Метеорологические наблюдения при отборах проб воздуха

1. Метеорологические наблюдения при отборах проб воздуха

2. Метеорологические наблюдения при отборах проб воздуха

Учитывая, что метеорологические факторы определяют
перенос и рассеяние вредных веществ в атмосферном
воздухе, отбор проб воздуха должен сопровождаться
наблюдениями за дымовыми факелами источников
выбросов
и
основными
метеорологическими
параметрами.
Результаты наблюдений записываются в рабочий
журнал гидрометнаблюдателя, а обработанные
результаты — в книжку записи наблюдений за
загрязнением
атмосферного
воздуха
и
метеорологическими элементами КЗА-1.

3. Наблюдения за дымовым факелом и состоянием погоды.

Наблюдения за дымовым факелом производятся по наиболее
мощному источнику выбросов. Отмечается цвет факела и его
форма в месте выхода из источника. Форма факела фиксируется
визуально и записывается шифр факела (1—3) в соответствии с
табл. Состояние погоды оценивается обычно визуально по
характерным признакам, указанным в табл. В КЗА-1 вносятся
соответствующие записи и шифры.
Состояние подстилающей поверхности в радиусе до 100 м от места
наблюдения отмечают по следующим градациям: сухая
пылящая, сухая непылящая, влажная, мокрая, зеленая трава,
пожелтевшая трава, снег.

4. Шифр и характеристика факела

Шифр
Характеристика факела
1
Факел имеет неустойчивые очертания, клубы дыма
то высоко поднимаются, то резко опускаются;
наблюдается
днём
при
положительном
градиенте температуры и умеренной скорости
ветра
Факел
поднимается
вверх
и
равномерно
растекается во все стороны; чаще наблюдается в
летний период; в дневное время может
наблюдаться при слабой скорости ветра
Г – образная форма факела: дым при выходе из
трубы приобретает горизонтальное направление
или вначале поднимается вертикально, а затем
смещается по ветру; наблюдается при нулевом
или отрицательном градиенте температуры и
при штиле
2
3

5. Характерные признаки состояния погоды

Состояние
погоды,
Шифр
атмосферн
ые явления
0
Ясно
1
2
Переменная
облачность
Мгла
3
Дымка
4
5
Дождь
Морось
6
Пыльная буря
7
8
Снег
Туман
9
Пасмурно
Характерные признаки
Нет облаков или отдельные облака закрывают не более 2/10
неба; солнце не закрыто
Облака закрывают меньше 8/10 неба; солнце время от
времени закрывается облаками
Помутнение воздуха за счет взвешенных частиц пыли, дыма,
гари. Воздух имеет синеватый оттенок
Слабое помутнение атмосферы за счет перенасыщения
воздуха влагой. Воздух имеет сероватый оттенок;
горизонтальная видимость более 1 км
Осадки в виде капель
Осадки в виде мелких капель, их падение на землю незаметно
для глаза
Ухудшение видимости на большой территории из-за пыли,
поднятой сильной бурей (ветром)
Осадки в виде ледяных кристаллов
Помутнение атмосферы при горизонтальной видимости менее
1 км
Небо закрыто облаками на 8/10 и более. Солнце не
просвечивает

6. Измерение скорости и направления ветра.

Ветер — это движение воздушных масс в атмосфере. Он
возникает вследствие неравномерного распределения
температуры и давления на земной поверхности.
Ветер характеризуется скоростью и направлением,
которые в большей или меньшей степени колеблются.
Эти колебания называются порывистостью ветра.
При скоростях 5—8 м/с ветер считается умеренным,
свыше 14 м/с — сильным. Ветер скоростью 20—30
м/с представляет собой шторм, а свыше 30 м/с —
ураган. Резкое кратковременное усиление ветра до 20
м/с называется шквалом. Наблюдаемое полное
безветрие у поверхности земли называется штилем.

7. Измерение скорости и направления ветра.

Измерение скорости (м/с) и направления (градусы,
румбы) ветра проводится три раза — в начале,
середине и конце срока наблюдений. Каждый раз
записывают по десять значений показаний прибора
через 10 с. Таким образом, на каждый отсчет
измеряемого параметра затрачивается 100 с. Затем
определяется среднее значение отсчета (10
измерений каждого отсчета суммируются и делятся
на 10). После этого суммируются средние значения
трех отсчетов и делятся на 3. Получается средняя
скорость ветра и его среднее направление в период
проведения наблюдений (20 мин).

8. Пример расчета.

По показаниям прибора измерения скорости ветра
определяем средние значения для каждого из трех
отсчетов:
1-й отсчет: 2,5 + 2,0 + 1,5 + 1,0 + 2,5 + 3,5+ 1,5+ 1,0 +
0,5 + 0,5 = =l,75;
2-й отсчет: 3,0 + 2,0 + 2,5 + 5,0 + 5,0 + 5,0 + 4,5 + 4,0 +
4,5+ 4,0 = = 3,95;
3-й отсчет: 1,0 + 1,5 + 1,5 + 2,0 + 1,5 + 1,5 + 2,5 + 4,0 +
2,5 + 2,5 = = 2,05.
Затем находим среднюю скорость(м/с) ветра за период
наблюдений:
1,75 3,95 2,05 7,75
v
2,58 2,6
3
3

9. Соотношение румбов и градусов

Румбы С
Град 360
ССВ СВ ВСВ В ВЮВ ЮВ ЮЮВ
22
45 68 90 112
135
158
Румбы Ю
Град 180
ЮЮЗ ЮЗ ЗЮЗ 3 ЗСЗ СЗ ССЗ
202
225 248 270 292 315 338
Результаты измерений с помощью станции
вносятся в журнал КЗА-1 с точностью для
скорости ветра 0,5 м/с, а для направления 1°.

10. Измерение метеопараметров

Измерение влажности и температуры воздуха.
Влажность воздуха — содержание в нем водяного
пара,— является важной характеристикой погоды и
климата. Влажность воздуха измеряется различными
гигрометрами и психрометрами, а температура —
термометрами.
Измерение атмосферного давления. Атмосферное
давление — это гидростатическое давление,
оказываемое атмосферой на все находящиеся в ней
предметы. Измеряется атмосферное давление с
помощью
барометра.
Атмосферное
давление
выражается в паскалях.

11.

Последовательность операций
Планируемое время и сроки, мин
до начала
отбора
проб
Установить штатив с необходимыми приборами (для
метеорологических наблюдений и отбора проб
воздуха вне лаборатории типа ПОСТ)
Выдвинуть штангу с приборами для определения
влажности и температуры воздуха за пределы
ПОСТа
Оценить состояние погоды и дать характеристику
факела
Провести предварительное определение скорости и
направления ветра
Выбрать насадки к трубе; установить фильтры,
другие поглотительные приборы
Проверить и включить пылесосы, аспираторы
Произвести отбор проб воздуха
Определить температуру воздуха перед аспиратором
Провести измерения
скорости и направления ветра
влажности и температуры
по психрометру давления
Осуществлять контроль за скоростью аспирации
в период
отбора
проб
после отбора
проб
За 30—15
За 10
За 5—10
За 5
За 1—5
За 1
За 1—2
1—20
На 10-й
На 1— 2-й
На 11-й
На 18-й
На 10-й
На 12-й
На 14-й
На 18-20-й
На 5-й
Через 1—2

12. Газоанализаторы

При получении информации о состоянии загрязнения атмосферного
воздуха только в сроки 7, 13 и 19 ч нельзя быть уверенным в
объективности информации о средней суточной концентрации.
Не исключено, что в промежуточные сроки наблюдались
значительно более высокие или более низкие концентрации.
По данным таких дискретных наблюдений нельзя установить
суточный ход концентрации примеси и его зависимость от
метеорологических условий. Поэтому на пунктах наблюдений за
загрязнением атмосферного воздуха (ПНЗ) используются
газоанализаторы, позволяющие восполнить пробел в ручных
методах дискретного отбора проб и представляющие
информацию о суточном ходе концентрации.

13. Газоанализаторы

Наиболее широко используются на ПНЗ
следующие газоанализаторы:
• для диоксида серы — кулонометрический
газоанализатор
и
флуоресцентный
газоанализатор,
• оксида углерода — оптико-акустический
• оксида, диоксида и суммы оксидов азота —
хемилюминесцентный,
• углеводородов — ионизационный,
• озона — хемилюминесцентный

14. Определение концентрации оксида углерода

Автоматический оптико-акустический газоанализатор предназначен
для определения в воздухе концентрации оксида углерода при
следующих основных условиях:
Оптико-акустический метод измерения оксида углерода основан на
физическом принципе поглощения излучения в инфракрасном
диапазоне длин волн с центром полосы поглощения 4,7 мкм в
приемнике, представляющем собой замкнутую камеру,
заполненную смесью оксида углерода с аргоном. При
поглощении в приемнике излучения, соответствующего спектру
поглощения оксида углерода, возникают пульсации температуры
и давления, которые воспринимаются микрофоном и
преобразуются в электрические сигналы. Пульсации давления
возникают вследствие модуляции излучения механическим
обтюратором.
При
этом
амплитуда
колебаний
пропорциональна содержанию оксида углерода в анализируемой
газовой смеси.

15. Оптико-акустический газоанализатор

Все химические соединения в газообразном состоянии поглощают
инфракрасные лучи. При этом степень поглощения лучей разной
длины волны различна для подавляющего большинства
газообразных
химических
соединений.
Этот эффект используется для анализа смесей сложных газов
оптико-акустическим методом. В приборе используются два
одинаковых источника инфракрасных лучей и две системы
камер, прозрачных для этих лучей. Источниками инфракрасных
лучей являются нихромовые спирали, нагреваемые током.

16. Оптико-акустический газоанализатор

Через рабочую камеру непрерывно протекает анализируемая смесь
газов. Сравнительная герметичная камера заполняется смесью
газов, в которой контролируемый газ имеет нормальную для
данного технологического процесса концентрацию. Фильтровые
камеры заполняются анализируемой смесью, из которой
исключен контролируемый газ, а приемные камеры заполняются
только
контролируемым
газом.
Поглощение инфракрасных лучей газом приводит к его нагреву.
При различной концентрации контролируемого газа в рабочей и
сравнительной камерах поглощение инфракрасных лучей в
приемных камерах будет также различно. Следствием этого
явится неодинаковый нагрев газа в приемных камерах и
возникновение разности давлений между ними.

17. Оптико-акустический газоанализатор

Если потоки лучей источников одновременно периодически
прерывать вращающимся обтюратором, то эта разность
давлений будет также периодически изменяться, и мембрана,
разделяющая приемные камеры, начнет колебаться с частотой
прерывания обоих потоков лучей. Колебания мембраны
прекратятся, когда давление в приемных камерах будет
одинаковым, т. е. когда потоки инфракрасных лучей,
поглощаемые в камерах, будут равны между собой.
При разных концентрациях контролируемого газа в рабочей и
сравнительной камерах это может быть достигнуто изменением
интенсивности излучения одного из источников. Если,
например, включить реостат в цепь питания источника то,
перемещая движок реостата, можно так подобрать ток для его
спирали, что оба потока, попадающие в приемные камеры, будут
одинаковы.

18. Принципиальная схема оптико-акустического газоанализатора

1
— источник излучения (нихромовая спираль); 2 —
сравнительная кювета; 3 — кювета с анализируемой газовой
смесью; 4 — оптико-акустический приемник; 5 — микрофон; 6
— обтюратор

19. Пример записи значений концентрации оксида углерода

20. Контроль за концентрацией диоксида серы.

В основу работы газоанализаторов типа положен флюоресцентный
метод.
Сущность
метода
состоит
в
регистрации
флюоресцентного излучения молекул диоксида серы,
возникающего под действием ультрафиолетового излучения.
Возбуждение молекул диоксида серы происходит в спектральной
области 220— 240 нм, выделяемой с помощью первичного
светофильтра из спектра излучения импульсной ксеноновой
лампы ИСК 20-1. В спектральной области 220—240 нм
молекулы воды и оксидов азота не влияют на флюоресценцию.
Процесс возбуждения описывается формулой:
SO2 + hυ1→SO2*,
где h — постоянная Планка, υ1— частота колебаний
возбуждающего излучения.

21. Контроль за концентрацией диоксида серы.

Возбужденная молекула переходит в основное
состояние после излучения кванта света:
SO2*→ SO2 + hυ2
где υ2 — частота колебаний излучения при
флюоресценции в диапазоне длин волн 200—400 нм.
Интенсивность
излучения
пропорциональна
концентрации диоксида серы.
Регистрация флуоресцентного излучения молекул
диоксида
серы
производится
с
помощью
фотоэлектронного
умножителя
(ФЭУ)
в
спектральной области 260—370 нм, выделяемой
вторичным светофильтром.

22. Контроль за концентрацией диоксида серы.

Градуируется
газоанализатор
с
помощью
встроенного
микродозатора на основе термостатированной ампулы с
жидким диоксидом серы (градуировочный газ) и атмосферного
воздуха, очищенного от диоксида серы с помощью специального
фильтра (нулевой газ).
Вспомогательным, но необходимым узлом газоанализатора является
осушитель газовой пробы. Влага, находящаяся в воздухе,
вызывает частичное тушение флюоресценции, что приводит к
снижению чувствительности прибора, а, следовательно, к
увеличению основной приведенной погрешности. Осушение
газовой смеси происходит в диффузионном осушителе.

23. Контроль оксидов азота

Для инструментального контроля оксида азота NO,
диоксида азота NO2 и суммы оксидов азота NOx. В
основу метода заложена реакция озона с оксидом
азота, в результате которой образуется диоксид
азота в возбужденном состоянии:
NO + О3→ NO2* + O2
Озон, необходимый для протекания указанной реакции,
получается в генераторе озона газоанализатора из
кислорода очищенного от пыли и влаги атмосферного
воздуха при высоковольтном разряде.

24. Контроль оксидов азота

Из возбужденного диоксид азота переходит в
основное состояние с испусканием энергии
инфракрасного излучения, лежащего в
области спектра 620—2500 нм с максимумом
при 1200 нм.
NO2* →NO2 + hυ.
Приемником
излучения
служит
фотоэлектронный
умножитель
ФЭУ.
Интенсивность излучения пропорциональна
числу взаимодействующих молекул, т.е.
концентрации оксида азота.

25. Контроль оксидов азота

Первым этапом определения концентрации диоксида азота в
анализируемой смеси является восстановление диоксида азота
до оксида азота в специальном конверторе газоанализатора на
катализаторе, нагретом до 200 °С. В этом режиме работы
конвертора измеряется излучение от суммарной концентрации
оксидов азота (NO + NO2). Затем концентрация диоксида азота
определяется по разности электрических сигналов:
(NO + NO2) - NO→NO2
Таким образом, газоанализатор позволяет по трем каналам измерять
концентрации оксида азота, диоксида азота и суммы оксида и
диоксида азота. В целях повышения чувствительности прибора в
реакционной камере создается оптимальное разрежение (600—
800 гПа).

26. Контроль суммы углеводородов

В основу работы газоанализатора положен пламенно-ионизационный
метод.
Концентрация углеводородов в воздухе определяется по изменению тока
пламенно-ионизационного детектора (ПИД), который увеличивается
при введении в пламя водорода органических веществ.
Высокоомный измерительный преобразователь преобразует ток ионизации
в выходное напряжение.
Газоанализатор выполнен по двухканальной схеме. Поток анализируемого
атмосферного воздуха делится на две равные части. На один ПИД, где
регистрируется общая сумма углеводородов, анализируемый воздух
поступает без изменений. Другая часть потока проходит через
устройство разделения углеводородов, где происходит отделение метана
от остальных углеводородов. Второй ПИД регистрирует только метан.
Значение концентрации суммы углеводородов за вычетом метана
получается как разность электрических сигналов с обоих датчиков.

27. Контроль суммы углеводородов

Относительная чувствительность ПИД к некоторым углеводородам
следующая:
• Метан (СН4)
1
• Этилен (С2Н4)
0,60—0,77
• Ацетилен (С2Н2)
0,65—0,79
• Пропан (С3Н8)
0,65—0,81
• Пропилен (С3Н6)
0,50—0,71
• Бензол (С6Н6)
0,65—0,82
• Толуол (С7Н8)
0,53—0,74
Разброс значений чувствительности ПИД к различным
углеводородам укладывается в погрешность газоанализатора.
Вводя
в
газоанализатор
поправочный
коэффициент
чувствительности, можно измерять суммарное содержание
углеводородов за вычетом метана.

28. Сбор и обработка данных о загрязнении атмосферного воздуха

Данные о результатах наблюдений загрязнения
атмосферного
воздуха
и
метеорологических
параметров, о результатах подфакельных и других
наблюдений поступают со стационарных и
маршрутных постов в одно из подразделений
местных органов Госкомгидромета, чаще всего в
отделы
обеспечения
информацией
народнохозяйственных
организаций
управлений
по
гидрометеорологии, где они проходят контроль и
сводятся в специальные таблицы, так называемые
таблицы наблюдений за загрязнением атмосферы
(ТЗА).

29. Таблицы наблюдений за загрязнением атмосферы (ТЗА).

Таблицы подразделяются на четыре вида: ТЗА-1, ТЗА-2, ТЗА-3 и
ТЗА-4.
ТЗА-1 — результаты разовых наблюдений за загрязнением
атмосферного воздуха на сети постоянно действующих
стационарных и маршрутных постов в одном городе или
промышленном центре, а также данные метеорологических и
аэрологических наблюдений;
ТЗА-2 — результаты подфакельных наблюдений;
ТЗА-3 — данные средних суточных наблюдений за выпадением и
концентрацией пыли и газообразных примесей;
ТЗА-4 — данные суточных наблюдений с помощью
газоанализаторов или других приборов и устройств
непрерывного действия.

30. Обработка информации

За каждые сутки производятся выборки и расчеты следующих
характеристик.
A. За все дни месяца:
1/ Σqсут— суммы значений концентраций за сутки;
2/ nсут — число измеренных 20-минутных интервалов за сутки;
qсут
3/
(nсут≥20)
qсут
nсут
Б. За каждый час месяца:
1/Σqч — сумма значений концентраций;
2/nч — число случаев наблюдений;
3/
(nч≥20)
qч
qч
nч
4)
mч — число случаев
превышения разового значения ПДК.

31. Обработка информации

B. За месяц:
1/ Σq— сумма концентраций примесей за месяц (сумма
20-минутных значений); при этом Σq= Σqч = Σqсут ;
2/ N — число случаев концентраций примесей за месяц
(число 20-минутных значений); при этом N=Σ nч =Σ
nсут;
3/ М — число случаев превышения разовой ПДК в
течение месяца; при этом М = Σ mч;
4/среднее значение концентрации примесей за месяц:
q
q
N
5/qм максимальное значение концентрации примеси —
выбирается самое большое значение из графы «qм»;

32. Обработка информации

6/ g — повторяемость значений, превышающих разовые ПДК (%):
g
M
100%
N
(повторяемость надо уметь рассчитать, если в месяце из 30 дней
было, например 2 случая превышения ПДК)
7/ N сут— число средних суточных значений концентрации примеси
за месяц;
8/ М сут— число случаев с концентрацией выше среднесуточных
ПДК;
9/ q м сут— максимальное среднее суточное значение из графы «»;
10/ g сут — повторяемость (%) значений концентраций выше
среднесуточного ПДК:
g сут
M сут
N сут
100%