Экологический мониторинг

ОГЛАВЛЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМЕ МОНИТОРИНГА

Часть 1. Организационная и техническая структура систем мониторинга

§1. Организационная структура систем мониторинга

§2. Техническая структура систем мониторинга

1. Основные термины и определения средств измерений

2. Типовая структура автоматической системы контроля загрязнений

3. Классификация АСК загрязнений по назначению

4. Основные требования к АСМ любого уровня

5. Требования к средствам измерения

Часть 2. Критерии оценки качества окружающей среды

Часть 3. Мониторинг источников загрязнения

ГЛАВА 2. ИЗМЕРЕНИЕ ОСНОВНЫХ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

Часть 1. Измерение температуры окружающей среды

§1. Термометр сопротивления

1. Медные

2. Платиновые

3. Вторичные приборы, работающие с термометрами сопротивления

§2. Термоэлектрические преобразователи (термопары)

§3. Бесконтактные методы

1. Тепловизоры

2. Пирометры

Часть 2. Измерение давления окружающей среды

Изучить самостоятельно

Часть 3. Измерение уровня жидкости

§1. Поплавковые уровнемеры

§2. Электрические уровнемеры

1. Емкостные

2. Кондуктометрические

§3. Бесконтактные уровнемеры

Часть 4. Измерение расхода природных и сточных вод

§1. Ультразвуковые расходомеры

§2. Турбинные расходомеры

Часть 5. Измерение направления движения воздуха

ГЛАВА 3. МОНИТОРИНГ ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД

Часть 1. Измерение общего солесодержания

§1. Контактные методы кондуктометрии

1. Двухэлектродная кондуктометрическая ячейка

2. Четырёхэлектродная кондуктометрическая ячейка

§2. Бесконтактная кондуктометрия

1. Бесконтактная низкочастотная кондуктометрия

2. Бесконтактная высокочастотная кондуктометрия

- с емкостными ячейками

- с индуктивными ячейками

Часть 2. Диэлькометрия (измерение диэлектрической проницаемости)

Часть 3. Измерение мутности воды

§1. Оптические методы и приборы

1. Интегральные методы и приборы – изучить самостоятельно

2. Методы определения счетной концентрации

§2. Счётчики Coulter’a

Часть 4. Потенциометрические методы анализа воды

§1. Измерение pH воды

§2. Анализ воды с помощью иона селективности электрода

Часть 5. Вольт-амперометрия в мониторинге воды

Часть 6. Автоматическое титрование

Часть 7. Оптические методы анализа воды

§1. Фотоколориметрические анализаторы воды

§2. ИК анализаторы

§3. Флюорисцентные приборы

Часть 8. Аппаратное и программное обеспечение систем мониторинга воды

§1. Аппаратное обеспечение системы отбора и подготовки пробы

1. Дозаторы пробы

2. Датчики

3. Анализаторы

4. Средства метрологического обеспечения

5. Вычислительная техника

6. Фитинги

7. Дополнительное оборудование для автономных и автомобильных станций

§2. Программное обеспечение

Часть 9. Примеры систем мониторинга воды

§1. Неклассические системы

§2. Классические системы

§3. Геоинформационные системы

ГЛАВА 4. МОНИТОРИНГ ПОЧВ

ГЛАВА 5. СИСТЕМЫ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ УТЕЧЕК

§1. Периодический контроль утечек

§2. Стационарный контроль

ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМЕ МОНИТОРИНГА

Часть 1. Организационная и техническая структура систем мониторинга

Мониторинг – это наблюдение или контроль с помощью технических средств.

Экологический мониторинг (ЭМ) – информационная система, предназначенная для наблюдения за состоянием ОС и её загрязнением жизнедеятельностью человека.

Эта система является чисто информационной и не содержит никаких аспектов управления. Она создана в дополнение к существующим геофизическим службам наблюдения (за погодой, ледниками, гидрология, агрогеохимия, геофизика).

1972 г. «Мониторинг антропогенного загрязнения ОС»

§1. Организационная структура систем мониторинга

Основные направления деятельности:

1. наблюдение за состоянием ОС

2. формирование прогноза о состоянии ОС

3. выдача информации в соответствующие службы и органы

Система построена по иерархическому принципу:

1 УРОВЕНЬ. Станции наблюдения или контроля, где осуществляется сбор информации и её предварительная обработка с привязкой по времени, загрязняющему веществу и месту.

2 УРОВЕНЬ. Региональные станции. Чисто информационные системы (без датчиков), в которых осуществляется анализ информации со станции (1 уровень) и выработка краткосрочных прогнозов.

3 УРОВЕНЬ. Национальная система мониторинга. Базируется на ряде служб и институтов, обрабатывает большие объекты информации и выдает долгосрочные прогнозы.

По уровню срочности вся информация, получаемая в системах мониторинга (СМ) делится на: 1) срочная информация для немедленного использования;

2) оперативная информация – информация за месячный период наблюдений с выдачей краткосрочных прогнозов;

3) стратегическая информация – это информация за годовой период наблюдений с выдачей прогнозов на 20-30 лет.

СМ содержит ряд подсистем:

1. Мониторинг воздуха

2. Мониторинг вод суши

3. Мониторинг вод морей и океанов

4. Мониторинг почв

5. Фоновый мониторинг (биосферные заповедники)

6. Мониторинг источников загрязнения

Фоновый мониторинг – контроль или наблюдение за состоянием ОС на территориях, не подвергнутых урбанизации (50 – 100 лет)

§2. Техническая структура систем мониторинга

Все СМ реализуются на базе автоматических (без человека) или автоматизированных (с человеком) систем контроля загрязнения.

1. Основные термины и определения средств измерения (СИ)

Для получения информации используют СИ, к ним относятся:

1. измерительные преобразователи (X – входная величина,Y- выходная)

1. Измерительный прибор

3) Мера, эталон или стандарт

2. Типовая структура автоматической системы контроля (АСК) загрязнений

К анал связи:1) кабельные линии

2) телефонные линии (АТЛС)

3) спутниковая связь

4) радиочастотная связь

СП – система пробоподготовки

МП – микропроцессор

АП/ПД – аппаратура приема/передачи данных

ВК – вычислительный комплекс

3. Классификация АСК загрязнений по назначению

1) Промышленные или производственные АСК загрязнения ОС

Установлены на предприятиях и содержат датчиковую аппаратуру для контроля загрязнений, а также приборы для измерения t, p, V.

2) Городская АСК загрязнения ОС

Включает в себя ряд промышленных систем, а также стационарные и подвижные посты наблюдения, распределенный по территории города

3) Региональные АСК загрязнения ОС

Обработка больших объемов информации и выдачи рекомендаций и прогнозов на региональном уровне. Оснащены, как правило, мощными многопроцессорными вычислительными компонентами.

4) Национальная АСК загрязнения ОС

Вся эта система входит в глобальную СМ ОС.

4. Основные требования к АСМ любого уровня

1) Программная совместимость снизу до верха

2) Аппаратурная совместимость

Совместимость по входящим и выходящим сигналам всех устройств, входящих в систему.

Нормированные аналоговые выходные сигналы:

3) Адаптивность. Параметры, которые могут быть адаптивными в системах разного уровня:

а) Нижний уровень (станции контроля или посты наблюдения) – диапазон измерения; периодичность калибровки датчика. (Калибровка (градуировка, поверка) – установление связи выходного сигнала СИ с входным, в качестве которого используется рабочий эталон)

б) Второй уровень – приоритет опроса станции контроля, объем передаваемой информации.

в) Верхний уровень – параметры, как и для второго уровня.

5. Требования к средствам измерения

1) Высокая чувствительность на уровне ПДК

2 ) Высокая избирательность, позволяющая различать компоненты с близкими физическими свойствами (Избирательность – чувствительность к определяемому компоненту. Она должна быть >> чувствительности к неопределяемому компоненту. Показатель избираемости: )

3) Высокие динамические характеристики - небольшое время реакции прибора на изменение измеряемого компонента (см. рис. справа)

4) Невысокая стоимость получаемой информации

5) Высокий уровень защиты СИ от влияния параметров ОС (t, влажность, ускорение, коррозия и т.д.)

Часть 2. Критерии оценки качества окружающей среды

ПДК, ПДВ, ПДС, ПД нагрузки (повторить самостоятельно)

Признаки, по которым выбираются вредные вещества, подлежащие нормированию:

а) Токсичность – абсолютно низкое значение ПДК

б) Массовость выбросов – выбираются вещества, которые имеют очень большие количества выбросов (Z.B. для атмосферы – СО)

в) Коммулитивность – возможность накопления вредных веществ в организме с течением времени (Z.B. As – мышьяк)

Часть 3. Мониторинг источников загрязнения

Особенности: 1) Возможность заранее знать состав выбрасываемых веществ в ОС;

2) Широкий диапазон концентраций вредных веществ (аварийные выбросы, залповые выбросы).

Это значительно упрощает структуры СМ.

ГЛАВА 2. ИЗМЕРЕНИЕ ОСНОВНЫХ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

Для мониторинга используют стандартные системы контроля, которые есть на каждом предприятии.

СМ обязательно измеряют следующие геофизические параметры: температуру, давление (барометрическое), уровень воды природной или сточной, расход воды в открытых протоках, скорость движения воздушных потоков, направление движения воздушных потоков.

Часть 1. Измерение температуры окружающей среды

§1.Термометр сопротивления (датчики температуры)

Принцип действия основан на зависимости активного сопротивления резистора (металлического или полупроводникового) от температуры.

1 . Медные термометры сопротивления

Сопротивление растет линейно (см. рис.)

R_t = R₀ (1+ t),

где  = 4,2610^-3[1/ ^оС] – температурный коэффициент расширения

R_t = R₀ при 0 ^оС;

R₀ определяет градуировку датчика (50 М  R₀ = 50 Ом, М - медь)

S_Rt = R₀ [Ом/ ^оС]

Диапазон температур, в котором используются медные термометры сопротивления – 200^оС ÷ +200^оС (при более высоких температурах происходит окисление меди)

2. Платиновые термометры сопротивления

Имеют нелинейную характеристику, описываются полиномом 2 или 3 степени.

Д иапазон использования от 0 до 1000 ^оС.

Обозначение 100 Pt (R₀ = 100 Ом)

Схема устройства:

1 – термометр (Cu или Pt проволока, имеющая несколько витков)

2 – защитный металлический чехол, устойчивый к воздействию среды, снижает время реакции датчика

3 – клеммная колодка

С хема преобразования сигнала в датчике температуры:

НП (нормирующий преобразова-тель) – устройство, которое преобразует нестандартный сиг-нал датчика в унифицированный сигнал.

Д – датчик, ВП – вторичный прибор.

3. ВП, работающие с термометрами сопротивления:

1 ) Четырехплечие мосты.

I – индикатор; U_пит – напряжение питания

Термометр сопротивления может быть включен в одно из плеч моста Z.B. R₃ = R_t; R₁, R₂, R₄ – const

а) уравновешенные мосты: ток в диагонали в момент отсчета показаний равен нулю R₁  R₃ = R₂ R₄ – условие равновесия;