Tổ chức quan trắc ô nhiễm không khí quyển

Tổ chức quan trắc ô nhiễm không khí Tổ chức quan trắc ô nhiễm không khí Bởi: PGS TS NGƯT Phạm Văn Huấn voer_nguyenthanhson duvantoan Quan điểm chung tổ chức quan trắc Trong điều kiện gia tăng không ngừng tác động nhân sinh tới môi trường xung quanh, cần phải có thông tin đa dạng chi tiết trạng môi trường Thông tin cho phép đánh giá tình hình tại, mà cung cấp dự báo trạng thái tương lai môi trường cuối xác định chiến lược kiểm soát lĩnh vực bảo tồn tự nhiên Vì hợp phần môi trường - khí quyển, thủy quyển, thạch quyển, sinh - liên hệ mật thiết với nhau, rõ ràng thông tin cần phải mang tính tổng hợp Ngoài ra, cần tính đến khác biệt tồn mức độ tác động Như vậy, tổ chức quan trắc, nên thực thi cách tiếp cận hệ thống mà năm gần gọi “phân tích toàn diện môi trường tự nhiên” Với cách tiếp cận hệ thống, hoàn toàn cho phép giả định tính tựa đồng dạng ô nhiễm phạm vi vùng kinh tế - lãnh thổ khác Các vùng hệ thống phức tạp, đặc trưng số lớn tham số biến thiên, đại lượng liên hệ thuận nghịch với nhau, biến động theo thời gian đáng kể chúng v.v Mô tả giải tích hệ thống thực tế được, nhiên, cách tiếp cận thực hóa sử dụng phương pháp mô hình hóa toán học Để xây dựng mô hình tương tự, người ta ứng dụng nguyên lý mô đun, mô đun có giá trị độc lập Trên quan điểm tổ chức quan trắc liên tục lan truyền tạp chất có hại, tức nghiên cứu vấn đề ô nhiễm khu vực lớn, nên xem xét mô đun lan truyền ô nhiễm Tỉ phần ô nhiễm mang từ phần khu vực tới phần khác, lấy trung bình khoảng thời gian, xác định theo biểu thức 1/26 Tổ chức quan trắc ô nhiễm không khí Gij = ∑l ∑m Pijlmcil ∑i ∑l ∑m Pijlmcil + ∑l ∑m Pxjlmcxl + ∑l cjl , (9.1) Pxjlm − xác suất vận chuyển ô nhiễm từ môi trường l phần i khu vực vào môi trường m phần j khu vực (trong khoảng thời gian lấy trung bình chấp nhận); Pxjlm − vậy, từ bên khu vực; cil − mức ô nhiễm trung bình môi trường l phần i khu vực; cxl − mức ô nhiễm trung bình môi trường l ranh giới khu vực hình thành lượng tới từ bên khu vực Nếu tính vận chuyển thực môi trường, chẳng hạn khí quyển, biểu thức (9.1) đơn giản hóa nhiều có dạng sau: Gij = Pijcil ∑i Pijcil + Pxjcxl + cjl (9.2) Quá trình lan truyền tạp chất từ nguồn tức thời liên tục với độ cao khác tới khoảng cách nhỏ lớn với tốc độ rơi lắng khác nhau, viết quan hệ ∑i Pijqi(tk)e − tk + − tk τ +Qj(tk)(tk + − tk) = qi(tk + 1), (9.3) nồng độ ô nhiễm tích phân vùng i (lấy tích phân theo độ cao); , ( ci − nồng độ thể tích, h − độ cao); thời điểm; thời gian tồn chất khí (thời gian sống); cường độ nguồn ô nhiễm vùng j thời điểm tk Về phần mình, nồng độ chất ô nhiễm khí biến thiên không gian thời gian hàm nguồn Qi(R,t) phụ thuộc vào đặc trưng khí tượng thủy văn môi trường 2/26 Tổ chức quan trắc ô nhiễm không khí Iil(R,t) = f(Qi,VR,KR,vg, ), (9.4) tốc độ gió, hệ số khuếch tán rối, tốc độ rơi lắng trọng lực Đương nhiên có mối phụ thuộc Qi(R,t) = ∑j qij(R,t), (9.5) qij lượng chất i phát thải nguồn riêng rẽ j (các giá trị đại lượng định chủ yếu vị trí nguồn không gian) Như vậy, quan hệ (9.1)?(9.5) cho phép ta xác định danh sách nhân tố ưu tiên cần tính đến tổ chức mạng lưới quan trắc Các nhân tố số là: - Dẫn liệu nguồn ô nhiễm khí tương lai (có tính đến phát triển vùng kinh tế); - Đặc trưng chất ô nhiễm (độc tính, khả tham gia vào phản ứng hóa học với chất khác, khả rơi lắng xuống mặt đệm v.v ); - Các liệu khí tượng thủy văn; - Các kết quan trắc khứ ô nhiễm khí (chủ yếu nghiên cứu khảo sát); - Các liệu mức ô nhiễm môi trường tự nhiên nước khác; - Các dẫn liệu vận chuyển tạp chất xa (vận chuyển xuyên biên giới) Mạng lưới quan trắc thành lập Liên Xô phận cấu thành Hệ thống Toàn cầu Theo dõi Môi trường (GSME) thực năm gần khuôn khổ chương trình UNEP Chương trình GSME dự định công việc số hướng, nhiên, nhiệm vụ quan trọng khuôn khổ chương trình theo dõi vận chuyển quy mô lớn rơi lắng chất ô nhiễm (kiểm soát ô nhiễm) 3/26 Tổ chức quan trắc ô nhiễm không khí Đến lượt mình, mục tiêu cuối việc theo dõi ô nhiễm toàn cầu khu vực hệ thống GSME là: - Xác định nồng độ chất ô nhiễm ưu tiên môi trường, phân bố chúng không gian biến đổi theo thời gian; - Đánh giá độ lớn tốc độ dòng chất ô nhiễm sản phẩm chuyển hóa có hại chúng; - Đảm bảo phương pháp thống thu mẫu phân tích để có kết so sánh nước trao đổi kinh nghiệm tổ chức hệ thống theo dõi; - Đảm bảo thông tin quy mô toàn cầu cần thiết để đưa định quản lý biện pháp đấu tranh với ô nhiễm Như vậy, tổ chức hệ thống quan trắc có khoa học phải dựa phân tích toàn diện môi trường thiên nhiên Còn liệu hệ thống - sở thông tin để giải nhiệm vụ điều tiết chất lượng môi trường Hướng quan trọng công đấu tranh với ô nhiễm không khí khí hệ thống kiểm soát phát thải công nghiệp vào khí Hệ thống cần thiết để nhận thông tin khách quan vụ phát thải tạp chất hại vào khí nguồn công nghiệp Để giải nhiệm vụ này, thành lập Ban Thanh tra Nhà nước Bảo vệ Không khí Khí đảm bảo kiểm soát tuân thủ tiêu chuẩn quốc gia phát thải cho phép tới hạn biện pháp giảm thiểu lượng phát thải chất hại vào khí Thanh tra Nhà nước Bảo vệ Không khí Khí thực kiểm soát: - Sự tuân thủ xí nghiệp, quan tổ chức, người hữu trách công dân sắc lệnh thị quy tắc luật định khác bảo vệ không khí khí quyển; - Sự thực kế hoạch nhiệm vụ bảo vệ không khí khí quyển; - Sự tuân thủ tiêu chuẩn phát thải cho phép tới hạn chất ô nhiễm phát thải thỏa thuận tạm thời vào khí quyển; - Sự tuân thủ yêu cầu bảo vệ không khí khí khỏi ô nhiễm di chuyển, thiết kế, xây dựng đưa vào khai thác xí nghiệp tái thiết kế; - Sự thực nhiệm vụ kế hoạch xây dựng đưa vào khai thác công trình, trang thiết bị để làm nguồn phát thải chất ô nhiễm vào khí 4/26 Tổ chức quan trắc ô nhiễm không khí Hiện nay, chức kiểm soát bảo vệ không khí khí chuyển sang Ủy ban Nhà nước Thiên nhiên Liên Xô (năm 1991 Ủy ban Nhà nước Thiên nhiên Liên Xô chuyển đổi thành Bộ Bảo tồn Môi trường), mạng lưới quan trắc hoạt động hệ thống Ủy ban Nhà nước Khí tượng Thủy văn Liên Xô thuộc hệ thống theo dõi, tức hệ thống thông tin thụ động Trong kế hoạch phát triển hệ thống này, có dự định tiếp tục mở rộng số lượng trạm cố định Thí dụ, đến năm 1995 dự định tăng thêm 100-150 trạm cố định so với năm 1985, điều tương ứng với việc lập công vụ quan trắc khoảng 20-30 điểm dân cư lãnh thổ Liên Xô Trong phát triển công tác quan trắc đảm bảo việc hoàn thiện cấu tổ chức chi nhánh mạng lưới, đầu tư hệ thống quan trắc tự động hóa, tăng thêm khối lượng quan trắc ô nhiễm môi trường tự nhiên, trước hết vùng phân bố nhà máy điện nguyên tử, thực đầy đủ chương trình quan trắc v.v Đồng thời, phải nhấn mạnh cần thiết xem xét lại cách nghiêm túc nhiều quan niệm truyền thống phát triển mạng lưới quan trắc Chẳng hạn, điều kiện khó khăn kinh tế nghiêm trọng đất nước, xu hướng đoán tăng số lượng mạng lưới quan trắc gây nên nghi ngờ định Có lẽ, trường hợp cụ thể cần định xem trước hết phải sử dụng kinh phí có vào phát triển mạng lưới hay vào biện pháp bảo vệ (xây dựng đại hóa hệ thống làm sạch, chuyển đổi ngành vận tải sang nhiên liệu khí v.v ) Có thể gọi chiến lược giải vấn đề cải thiện chất lượng không khí khí chiến lược ưu tiên tối ưu, nhiệm vụ giải theo lộ trình ưu tiên xuất phát từ khả kinh tế thực Quan trắc chất lượng không khí khí điểm dân cư ô nhiễm Năm 1980 thông qua luật Liên Xô “Về bảo vệ không khí khí quyển” Theo luật này, năm gần mở rộng đáng kể chức công vụ thực quan trắc kiểm soát tình trạng ô nhiễm khí Ở đây, giải vấn đề ô nhiễm khí quyển, bên cạnh phương pháp tính toán, vai trò liệu thực nghiệm (kết quan trắc thường xuyên nồng độ tạp chất có hại) trở nên to lớn Thông tin hệ thống hàm lượng chất ô nhiễm bầu không khí thu nhận nhờ mạng lưới quan trắc Hiện nay, mạng lưới quan trắc bao phủ 450 thành phố Liên Xô (bao gồm địa điểm dân cư quyền kiểm soát không thuộc vụ Ủy ban Nhà nước Khí tượng Thủy văn Liên Xô, mà ngành khác) Như vậy, so với năm 1966, số thành phố điểm dân cư có tiến hành quan trắc thường xuyên tăng lên khoảng 10 lần Trách nhiệm tổ chức phục vụ quan trắc giao cho Ủy ban Nhà nước Khí tượng Thủy văn Liên Xô 5/26 Tổ chức quan trắc ô nhiễm không khí Những nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm lan truyền tạp chất khí thực Tổng đài Vật lý Địa cầu mang tên A I Voeikov cho phép xây dựng nguyên lý tổ chức mạng lưới quan trắc, thực phân tích phòng thí nghiệm (hóa học) mẫu không khí, thu thập, xử lý khái quát thông tin ô nhiễm Để kiểm soát chất lượng không khí điểm dân cư, thiết lập ba loại trạm quan trắc: trạm cố định, trạm định tuyến trạm di động Trạm cố định có chức đảm bảo thường xuyên thu mẫu không khí để sau phân tích phòng thí nghiệm, liên tục ghi hàm lượng chất ô nhiễm máy phân tích khí tự động Hiện nay, mạng lưới trạm cố định cung cấp trạm đo “ẽợủũ-2” (trước “ẽợủũ-1”), trang bị máy phân tích khí loại Ãèấ-3 Ãèấ-1 (những đặc trưng dụng cụ trình bày mục 9.4) Để tìm hiểu biến động dài hạn hàm lượng chất ô nhiễm phổ biến nhất, số trạm cố định có trạm trọng điểm Các trạm cố định bố trí phù hợp với thỏa thuận quan địa phương Ủy ban Nhà nước Khí tượng Thủy văn Liên Xô Vụ Vệ sinh - Dịch tễ học Sự di dời trạm trọng điểm phép theo định Ủy ban Nhà nước Khí tượng Thủy văn Liên Xô Trạm định tuyến có chức thường xuyên thu thập mẫu không khí địa điểm cố định xe trạm trang bị cho mục đích Trạm di động có chức thu thập mẫu nơi có dấu hiệu khói vết khí nguồn tạp chất nhằm mục đích xác định vùng tác động Không phụ thuộc vào loại trạm, trạm bố trí có tính đến đòi hỏi định: khuôn viên thoáng, mái che không phát bụi, xa tòa nhà công trình xây dựng có khả làm sai lệch kết quan trắc v.v Việc định vị trạm cố định trạm định tuyến phụ thuộc nhiều vào kết khảo sát tổng hợp ban đầu tình trạng ô nhiễm môi trường không khí thành phố phát thải công nghiệp, phát thải vận tải ô tô, nguồn sinh hoạt nguồn khác Trong thời kỳ khảo sát vậy, người ta nghiên cứu đặc điểm vị trí địa lý tự nhiên cụm dân cư, chế độ khí tượng, phân bố nguồn ô nhiễm, xác lập danh mục chất ô nhiễm chủ yếu v.v Kết hợp liệu khảo sát tổng hợp với kết nhận phương pháp tính toán, thành lập mạng lưới đủ hiệu cho phép nhận tranh thực trạng ô nhiễm bầu không khí Những kết quan trắc trạm di động thực khoảng cách khác gần dấu hiệu xí nghiệp công nghiệp bổ sung quan trọng vào thông tin trạm cố định trạm tuyến 6/26 Tổ chức quan trắc ô nhiễm không khí Số lượng tối thiểu trạm cố định xác định tùy thuộc vào dân số Thí dụ, cụm dân cư với số dân triệu người, mạng lưới cần phải gồm 10-20 trạm cố định trạm tuyến Lêningrat với dân số triệu, có tất 12 trạm loại “ẽợủũ-1” (“ẽợủũ-2”) Còn thực tế khác ảnh hưởng tới số trạm vị trí chúng, diện tích cụ dân cư địa hình khu vực, trình độ phát triển công nghiệp, đặc điểm ngành giao thông vận tải v.v Mạng lưới trạm quan trắc hình thành ghi lên sơ đồ thành phố, thí dụ đồ thể hình 9.1 Trên sơ đồ ghi điểm quan trắc, vị trí phân bố xí nghiệp nguồn ô nhiễm khác, ranh giới vùng vệ sinh bảo vệ vùng nghỉ ngơi Bốn chương trình quan trắc thực trạm cố định trạm tuyến: quan trắc đầy đủ, quan trắc không đầy đủ, quan trắc rút gọn quan trắc ngày Hình 9.1 Mẫu sơ đồ thành phố - nhà máy luyện kim, - nhà máy nitơ - phân khoáng, - trạm thủy điện, - lò nhiệt luyện, - nhà máy xi măng, - nhà máy khí, - xí nghiệp công nghiệp nhẹ, - tổ 7/26 Tổ chức quan trắc ô nhiễm không khí hợp xây dựng nhà, I - ranh giới khu vệ sinh bảo vệ, II - ranh giới khu nghỉ dưỡng, III trạm khí tượng, IV - trạm quan trắc ô nhiễm khí Quan trắc theo chương trình đầy đủ thực hàng ngày máy phân tích khí tự động liên tục hay gián đoạn vào 1, 7, 13 19 thời gian sắc lệnh địa phương Để có thông tin nồng độ hạn quan trắc cho phép tiến hành quan trắc theo chương trình không đầy đủ, thực ngày vào 7, 13 19 thời gian sắc lệnh địa phương Ở nơi nồng độ trung bình tháng thấp 1/20 nồng độ tới hạn cho phép nhỏ ngưỡng độ nhạy dụng cụ, nhiệt độ không khí thấp ?45 oC, cho phép tiến hành quan trắc theo chương trình rút gọn: nhận thông tin hàng ngày nồng độ lần vào 13 thời gian sắc lệnh địa phương Trong thu mẫu đồng thời ghi đặc trưng khí tượng: hướng tốc độ gió, nhiệt độ không khí, trạng thái thời tiết mặt đệm Tại trạm cố định trọng điểm tiến hành quan trắc chất ô nhiễm chủ yếu (bụi, điôxit lưu huỳnh, ôxit cacbon điôxit nitơ) chất đặc biệt với danh mục xác định thông qua khảo sát tổng hợp tình trạng ô nhiễm bầu không khí điểm dân cư Tại trạm cố định (không trọng điểm) tiến hành quan trắc tạp chất độc hại đặc biệt Việc xác định nồng độ chất ô nhiễm trạm phép tiến hành theo chương trình quan trắc rút gọn Tại trạm tuyến thực quan trắc chất ô nhiễm chất ô nhiễm đặc biệt Tại trạm di động quan trắc tạp chất đặc biệt đặc trưng loại phát thải xí nghiệp cụ thể Mạng lưới quan trắc xem xét tổ chức nơi có tác động nhân sinh mạnh, cần kiểm soát mức ô nhiễm vùng xa nguồn tạp chất độc hại địa phương Ở vùng vậy, mức ô nhiễm hình thành vận chuyển tạp chất từ xa (xuyên biên giới) Để quan trắc mức ô nhiễm, Tổ chức khí tượng giới thực chương trình tổng quát quan trắc mạng lưới gồm 150 trạm Mạng lưới gồm loại trạm: - Các trạm sở để theo dõi toàn cầu nồng độ thấp thành phần khí quan trọng; 8/26 Tổ chức quan trắc ô nhiễm không khí - Các trạm khu vực để theo dõi biến động dài hạn thành phần không khí khí gây nên tác động nhân sinh khu vực; - Các trạm khu vực với chương trình quan trắc mở rộng Chương trình theo dõi tối thiểu trạm sở bao gồm đo độ đục khí quyển, độ dẫn điện không khí, nồng độ điôxit cacbon không khí, tạp chất, kim loại nặng, đo độ axit giáng thủy Đó trạm chủ yếu thuộc loại nghiên cứu Tại trạm khu vực, chương trình tối thiểu bao gồm quan trắc độ đục khí quyển, tạp chất giáng thủy Các trạm khu vực với chương trình mở rộng có quan trắc bổ sung thành phần dạng khí không khí khí quyển, thành phần hạt, kim loại nặng không khí v.v Hiện nay, có gần 10 trạm sở hoạt động, tiến hành phân tích ô nhiễm không khí mà môi trường khác Các phương pháp phân tích chất làm ô nhiễm khí Phân tích chất ô nhiễm chứa môi trường không khí xếp vào loại nhiệm vụ khó hóa học phân tích Đó nguyên nhân sau: - Một mẫu đồng thời chứa hàng chục, chí hàng trăm hợp chất hữu vô cơ; - Nồng độ chất độc khí nhỏ không đáng kể (dưới % thấp hơn); - Không khí hệ thống không ổn định với thành phần liên tục biến đổi (sự diện nước, ôxy, phản ứng quang hóa, biến đổi điều kiện khí tượng) Một nhiệm vụ phân tích ô nhiễm không khí nhận thông tin thành phần định tính định lượng mẫu không khí phân tích, cần cho dự báo mức ô nhiễm không khí, đánh giá thực trạng, thực thi biện pháp bảo vệ bầu không khí Để thực nhiệm vụ này, người ta sử dụng phương pháp hóa - lý đại phân tích chất trước hết phương pháp sắc ký phương pháp phổ kết hợp với phương pháp sơ khởi tập trung tạp chất vi lượng 9/26 Tổ chức quan trắc ô nhiễm không khí Hiện nay, phương pháp xác định nồng độ thấp hợp chất hóa học độc hại không khí xây dựng cho 400 chất chuẩn hóa Liên Xô Mỹ Với mục đích để phân tích ô nhiễm không khí, bốn nhóm phương pháp sau phổ biến nhất: - phương pháp sắc ký, - phương pháp trắc phổ - khối lượng, - phương pháp phổ, - phương pháp điện hóa Các phương pháp sắc ký hiệu phân tích hỗn hợp phức tạp Thí dụ, phương pháp sắc ký khí - phương pháp lý tưởng nghiên cứu tạp chất vi lượng hợp chất hữu dễ bay Từ cuối năm bảy mươi, bắt đầu phát triển mạnh phương pháp sắc ký chất lỏng áp suất cao với hiệu cao Những phương pháp cho phép phân tích mẫu không khí bị nhiễm tạp chất hợp chất hữu độc, có hyđrô cacbua thơm đa mạch vòng, thuốc bảo vệ sinh vật v.v Trong đó, để phân tích ô nhiễm không khí, người ta bắt đầu ứng dụng nhiều phương án phương pháp sắc ký chất lỏng ion, cho phép xác định tạp chất vi lượng hợp chất hữu vô với khả phản ứng cao Hình 9.2 Sơ đồ sắc ký khí - chất mang khí, - điều chỉnh tiêu thụ, - thiết bị nhập mẫu, - ống sắc ký khí, - máy phân tách, - máy tự ghi, - buồng ổn nhiệt Trên hình 9.2 biểu diễn sơ đồ sắc ký khí, phân tách chất dễ bay diễn theo trình tự sau Nhờ phận chuyên - thường que nhọn thủy tinh nhỏ, mẫu đưa vào từ đầu ống sắc ký dài hẹp (ống dài 0,9-3,0 m đường kính 0,25-50 mm), chất mang khí qua Với tư cách chất mang khí, người ta dùng khí trơ, khí qua ống sắc ký với tốc độ không đổi mang hợp phần mẫu 10/26 Tổ chức quan trắc ô nhiễm không khí Các mẫu không khí ô nhiễm, nêu trên, thường hỗn hợp phức tạp, chứa hàng trăm hợp chất phân tách dạng đỉnh băng sắc ký Vì vậy, việc giải đoán băng sắc ký công việc nặng nhọc Tình hình thay đổi đáng kể sử dụng máy tính điện tử với phần mềm tương ứng giúp đơn giản hóa việc giải đoán số liệu từ máy trắc phổ khối sắc ký (GMS) máy trắc phổ khối khí sắc ký (GC-MS) Về thực chất, phương pháp phân tích trắc phổ khối sắc ký chất ô nhiễm không khí có hai cách tiếp cận: 1) xác định hợp chất đặc biệt hay lớp quan tâm; 2) phân tích chung (định tính định lượng) tất hợp chất có mặt mẫu không khí ô nhiễm Trong trường hợp thứ nhất, việc liên tục kiểm tra ion lựa chọn thích hợp nhất: ý nghĩa phương pháp chỗ số ion lựa chọn với tương quan khối lượng điện tích (m/e) xác định, có phận không lớn có đóng góp vào cường độ đỉnh tương ứng phổ khối Nếu tách ion “cần thiết”, số lượng chúng ghi nhận máy tách đặc biệt hệ máy tính - trắc phổ khối tăng lên nhiều, đảm bảo độ nhạy cao nhiều ghi ước lượng định lượng Trong cách tiếp cận thứ hai đòi hỏi biết tất hợp phần có mẫu không khí ô nhiễm phân tích Trong trường hợp này, người ta nhận định thành phần chất ô nhiễm theo đường cong biến biến thiên dòng điện ion Đồ thị dòng điện ion nhận chế độ phân tích sắc ký khối ion cho biết phụ thuộc biến thiên cường độ đỉnh ion tương ứng hàm thời gian Nếu so sánh biểu đồ với đồ thị biến thiên dòng điện ion toàn phần, dễ dàng tìm phổ khối hợp phần tương ứng mà người nghiên cứu quan tâm Các đặc trưng định lượng nhận phương pháp khác Một phương pháp phổ biến sử dụng băng sắc ký nhận theo phương pháp máy trắc phổ khối lượng giữ vai trò máy tách đặc biệt Trong trường hợp này, để so sánh, người ta đưa vào máy sắc ký dung dịch chuẩn với nồng độ biết Người ta so sánh diện tích đỉnh sắc ký chuẩn với diện tích đỉnh hợp phần cần phân định tính toán nồng độ chất gây ô nhiễm có kể đến hệ số độ nhạy Phương pháp khí sắc ký có ưu việt chối cãi phương pháp phân tích, không cho phép phân định hàng trăm hợp chất có mặt thành phần hỗn hợp phức tạp làm ô nhiễm không khí khí Đương nhiên rằng, để giải vấn đề đòi hỏi phải có máy tách có khả cho đặc trưng đơn trị riêng biệt hợp phần Máy tách máy trắc phổ khối lượng Nếu liên kết thành 12/26 Tổ chức quan trắc ô nhiễm không khí sơ đồ thống nhất, phương pháp bổ sung lẫn cho phép tách phân định nồng độ thấp hợp chất hữu hỗn hợp phức tạp Các phương pháp phân tích phổ phương pháp phổ biến để nghiên cứu thành phần định tính định lượng ô nhiễm không khí Phương pháp phổ phát sáng ngoại hấp thụ nguyên tử, phổ plazma, phổ phát sáng ngoại rơn ghen, phương pháp laser phương pháp khác cho phép xác định nhiều tạp chất vi lượng không khí Một phương pháp thích hợp phân tích không khí nhóm phương pháp trắc màu Phương pháp dựa vào đo suy yếu dòng ánh sáng hấp thụ chọn lọc ánh sáng chất cần xác định vùng phổ nhìn thấy Hợp phần cần xác định chuyển hóa vào hợp chất nhuộm màu nhờ phản ứng hóa học đặc biệt, sau xác định cường độ màu dung dịch Nếu chất nghiên cứu trực tiếp hấp thụ vùng phổ nhìn thấy, thời gian kéo dài phân tích giảm, không cần phải dùng dung dịch màu Các dụng cụ sử dụng phương pháp trắc màu chia làm hai loại: - Các dụng cụ người ta so sánh mắt màu dung dịch công tác dung dịch chuẩn; - Các dụng cụ người ta xác định cường độ tuyệt đối tương đối dòng ánh sáng qua dung dịch Chúng ta biết tới máy phân tích khí trắc màu ánh sáng kiểu băng, tương tác chất cần xác định hóa chất diễn băng giấy, băng vải băng polyme Các máy phân tích kiểu băng có ưu điểm so với máy kiểu chất lỏng: chúng nhạy hơn, vận hành đơn giản, không đòi hỏi thời gian chuẩn bị dung dịch Thuộc loại phương pháp phổ có phương pháp phổ cực tím phổ hồng ngoại Trong vùng phổ cực tím người ta thường phân tích hợp chất thơm chất vô SO2, NO2 Hg So với phương pháp trắc màu, phương pháp có độ nhạy cao hơn, nhiên có nhược điểm - độ lựa chọn thấp Đó nhiều hợp chất hữu làm ô nhiễm không khí có dải hấp thụ rộng vùng phổ cực tím dải gián đoạn Điều trước hết làm giảm độ xác phép đo, làm cho phân tích hỗn hợp nhiều hợp phần Phương pháp phổ hồng ngoại cho phép tiến hành phân định xác định định lượng nhiều chất ô nhiễm công nghiệp nguồn gốc hữu vô Để liên tục phân tích tạp chất không khí người ta thường sử dụng máy phân tích hồng ngoại tự động loại không chọn lọc loại chọn lọc Chúng cho phép xác định nồng độ chất không khí vùng 10 − − 10 − 2% Độ chọn lọc phép 13/26 Tổ chức quan trắc ô nhiễm không khí phân tích ứng dụng máy phân tích loại chọn lọc đảm bảo cách chọn bước sóng phân tích cho với bước sóng chất cần xác định hỗn hợp hấp thụ xạ hồng ngoại, hợp phần không đo “trong suốt” Các máy phân tích hồng ngoại không chọn lọc thường gồm hai kiểu: - Kiểu lọc âm bản, kênh dùng làm lọc chứa đầy khí cần xác định tạp chất không khí, kênh khác - chứa chất khí ngăn cản việc xác định tạp chất áp suất định có mặt không khí, giữ nguyên không chứa khí - Kiểu lọc dương bản, sử dụng thu chọn lọc dạng buồng chứa chất khí cần phân tích thiết kế cho thành buồng màng kim loại nhạy cảm Biên độ dao động áp suất khí buồng tỉ lệ với nồng độ chất khí cần phân tích Các máy phân tích hồng ngoại không chọn lọc sử dụng để phân tích ôxit điôxit cacbon, hyđrô cacbua, ôxit nitơ điôxit lưu huỳnh Công nghiệp nước ta sản xuất máy phân tích hồng ngoại âm học Ãèấ-3 ÃẩÀè-1 để xác định nồng độ CO dải nồng độ 0-400 mg/m3 không khí Phương pháp phát sáng ngoại thuộc loại phương pháp phát sáng độ nhạy cao để xác định dư lượng tạp chất hữu vô không khí Một hướng phương pháp phương pháp phát sáng phân tử pha khí Phương pháp dựa nguyên lý kích hoạt phân tử chất SO2, NO2, Cl2, xạ với bước sóng đặc trưng cho hấp thụ hợp chất vùng phổ nhìn thấy vùng phổ cực tím Người ta kích hoạt phát sáng ngoại laser đèn khí cường độ cao, bước sóng cần đo tách lọc ánh sáng Để xác định ôxit nitơ, cacbon lưu huỳnh, ôzôn, amiac chất khác, người ta sử dụng máy phân tích khí độ nhạy cao làm việc theo nguyên lý phát sáng ngoại hóa học Các phản ứng hóa học kèm với tượng phát sáng ngoại hóa học diễn nhiệt độ nâng cao nhiệt độ bình thường Thí dụ, xác định nồng độ ôxit cacbon nhờ phát sáng hóa học xuất cháy ôxit cacbon ôxy nguyên tử: CO + O → CO2+ hγ Trong phát sáng hóa học phát phần nhìn thấy phổ λ = 400 nm Giới hạn phát CO ? 0,5 mg/m3 Ôxit nitơ xác định theo phản ứng tỏa nhiệt NO O3, kết nhận NO2, O2 gần 10 % NO2 kích động điện tử 14/26 Tổ chức quan trắc ô nhiễm không khí Khi chuyển hóa NO2 sang trạng thái không kích động, xuất xạ với cường độ tỉ lệ với lượng NO buồng phản ứng Khi xác định hàm lượng tổng cộng NO + NO2 không khí, trước tiên người ta khôi phục NO2 NO Các máy phân tích khí để xác định ôxit nitơ thường gồm hai kiểu: kiểu buồng kiểu hai buồng Trong máy phân tích khí buồng việc xác định hàm lượng NO NO2 diễn hai chu kỳ: chu kỳ thứ xác định hàm lượng NO, chu kỳ thứ hai xác định hàm lượng tổng ôxit chất khí cho qua chuyển đổi xúc tác Hàm lượng NO2 xác định theo hiệu số lần đo Ở giả thiết nồng độ tổng cộng ôxit thời gian chu kỳ không biến đổi Các hệ thống hai buồng cho phép đồng thời đo nồng độ NO NO2 Các tạp chất nitrat nitrit gây khó khăn cho việc xác định nồng độ ôxit nitơ không khí, thường nồng độ chúng không khí khí không đáng kể so với nồng độ NO + NO2 không ảnh lớn tới kết phân tích Những ưu việt phương pháp là: - dải đo rộng ( 10 − − 10 − phần triệu); - hoạt động nhanh (dưới 0,5 s); - thiết bị đơn giản Khi tương tác trực tiếp ôxit nitơ với hyđrô nguyên tử xuất phát sáng ngoại hóa học vùng 628-780 nm với cực đại 690 762 nm Để đo nồng độ NO2, sử dụng phản ứng chuyển hóa trực tiếp NO2 thành NO tương tác với hyđrô nguyên tử Phương pháp cho phép đo nồng độ từ đến 3.104 phần triệu Những ưu điểm phương pháp là: diện cực đại phát xạ phần phổ nhìn thấy, khả đo nồng độ cao, dải tuyến tính tín hiệu đầu rộng Nhược điểm chủ yếu phương pháp phải có hyđrô nguyên tử, điều đòi hỏi nhiệt độ cao (tới 1900 oC) liên quan tới nguy phát nổ cao Sự xuất nguồn phát xạ hạt nhân có tính đơn sắc, công suất phát xạ phổ định hướng cao tạo khả phát triển phương pháp thám sát khí tích cực tuyến ngang dài - tới hàng nghìn kilômet dải nhìn thấy, cực tím hồng ngoại phổ điện từ Các phương pháp thám sát tích cực phân chia thành phương pháp hấp phụ, phương pháp tán xạ kết hợp phương pháp phát quang cộng hưởng Tùy thuộc vào phương pháp thám sát lựa chọn dải phổ, phát thấy hợp chất dạng khí khí CO2, CH4, NH3, NO, NO2, H2S, HF, Cl, F2 Các hệ thống dựa laser-CO2 sử dụng để phát đại đa số hợp chất hữu không khí khí Những phương pháp phân tích định lượng chất ô nhiễm không khí có độ nhạy cao, nhiên hệ thống tương tự, tùy thuộc vào chất 15/26 Tổ chức quan trắc ô nhiễm không khí hợp phần đo cản trở ảnh hưởng tạp chất tuyến phương pháp thám sát, phạm vi phát 10 − 4- 10 − % Các phương pháp điện hóa So với phương pháp lý - hóa phát triển năm gần đây, phương pháp điện hóa phần giá trị có Tuy nhiên thành tựu kỹ thuất, tính đơn giản giá rẻ tương đối dụng cụ, thuận tiện sử dụng cho phép ứng dụng phương pháp điện hóa thực tiễn Đặc biệt phương pháp ứng dụng rộng kiểm soát hệ thống ô nhiễm không khí khí không khí khu công tác, phòng thí nghiệm nhà máy điện nguyên tử phòng thí nghiệm mạng lưới quan trắc thuộc Ủy ban Nhà nước Khí tượng Thủy văn Liên Xô Các phương pháp đo độ dẫn đo điện tích dùng phổ biến phân tích chất ô nhiễm khí Bản chất phương pháp đo độ dẫn đo độ dẫn điện dung dịch phân tích Độ dẫn điện dung dịch ion chất có khả phân ly điều kiện định, phụ thuộc vào nồng độ ion dung dịch tính di động chúng Các máy phân tích khí xây dựng nguyên lý đo độ dẫn dùng để xác định ôxit khí, hợp chất chứa lưu huỳnh, halôgien hyđrô halôgien Tùy thuộc vào hệ phương pháp xác định nhân tố cản trở, phạm vi phát điôxit lưu huỳnh nằm khoảng giá trị 0,005-1 mg/m3 Tuy nhiên, máy đo độ dẫn phân tích khí điôxit lưu huỳnh sản xuất hàng loạt có phạm vi phát 0,002-0,005 mg/m3 Nguyên lý hoạt động máy phân tích loại sau: Không khí cần phân tích đưa qua dung dịch chứa axit sunphua, brômit kali lượng brôm Điôxit lưu huỳnh chứa không khí với có mặt brôm bị ôxy hóa theo phản ứng SO2 + Br2 + 2H2O → SO24 − + 4H+ + 2Br − Trong cảm biến sử dụng hai điện cực: bạch kim bạc phủ lớp mỏng brômit bạc Hiệu điện điện cực tuân theo định luật Nerst: ( ) E = E0 + (RT / 4F)ln [Br2] / [Br − ] , E0 − hiệu điện không đổi, R-hằng số khí, F-hằng số Pharađây Trị số E so sánh với trị số điện áp tiêu chuẩn theo hiệu số chúng người ta thực kiểm tra biến thiên dòng điện qua dung dịch, tức biến thiên độ dẫn điện dung dịch trình điện phân: 2Br − → Br2 + 2e − 16/26 Tổ chức quan trắc ô nhiễm không khí Sự tăng lượng brôm tiêu phí phản ứng với SO2 dẫn tới tăng dòng điện mạch điện hóa, phía điều làm tăng lượng brôm tạo thành điện phân Phương pháp đo độ dẫn không đòi hỏi sử dụng thiết bị phức tạp, có độ nhạy cao, hoạt động nhanh gọn Nhược điểm phương pháp đo độ dẫn chỗ tất khí hòa tan hóa chất có tạo thành ion ảnh hưởng mạnh tới độ dẫn điện dung dịch điện phân, nhiệt độ môi trường bên ảnh hưởng tới độ xác số đo, dụng cụ cần thường xuyên thay dung dịch điện phân có thang đo không tuyến tính Phép đo điện tích - phương pháp điện hóa không cần chất tiêu chuẩn, có độ xác độ nhạy tương đối cao Trong trường hợp chung, phương pháp dựa việc xác định lượng điện tích cần thiết để thực trình điện hóa phân tách điện cực tạo thành chất dung dịch điện phân mà theo thực phân tích mẫu cần nghiên cứu Các máy phân tích khí đo điện tích máy hiệu tất máy phân tích khí vận hành theo nguyên lý điện hóa cho phép xác định hợp phần không khí như: SO2, HCl, Cl2, HF, O3, HCN Tùy thuộc vào cấu tạo cảm biến, sơ đồ điện tử thành phần dung dịch hấp thụ, phạm vi phát điôxit lưu huỳnh dao động từ 10 đến 100 μg/m3 Hàm lượng clo xác định vùng nồng độ từ 0,02-0,03 đến 22-24 mg/m3 Phương pháp đo điện tích có loạt ưu điểm nghi ngờ: độ nhạy cao, số đo không phụ thuộc vào nhân tố ảnh hưởng tới kết đo phương pháp khác (nhiệt độ, trạng thái bề mặt điện cực, cường độ xáo trộn v.v ), dải động lực rộng Các máy phân tích đo điện tích đại có cấu tạo tương đối đơn giản, gọn nhẹ, giá thành tương đối thấp Những nhược điểm phương pháp đo điện tích tính chọn lọc thấp, định kỳ thay chất điện phân Đảm bảo thiết bị quan trắc Mặc dù khó khăn biết giải vấn đề bảo tồn thiên nhiên nước ta, mạng lưới quan trắc Ủy ban Nhà nước Khí tượng Thủy văn Liên Xô có tay dụng cụ cho phép thực kiểm soát có hiệu tình trạng môi trường, có khí Một số dụng cụ với thời gian thay dụng cụ hoàn thiện hơn, số khác có thâm niên phục vụ dài Không trọng tới vấn đề đảm bảo phương tiện kĩ thuật kiểm soát công sở Ủy ban, xem xét loại dụng cụ chủ yếu dùng để phân tích mức ô nhiễm môi trường không khí Ngoài ra, khuôn khổ mục trình bày thông tin tổ hợp phương tiện kĩ thuật sử dụng: phòng thí nghiệm “Пост?2” hệ thống tự động hóa AHKOC?AГ 17/26 Tổ chức quan trắc ô nhiễm không khí Máy phân tích khí ГИАМ-1 Loại máy phân tích khí thời gian dài dùng để đo hàm lượng tạp chất vi lượng, ôxit cacbon không khí Trong dụng cụ sử dụng phương pháp quang - âm học phân tích chất khí, dựa đo hấp thụ lượng tia phần phổ hồng ngoại Mỗi chất khí hấp thụ xạ hồng ngoại vùng phổ định Chỉ ngoại trừ chất khí nguyên tử ôxy, nitơ hyđrô - chất khí không hấp thụ xạ hồng ngoại Phương pháp phân tích quang - âm học dựa tượng sau đây: chất khí có khả hấp thụ tia hồng ngoại chứa vào thể tích kín tác động lên dòng xạ hồng ngoại, sau khoảng thời gian định chất khí nóng lên tương ứng áp suất tăng lên Nếu ta làm gián đoạn dòng xạ hồng ngoại với tần số định chất khí tuần hoàn nóng lên nguội đi, điều dẫn tới dao động áp suất Trong ГИАМ-1sử dụng sơ đồ máy phân tích hồng ngoại vi phân với lọc dương Sơ đồ nguyên lý ГИАМ-1 biểu diễn hình 9.3 Hình 9.3 Sơ đồ nguyên lý máy phân tích hồng ngoại với lọc dương - động đồng bộ, - nguồn phát xạ, - cửa quay obturato, - buồng đo, - cửa thoát khí, - lọc khí vào, - cửa khí vào, - buồng lọc, - phận tự ghi, 10 - màng micro tụ, 11 - khuếch đại, 12 - micro tụ, 13 - ống trụ thu nhận tia, 14 - thu xạ hồng ngoại, 15 - buồng so sánh 18/26 Tổ chức quan trắc ô nhiễm không khí Như thấy hình 9.3, dòng xạ hồng ngoại từ hai nguồn phát nikel crôm vào hai kênh quang học Các dòng xạ bị gián đoạn cửa obturato 3, cửa quay nhờ động đồng Trong kênh bên phải dòng xạ gián đoạn qua buồng đo 4, sau qua buồng lọc vào ống thu nhận tia bên phải 13 thu nhận xạ hồng ngoại 14 Hỗn hợp khí phân tích qua buồng cách liên tục Trình tự dòng kênh bên trái tương tự, có điều dòng hồng ngoại gián đoạn bắt đầu đường qua buồng so sánh 15 Các ống trụ nhận tia 13 đổ đầy hỗn hợp ôxit cacbon với acgông, dao động nhiệt độ áp suất xuất xạ hồng ngoại gây nên hấp thụ xạ hồng ngoại ôxit cacbon Những dao động nhiệt độ áp suất xuất tác động xạ gián đoạn tiếp thu micro tụ 12 Trong xảy chênh lệch thời gian dao động áp suất hai ống trụ thu nhận tia Nếu dòng xạ hồng ngoại nhau, màng micro tụ 10 tiếp thu tổng áp suất, trạng thái nghỉ Khi buồng đo có ôxit cacbon, dòng xạ hồng ngoại vào ống trụ thu nhận tia nhỏ Trong trường hợp thể tích thu nhận xạ hồng ngoại phía màng xuất thành phần biến thiên áp suất chất khí, giá trị phụ thuộc vào mức độ hấp thụ xạ buồng đo Dao động màng micro tụ biến đổi thành điện áp xoay chiều, đến đầu vào khuếch đại 11, sau đến phận tự ghi Số đo dụng cụ số nồng độ CO hỗn hợp khí phân tích Để trấn áp ảnh hưởng điôxit cacbon tới số đo máy phân tích khí, chất thường có mặt hỗn hợp khí với CO có phổ hấp thụ gần với phổ ôxit cacbon, buồng lọc ÃẩÀè-1 chứa đầy điôxit cacbon Máy phân tích khí cho phép đo ba dải: 0-40, 0-80 0-160 mg/m3 Sai số quy dẫn (tính % giới hạn đo trên) không lớn ±5 % Máy phân tích khí ГKП-1 Máy phân tích khí điện tích phân cực ГKП-1 dụng cụ cố định tự động để đo hàm lượng điôxit lưu huỳnh không khí khí Nguyên lý vận hành máy phân tích khí sau Hỗn hợp khí cần phân tích lấy vào từ không khí khí xung quanh nhờ thiết bị thu nhận chuyên, làm khỏi tạp chất học phận lọc vào phận cảm biến điện hóa Điôxit lưu huỳnh chứa hỗn hợp phân tích phản ứng với iôt tới iôđua hyđrô (HI), sau bị ôxy hóa điện cực đo: 19/26 Tổ chức quan trắc ô nhiễm không khí SO2 + I2 = 2H2O → HI + H2SO4 Cảm biến điện hóa làm việc theo chế độ yếu tố đo dòng điện Dòng điện xuất điện phân số nồng độ điôxit lưu huỳnh I cSO2 = 1,1938 Q , cSO2 − nồng độ điôxit lưu huỳnh không khí, mg/m3; I-dòng điện, μA; Qtiêu phí hỗn hợp khí, l/giờ Máy phân tích khí có bốn dải đo: 0-1, 0-2, 0-5 0-10 mg/m3 Sai số dụng cụ không ±6 % giới hạn đo Máy phân tích khí ГMK-3 dùng để xác định nồng độ ôxit cacbon hỗn hợp khí Nguyên lý vận hành (giống dụng cụ ГKП-1.đã xét trên) dựa vào đo hấp thụ xạ hồng ngoại ôxit cacbon Mức độ hấp thụ xạ phụ thuộc vào nồng độ ôxit cacbon Có nhiều nét chung sơ đồ đo máy ГMK?3 ГKП-1 Dụng cụ có ba thang đo: 0-40, 0-80 0-400 mg/m3 Sai số thang 0-80 mg/ m3 không ±5 % giới hạn đo Trên thang 0-40 0-400 mg/m3 sai số cao chút, không ±10 % Máy phân tích khí 652ХЛ01 Máy phân tích khí tự động dùng công tác kiểm soát dụng cụ nồng độ ôzôn Cơ sở vận hành dụng cụ phương pháp phát quang ngoại hóa học Bản chất tượng sau: phản ứng êtilen (C2H4) với ôzôn điều kiện định kèm theo phát sáng O3 + C2H4 → CHOH *; CHOH * → CHOH + hγ h- số Plank, γ − tần số phát xạ Nồng độ ôzôn hỗn hợp phân tích xác định thông qua phân tách nhờ nhân tử quang điện tử xạ xuất hγ tỉ lệ với nồng độ O3 mẫu Máy phân tích khí có bốn dải đo nồng độ khối ôzôn: 0-0,05, 0-0,15, 0-0,5 0-1,5 mg/ m3 Sai số quy dẫn tất dải không ±20 % Máy phân tích khí645ХЛ01 Máy phân tích khí tự động 645ХЛ01 dùng công tác kiểm soát dụng cụ hàm lượng ôxit nitơ (NO), điôxit nitơ (NO2) tổng ôxit nitơ (NO + NO2) không khí 20/26 Tổ chức quan trắc ô nhiễm không khí Hoạt động dụng cụ dựa phương pháp phát sáng ngoại hóa học, tương tác ôxit nitơ với ôzôn điều kiện tương ứng kèm theo phát sáng ngoại: NO+O3 → NO2 + O2; NO2 → NO2 + hv Phát xạ diễn vùng phổ 620-2500 nm với cực đại 1200 nm, tức dải hồng ngoại Cường độ phát xạ hγ tỉ lệ với số phân tử tham gia tương tác, tức nồng độ ôxit nitơ Bộ phận thu phát xạ máy phân tích khí loại 645ếậ nhân tử quang điện tử Ôzôn cần thiết để diễn phản ứng lấy từ ôxy không khí xung quanh phóng điện cao lò sinh ôzôn Để xác định nồng độ NO2 tổng NO + NO2 thiết kế kênh bổ sung chuyển hóa NO2 thành NO → NO2Nung nãng tíi 200oCNO+O2 Trong kênh thực phân tách phát xạ NO + O2 Nồng độ NO2 xác định theo hiệu trị số tín hiệu điện, tỉ lệ với nồng độ NO + NO2 NO Để dụng cụ có độ nhạy cực đại, buồng phản ứng tương tác hỗn hợp phân tích với ôzôn tạo điều kiện phóng điện tối ưu 0,6-0,8 atm Máy phân tích khí có bốn dải đo nồng độ khối: 0-0,25, 0-0,75, 0-2,5 0-7,5 mg/m3 Trị số sai số quy dẫn tất dải đo không ±20 % NO, NO2 ±30 % NOx Máy phân tích khí 667ФФ01 Máy phân tích khí dùng để kiểm soát dụng cụ điôxit lưu huỳnh Cơ sở vận hành dụng cụ phương pháp phát sáng ngoại để xác định điôxit lưu huỳnh không khí khí Thực chất phương pháp ghi nhận phát xạ phân tử điôxit lưu huỳnh xuất tác động xạ cực tím kích thích Sự kích thích phân tử điôxit lưu huỳnh diễn vùng phổ 220-240 hm, tách nhờ lọc ánh sáng nguyên sinh từ phổ xạ đèn phát xung kseno Ở vùng phổ phân tử nước ôxit lưu huỳnh không ảnh hưởng tới phát sáng Quá trình kích thích mô tả công thức v1 − bước sóng xạ kích thích 21/26 Tổ chức quan trắc ô nhiễm không khí Phân tử bị kích hoạt chuyển sang trạng thái với xạ lượng tử ánh sáng , v2 − bước sóng phát xạ phát sáng ngoại Phát xạ ánh sáng ngoại nằm dải bước sóng 260-400 nm Cường độ phát xạ tỉ lệ với nồng độ điôxit lưu huỳnh Máy phân tích khí có ba dải đo nồng độ khối: 0-0,5, 0-1,5 0-5,0 mg/m3 Trị số sai số quy dẫn cho phép dụng cụ tất dải đo không ±20 % Máy phân tích khí 623ИН02 Cải biên máy phân tích khí 623ИН dùng để kiểm soát nồng độ khối tổng hyđrô cacbua, mêtan tổng hyđrô cacbua loại trừ mêtan Vận hành máy dựa ứng dụng phương pháp đo tia lửa ion hóa Cơ sở xác định định lượng nồng độ hyđrô cacbua không khí biến đổi dòng điện ion hóa ghi nhận phân tử hữu đưa vào tia lửa hyđrô Máy phân tách tia lửa ion hóa phát triển từ năm 1957 Nguyên lý hoạt động dựa tượng đưa chất hữu vào tia lửa hyđrô tạo thành ion xuất dòng điện ion điện cực phận phân tách chịu điện áp Khi tạp chất hữu mẫu, dòng điện ion hóa xuất tia lửa hyđrô tinh khiết nhỏ không đáng kể Nhưng trường hợp đưa chất hữu vào tia lửa điện cực phận phân tách tia lửa ion hóa, dòng điện ion hóa tăng lên Bộ biến đổi đo điện trở cao “dòng - điện áp” biến đổi dòng điện ion hóa thành điện áp đầu Dụng cụ thiết kế theo sơ đồ hai kênh, dòng không khí khí phân tích chia thành hai phần Một phần dòng không khí phân tích đến phận phân tách, nơi ghi nhận tổng chung hyđrô cacbua, hoàn toàn thay đổi Phần thứ hai dòng qua phận phân chia hyđrô cacbua, mêtan bị tách khỏi hyđrô cacbua lại (êtilen, prôpan, tôlul, benzôl ) Bộ phận phân tách thứ hai ghi nhận mêtan Trị số nồng độ tổng hyđrô cacbua loại mêtan nhận hiệu tín hiệu điện từ hai cảm biến Máy phân tích khí có ba dải đo nồng độ khối tổng hyđrô cacbua, mêtan tổng hyđrô cacbua loại mêtan: 0-5, 0-15 0-50 mg/m3 Sai số quy dẫn đo mêtan (CH4) tổng hyđrô cacbua (Σ CH) ±15 % Sai số đo tổng hyđrô cacbua loại mêtan (Σ CH - CH4) không ±20 % 22/26 Tổ chức quan trắc ô nhiễm không khí Máy phân tích khí “Палладий-3” Loại máy phân tích khí thay cho mẫu “ẽàởởàọốộ-2” Dụng cụ dùng để kiểm soát dụng cụ ô nhiễm khí không khí ôxit cacbon khu vực sản xuất Sự kiểm soát thực cách đo hàm lượng ôxit cacbon không khí đưa thông tin dạng tín hiệu đầu thống tỷ lệ với đại lượng phân tích Nguyên lý hoạt động máy phân tích khí dựa phương pháp đo dòng điện phận điện hóa Máy phân tích khí “Палладий?3 cấu tạo từ hai khối: khối khí khối đo Trong khối khí bố trí yếu tố chuẩn bị khí mạch điện hóa Trong khối đo có mạch điện tử có chức đảm bảo chế độ tĩnh cho hoạt động mạch điện hóa đo dòng điện ôxy hóa điện hóa cacbon Máy phân tích khí làm việc theo chế độ liên tục Phòng thí nghiệm tổng hợp loại “Пост-2” Phòng thí nghiệm dùng để thực tập hợp quan trắc mức ô nhiễm không khí khí đo đặc trưng khí tượng Phòng thí nghiệm cho phép thực đo ghi tự động băng đồ nồng độ ôxit cacbon điôxit lưu huỳnh; thu tự động 33 mẫu không khí để phân tích loại tạp chất dạng khí, cặn khói bụi; thu thủ công mẫu không khí để phân tích tạp chất dạng khí, cặn khói bụi, đo tự động ghi hướng tốc độ gió, nhiệt độ ( o C) độ ẩm không khí khí (0-100 %); kiểm soát mắt nhiệt độ, độ ẩm áp suất không khí khí dụng cụ xách tay Phòng thí nghiệm “Пост?2” tập hợp phương tiện kỹ thuật, bao gồm lều kim loại với cấu phụ trợ nội ngoại thất; nhóm dụng cụ kiểm soát tự động nồng độ chất ô nhiễm - máy phân tích khí ôxit cacbon loại ГMK?3 điôxit lưu huỳnh loại ÃKẽ-1; nhóm dụng cụ để thu mẫu không khí tự động tay cho phân tích tạp chất dạng khí, cặn khói bụi - máy thổi khí loại íÀ-1, íÀ-2, íÀ-2ẹ máy thu mẫu không khí tự động “Kомпонент”; nhóm dụng cụ để kiểm soát tự động tay đại lượng khí tượng - phong áp kí loại M63Mé, cảm biến nhiệt độ độ ẩm, khối điều phối để ghi giá trị nhiệt độ độ ẩm dụng cụ phong áp kí tự động, nhiệt kế loại ềẽ-6, ẩm kế loại MÁ-4M, áp kí loại M-67 Phòng thí nghiệm làm việc theo chế độ liên tục theo chế độ gián đoạn với thao tác viên phục vụ nửa 2-4 lần ngày Phòng thí nghiệm cho phép đồng thời kiểm soát hàm lượng 12 chất ô nhiễm, số đó: đo ghi tự động hàm lượng hai chất, thu mẫu tự động - năm chất, thu mẫu thủ công 23/26 Tổ chức quan trắc ô nhiễm không khí - năm Trong ca công tác đảm bảo đồng thời thu 38 mẫu, số thu tự động 33, thủ công Tại phòng thí nghiệm cố định “Пост?2 kiểm soát bảy tham số khí tượng, bốn - tự động đo ghi, bảy - đo ghi thủ công Năng suất phòng thí nghiệm với chế độ bốn ca công tác ngày 5.104 mẫu/năm thời hạn phục vụ - 10 năm Hệ thống tự động hóa kiểm soát ô nhiễm không khí khí АНKОС-АГ Hệ thống dùng để kiểm soát liên tục đặc trưng ô nhiễm tham số khí tượng biến thiên thời gian không gian bồn không khí thành phố lớn trung tâm công nghiệp, dùng để dự báo nghiệp vụ mức ô nhiễm Hệ thống đưa vào sử dụng số thành phố Liên Xô, chẳng hạn Lêningrat sở Trung tâm nghiên cứu kiểm soát ô nhiễm môi trượng tự nhiên Lêningrat Trên hình 9.4 biểu diễn sơ đồ cấu hệ thống АНKОС ?АГ Như thấy, hệ thống АНKОС ?АГ có hai cấp Tại cấp thứ (cấp dưới) hệ thống thực đo nồng độ chất ô nhiễm giá trị đại lượng khí tượng, biến đổi giá trị đo thành đại lượng vật lý, ghi giá trị lên vật mang tin, hình thành thông báo, lưu giữ thông tin truyền thông tin tới cấp thứ hai (cấp trên) Trung tâm xử lý thông tin để xử lý tiếp Những trạm tự động kiểm soát chất ô nhiễm khí thuộc cấp thứ Tại cấp thứ hai thực thu thập thông tin ban đầu từ trạm tự động kiểm soát chất ô nhiễm khí quyển, từ nhóm công tác di động phòng thí nghiệm phân tích khí cố định, xử lý thông tin, quản lý công tác phận thành viên hệ thống, giải tập hợp nhiệm vụ kiểm soát dự báo mức ô nhiễm nguy hiểm, xuất kết xử lý lên giấy vật mang tin máy tính, truyền thông tin cho người sử dụng Cấp thứ hai hệ thống bao gồm tổ hợp tính toán quản lý thông tin, phương tiện biểu diễn thông tin, truyền liệu, liên lạc, ghi, nhân chuẩn bị thông tin bố trí trung tâm xử lý thông tin Những chức chủ yếu hệ thống: - Tự động thu thập thông tin ô nhiễm khí tạp chất chủ yếu tham số khí tượng; 24/26 Tổ chức quan trắc ô nhiễm không khí - Phát nồng độ cao chất độc hại vượt tiêu chuẩn qui định truyền phát cảnh báo bão; - Dự báo ngắn hạn mức ô nhiễm; - Phân tích nguyên nhân vượt trội nồng độ tới hạn cho phép phát báo dẫn cho xí nghiệp công nghiệp nhằm cắt giảm phát thải chất độc hại vào khí thời kỳ điều kiện khí tượng bất lợi; - Kiểm soát trạng tổ hợp thiết bị kĩ thuật hệ thống Trạm tự động kiểm soát ô nhiễm khí đo 13 tham số, có hàm lượng chín chất ô nhiễm bốn tham số khí tượng 25/26 Tổ chức quan trắc ô nhiễm không khí Hình 9.4 Sơ đồ cấu hệ thống АНKОС-АГ NCTDĐ - nhóm công tác di động, PTNPT - phòng thí nghiệm phân tích khí cố định, THTBKT TTXLTT - tổ hợp thiết bị kĩ thuật trung tâm xử lí thông tin Những chất ô nhiễm kiểm soát dải nồng độ đo sau: ? ôxit cacbon, 0?160 mg/m3; ? điôxit lưu huỳnh (SO2), 0?5 mg/m3; ? ôxit nitơ (NO), điôxit nitơ (NO2) , tổng ôxit nitơ (NOx), 0?7,5 mg/m3; ? tổng hyđrô cacbua loại trừ mêtan (Σ CH?CH4), 0?45 mg/m3; ? ôzôn (O3), 0?1,5 mg/m3 Các tham số khí tượng kiểm soát dải đo sau: ? tốc độ gió, 1,5?40 m/s; ? nhiệt độ không khí, ?40 40 oC ; ? hướng gió, 0?360 o Sai số phép đo quy dẫn tới hạn nồng độ chất ô nhiễm 20 %, tham số khí tượng - 10 % Số lượng cực đại trạm cố định kiểm soát ô nhiễm khí 100 Ở Lêningrat bố trí năm trạm vậy, chu kỳ đo 30 phút, 1, 2, 26/26 [...]... CH - CH4) không quá ±20 % 22/26 Tổ chức quan trắc ô nhiễm không khí quyển Máy phân tích khí “Палладий-3” Loại máy phân tích khí này thay thế cho mẫu “ẽàởởàọốộ-2” Dụng cụ được dùng để kiểm soát dụng cụ về ô nhiễm khí quyển và không khí bởi ôxit cacbon trong các khu vực sản xuất Sự kiểm soát thực hiện bằng cách đo hàm lượng ôxit cacbon trong không khí và đưa ra thông tin dưới dạng tín hiệu đầu ra thống... những chỉ dẫn cho các xí nghiệp công nghiệp nhằm cắt giảm phát thải những chất độc hại vào khí quyển trong thời kỳ điều kiện khí tượng bất lợi; - Kiểm soát hiện trạng của tổ hợp thiết bị kĩ thuật trong hệ thống Trạm tự động kiểm soát ô nhiễm khí quyển đo 13 tham số, trong đó có hàm lượng của chín chất ô nhiễm và bốn tham số khí tượng 25/26 Tổ chức quan trắc ô nhiễm không khí quyển Hình 9.4 Sơ đồ cơ cấu... dùng để thực hiện một tập hợp các quan trắc về mức ô nhiễm của không khí khí quyển và đo những đặc trưng khí tượng Phòng thí nghiệm cho phép thực hiện đo và ghi tự động trên băng đồ các nồng độ ôxit cacbon và điôxit lưu huỳnh; thu tự động 33 mẫu không khí để phân tích 5 loại tạp chất dạng khí, cặn khói và bụi; thu thủ công 5 mẫu không khí để phân tích các tạp chất dạng khí, cặn khói và bụi, đo tự động... tích khí tự động 645ХЛ01 được dùng trong công tác kiểm soát dụng cụ về hàm lượng ôxit nitơ (NO), điôxit nitơ (NO2) và tổng các ôxit nitơ (NO + NO2) trong không khí 20/26 Tổ chức quan trắc ô nhiễm không khí quyển Hoạt động của dụng cụ dựa trên phương pháp phát sáng ngoại hóa học, trong đó sự tương tác của ôxit nitơ với ôzôn ở những điều kiện tương ứng kèm theo sự phát sáng ngoại: NO+O3 → NO2 + O2; NO2... được bố trí ở trung tâm xử lý thông tin Những chức năng chủ yếu của hệ thống: - Tự động thu thập thông tin về ô nhiễm khí quyển bởi những tạp chất chủ yếu và về các tham số khí tượng; 24/26 Tổ chức quan trắc ô nhiễm không khí quyển - Phát hiện những nồng độ cao của các chất độc hại vượt quá những tiêu chuẩn qui định và truyền phát cảnh báo bão; - Dự báo ngắn hạn mức ô nhiễm; - Phân tích những nguyên... iôt tới iôđua hyđrô (HI), sau đó bị ôxy hóa trên điện cực đo: 19/26 Tổ chức quan trắc ô nhiễm không khí quyển SO2 + I2 = 2H2O → 2 HI + H2SO4 Cảm biến điện hóa làm việc theo chế độ một yếu tố đo dòng điện Dòng điện xuất hiện trong khi điện phân là chỉ số nồng độ điôxit lưu huỳnh I cSO2 = 1,1938 Q , trong đó cSO2 − nồng độ điôxit lưu huỳnh trong không khí, mg/m3; I-dòng điện, μA; Qtiêu phí hỗn hợp khí, ... đã được ứng dụng rộng trong kiểm soát hệ thống về ô nhiễm không khí khí quyển và không khí các khu công tác, các phòng thí nghiệm của nhà máy điện nguyên tử và phòng thí nghiệm của mạng lưới quan trắc thuộc Ủy ban Nhà nước về Khí tượng Thủy văn Liên Xô Các phương pháp đo độ dẫn và đo điện tích đã được dùng phổ biến trong phân tích các chất ô nhiễm khí quyển Bản chất của phương pháp đo độ dẫn là đo độ... chế độ bốn ca công tác một ngày là 5.104 mẫu/năm và thời hạn phục vụ - 10 năm Hệ thống tự động hóa kiểm soát ô nhiễm không khí khí quyển АНKОС-АГ Hệ thống này dùng để kiểm soát liên tục về các đặc trưng ô nhiễm và các tham số khí tượng biến thiên trong thời gian và không gian ở những bồn không khí của các thành phố lớn và trung tâm công nghiệp, cũng như dùng để dự báo nghiệp vụ về mức ô nhiễm Hệ thống... kênh, trong đó dòng không khí khí quyển được phân tích được chia thành hai phần bằng nhau Một phần của dòng không khí được phân tích đi đến một bộ phận phân tách, nơi ghi nhận tổng chung của các hyđrô cacbua, hoàn toàn không có gì thay đổi Phần thứ hai của dòng đi qua bộ phận phân chia các hyđrô cacbua, ở đó mêtan bị tách khỏi các hyđrô cacbua còn lại (êtilen, prôpan, tôlul, benzôl ) Bộ phận phân tách... đồng thời hai đòi hỏi này Phân tích như vậy được gọi là “phép trắc phổ khối sắc ký” (CMS) 11/26 Tổ chức quan trắc ô nhiễm không khí quyển Các mẫu không khí ô nhiễm, như đã nêu ở trên, thường là những hỗn hợp phức tạp, chứa hàng trăm hợp chất được phân tách dưới dạng những đỉnh trên băng sắc ký Vì vậy, việc giải đoán các băng sắc ký là công việc cực kỳ nặng nhọc Tình hình đã thay đổi đáng kể khi sử ... không ±20 % 22/26 Tổ chức quan trắc ô nhiễm không khí Máy phân tích khí “Палладий-3” Loại máy phân tích khí thay cho mẫu “ẽàởởàọốộ-2” Dụng cụ dùng để kiểm soát dụng cụ ô nhiễm khí không khí ôxit... lượng không khí khí điểm dân cư ô nhiễm Năm 1980 thông qua luật Liên Xô “Về bảo vệ không khí khí quyển Theo luật này, năm gần mở rộng đáng kể chức công vụ thực quan trắc kiểm soát tình trạng ô nhiễm. .. chất hữu không khí khí Những phương pháp phân tích định lượng chất ô nhiễm không khí có độ nhạy cao, nhiên hệ thống tương tự, tùy thuộc vào chất 15/26 Tổ chức quan trắc ô nhiễm không khí hợp phần