборота. При этом следует отметить, что в порту Hedland и на прилегающих территориях работают автоматические мониторинговые станции слежения за состоянием воздуха. На карте-схеме порта Hedland (рис.10) указано расположение станций мониторинга состояния атмосферного воздуха, включая содержание взвешенных частиц фракций ТSР, РМ2.5, РМ10.