大気質モニタリングとは、観測された影響から導き出された基準とガイドラインに基づいて、影響を受けやすい受容体（人、動物、植物、芸術作品など）の暴露を評価できるようにするための、周囲の大気汚染物質の体系的な測定を意味します。および/または大気汚染の原因を突き止める（原因分析）。

周囲の大気汚染物質の濃度は、有害物質の排出の空間的または時間的な変動と、空気中のそれらの分散のダイナミクスの影響を受けます。 その結果、濃度の著しい日ごとおよび年ごとの変動が発生します。 大気質のこれらのさまざまなバリエーション (統計用語では、大気質状態の母集団) をすべて統一された方法で決定することは事実上不可能です。 したがって、周囲の大気汚染物質濃度の測定値は、常にランダムな空間サンプルまたは時間サンプルの特徴を持っています。

測定計画

測定計画の最初のステップは、測定の目的をできるだけ正確に定式化することです。 大気質モニタリングに関する重要な質問と運用分野は次のとおりです。

面積測定：

• XNUMX つの領域における暴露の代表的な決定 (一般的な大気モニタリング)
• 計画された施設の領域における既存の汚染の代表的な測定 (許可、TA Luft (技術指導、空気))
• スモッグ警告（冬のスモッグ、高オゾン濃度）
• 受容体の最大曝露を推定するための大気汚染のホットスポットでの測定 (EU-NO₂ ガイドライン、ドイツ連邦排出ガス規制法に準拠したストリート キャニオンでの測定)
• 公害防止対策の結果と経時的な傾向の確認
• スクリーニング測定
• 科学的調査 - たとえば、大気汚染の輸送、化学変換、分散計算の較正。

 

施設測定:

• 苦情対応の測定
• 排出源の把握、因果分析
• 火災および偶発的な放出の場合の測定
• 削減対策の成否確認
• 工場の漏出物の監視。

 

測定計画の目標は、適切な測定と評価の手順を使用して、十分な確実性と最小限の費用で特定の質問に答えることにあります。

測定計画に使用すべきパラメータの例を表 1 に示します。これは、計画された産業施設の領域における大気汚染の評価に関連しています。 正式な要件は法域によって異なることを認識し、ここでは産業施設に関するドイツのライセンス手続きについて具体的に言及していることに注意する必要があります。

表 1. 大気汚染濃度の測定における測定計画のパラメータ (アプリケーションの例を含む)

 

表 1 の例は、指定された空気品質限界と比較するために、特定のエリアの空気品質をできるだけ代表的に監視することになっている測定ネットワークの場合を示しています。 このアプローチの背後にある考え方は、空気の質が変化するエリア (居住エリア、通り、工業地帯、公園、市の中心部、郊外など) の場所を均等にカバーするために、測定サイトをランダムに選択するというものです。 このアプローチは、必要な測定サイトの数が多いため、広いエリアでは非常にコストがかかる場合があります。

したがって、測定ネットワークの別の概念は、代表的に選択された測定サイトから始まります。 最も重要な場所でさまざまな大気質の測定が行われ、保護対象物がこれらの「微小環境」にとどまる時間の長さがわかっている場合、曝露を決定できます。 このアプローチは、総暴露量を推定するために、他の微小環境 (室内、車など) に拡張できます。 拡散モデリングまたはスクリーニング測定は、適切な測定サイトの選択に役立ちます。

XNUMX 番目のアプローチは、推定される最大暴露点で測定することです (例えば、NO の場合)。₂ ストリートキャニオンのベンゼン）。 このサイトで評価基準が満たされている場合、他のすべてのサイトでも同様である可能性が十分にあります。 このアプローチは、重要なポイントに焦点を当てることにより、比較的少数の測定サイトを必要としますが、これらは特に注意して選択する必要があります. この特定の方法は、実際のエクスポージャーを過大評価するリスクがあります。

測定期間、測定データの評価、および測定頻度のパラメータは、本質的に、評価基準（制限）の定義および結果の確実性の望ましいレベルで与えられます。 限界値と測定計画で考慮すべき周辺条件は関連しています。 連続測定手順を使用することにより、時間的にほぼシームレスな解像度を実現できます。 ただし、これはピーク値の監視および/またはスモッグ警告の場合にのみ必要です。 たとえば、年間平均値を監視するには、不連続な測定が適切です。

次のセクションでは、測定計画に重要なさらなるパラメータとして、測定手順と品質管理の機能について説明します。

品質保証

大気汚染物質濃度の測定は実施に費用がかかる可能性があり、その結果は重大な経済的または生態学的影響を伴う重要な決定に影響を与える可能性があります。 したがって、品質保証手段は測定プロセスの不可欠な部分です。 ここでは XNUMX つの領域を区別する必要があります。

手順指向の対策

すべての完全な測定手順は、いくつかのステップで構成されています。 分離、検出 (最終分析ステップ); データの収集と評価。 場合によっては、特に無機ガスの連続測定では、手順のいくつかのステップを省略することができます (例: 分離)。 測定を実施する際には、手順を完全に遵守するよう努めるべきである。 DIN/ISO 規格、CEN 規格、または VDI ガイドラインの形式で標準化され、包括的に文書化された手順に従う必要があります。

ユーザー志向の対策

ユーザーが適切な品質管理方法を採用していない場合、環境大気汚染物質濃度測定に標準化された実証済みの機器と手順を使用するだけでは、許容できる品質を保証することはできません。 規格シリーズ DIN/EN/ISO 9000 (品質管理および品質保証規格)、EN 45000 (試験所の要件を定義)、および ISO ガイド 25 (校正および試験所の能力に関する一般要件) は、ユーザーにとって重要です。品質を確保するための指向的な措置。

ユーザー品質管理手段の重要な側面には、次のものが含まれます。

• グッドラボラトリープラクティス（GLP）の意味での措置の内容の受け入れと実践
• 測定機器の正しいメンテナンス、中断を排除し、修理を確実にするための適切な対策
• 適切な機能を確保するための校正と定期的なチェックの実施
• 研究所間試験の実施。

 

測定手順

無機ガスの測定手順

広範囲の無機ガスに対して豊富な測定手順が存在します。 手動と自動の方法を区別します。

手動手順

無機ガスの手動測定手順の場合、測定対象物質は、通常、溶液または固体材料のサンプリング中に吸着されます。 ほとんどの場合、測光測定は適切な呈色反応の後に行われます。 いくつかの手動測定手順は、参照手順として特別な意味を持ちます。 人件費が比較的高いため、代わりの自動手順が利用できる現在、フィールド測定でこれらの手動手順が実行されることはめったにありません。 最も重要な手順を表 2 に簡単に示します。

表 2. 無機ガスの手動測定手順

DL = 検出限界; s = 標準偏差; 関係s = 相対 s。

主に手動測定手順に関連して使用される特別なサンプリングのバリエーションは、拡散分離チューブ (デニューダー) です。 デニューダー技術は、異なる拡散速度を使用してガス相と粒子相を分離することを目的としています。 そのため、分離が困難な問題 (例: アンモニアとアンモニウム化合物、窒素酸化物、硝酸と硝酸塩、硫黄酸化物、硫酸と硫酸塩、ハロゲン化水素/ハロゲン化物など) で使用されることがよくあります。 従来のデヌーダー技術では、収集する材料に応じて、特殊なコーティングを施したガラス管を通して試験空気を吸引します。 デニューダー技術は、多くのバリエーションでさらに開発され、部分的に自動化されています。 差別化されたサンプリングの可能性を大幅に拡大しましたが、バリアントによっては非常に手間がかかる場合があり、適切に使用するには多くの経験が必要です。

自動化された手順

市場には、二酸化硫黄、窒素酸化物、一酸化炭素、およびオゾン用のさまざまな連続測定モニターが数多くあります。 ほとんどの場合、特に測定ネットワークで使用されます。 個々の方法の最も重要な機能は、表 3 にまとめられています。

表 3. 無機ガスの自動測定手順

 

ここで、化学物理原理に基づくすべての自動測定手順は、(手動) 参照手順を使用して校正する必要があることを強調する必要があります。 測定ネットワークの自動機器は、人間の直接の監視なしで長時間 (数週間など) 稼働することが多いため、正常に機能しているか定期的かつ自動的にチェックすることが不可欠です。 これは一般に、いくつかの方法（周囲空気の準備、加圧ガスシリンダー、浸透、拡散、静的および動的希釈）によって生成できるゼロおよびテストガスを使用して行われます。

粉塵を発生させる大気汚染物質とその組成の測定手順

粒子状大気汚染物質の中では、粉塵と浮遊粒子状物質 (SPM) が区別されます。 ダストフォールはより大きな粒子で構成されており、そのサイズと厚さのために地面に沈みます。 SPM には、準安定かつ準均質な方法で大気中に分散し、したがって一定時間浮遊したままの粒子画分が含まれます。

SPM中の浮遊粒子状物質と金属化合物の測定

ガス状大気汚染物質の測定の場合と同様に、SPM の連続測定手順と非連続測定手順を区別することができます。 原則として、SPM は最初にガラス繊維またはメンブレン フィルターで分離されます。 これは、重量測定または放射測定に従って決定されます。 サンプリングによって、粒子の大きさに応じて分別せずに全SPMを測定する方法と、細かな粉塵を測定する分別方法に区別できます。

分別浮遊粉塵測定の長所と短所は、国際的に論争されています。 たとえば、ドイツでは、すべての閾値と評価基準が総浮遊粒子状物質に基づいています。 これは、ほとんどの場合、合計 SPM 測定のみが実行されることを意味します。 反対に、米国では、いわゆるPM-10手順（粒子状物質£10μm）が非常に一般的です。 この手順では、吸入可能で肺に入ることができる最大 10 μm の空気力学的直径を持つ粒子のみが含まれます (50% の含有部分)。 計画では、PM-10 手順を参照手順として EU に導入する予定です。 分別された SPM 測定のコストは、総浮遊粉塵の測定よりもかなり高くなります。これは、測定装置に高価な構造の特別なサンプリング ヘッドを取り付ける必要があり、メンテナンスに費用がかかるためです。 表 4 には、最も重要な SPM 測定手順の詳細が含まれています。

表 4. 浮遊粒子状物質 (SPM) の測定手順

 

最近では、より多くのフィルターを保持し、時間間隔で次々とフィルターをサンプラーに供給する自動フィルター チェンジャーも開発されています。 露出したフィルターはマガジンに収納されます。 フィルター手順の検出限界は 5 ～ 10 μg/m です。³ 原則として、ほこりの。

最後に、SPM 測定の黒煙手順について言及する必要があります。 英国から来て、SOのEUガイドラインに組み込まれています₂ そして浮遊塵。 この手順では、コーティングされたフィルターの黒化は、サンプリング後に反射光度計で測定されます。 このように測光的に得られた黒煙値は、重量単位 (μg/mXNUMX) に変換されます。³) 検量線の助けを借りて。 このキャリブレーション機能は、粉塵の組成、特にすすの含有量に大きく依存するため、重量単位への変換には問題があります。

今日、金属化合物は、多くの場合、浮遊粉塵侵入サンプルで定期的に測定されています。 一般に、最も一般的な最終分析ステップでは、水溶液中の金属化合物と半金属化合物を変換することを前提としているため、フィルターで浮遊粉塵を収集した後、分離した粉塵を化学的に溶解します。 実際には、最も重要な方法は、原子吸光分光法 (AAS) とプラズマ励起による分光法 (ICP-OES) です。 浮遊粉塵中の金属化合物を測定するためのその他の手順には、X 線蛍光分析、ポーラログラフィー、および中性子放射化分析があります。 金属化合物は、特定の測定場所で外気中の SPM の成分として XNUMX 年以上測定されてきましたが、重要な未解決の問題が残っています。 このように、フィルター上で浮遊ダストを分離する従来のサンプリングは、フィルター上の重金属化合物の分離が完了していることを前提としています。 ただし、これに疑問を呈する文献には、以前の兆候が見られます。 結果は非常に不均一です。

さらに、浮遊粉塵中の金属化合物を従来の測定法で分析する場合、それぞれの元素の異なる化合物や単一の化合物を区別できないという問題があります。 多くの場合、適切な総合的な決定を行うことができますが、特定の特に発がん性のある金属 (As、Cd、Cr、Ni、Co、Be) については、より完全な鑑別が望まれます。 多くの場合、元素とその個々の化合物の発がん作用には大きな違いがあります (たとえば、酸化レベル III と VI のクロム化合物 - レベル VI のものだけが発がん性があります)。 そのような場合、個々の化合物の特定の測定 (種分析) が望ましいでしょう。 この問題の重要性にもかかわらず、種分析の最初の試みが測定技術で行われているだけです。

煤塵と煤塵中の金属化合物の測定

ダストフォールを収集するには、XNUMX つの根本的に異なる方法が使用されます。

• 収集容器でのサンプリング

• 接着面のサンプリング。

 

ダストフォール (堆積したダスト) を測定するための一般的な手順は、いわゆるベルガーホフ手順です。 この手順では、地上から約 30 ～ 2 メートルの容器に 1.5 ± 2.0 日間かけて大気中の降水全体 (乾性および湿性沈着) を収集します (バルク沈着)。 次に、収集容器を実験室に持ち込み、準備します（ろ過、水分蒸発、乾燥、計量）。 結果は、収集容器の表面積と、XNUMX 平方メートルあたりのグラム数と XNUMX 日あたりの暴露時間 (g/m²d)。 相対検出限界は 0.035 g/m²d.

粉塵を収集するための追加の手順には、リーゼガング・レーブナー装置と、粘着ホイルに堆積した粉塵を収集する方法が含まれます。

粉塵の分離は、デバイスでの流れ条件やその他のパラメーターの影響を受けるため、粉塵のすべての測定結果は、使用する装置に依存する相対値です。 異なる手順で得られた測定値の違いは、50% に達する可能性があります。

また、鉛、カドミウム、その他の金属化合物の含有量など、堆積した粉塵の組成も重要です。 分析手順は、基本的に浮遊粉塵の場合と同様です。

粉塵状の特殊物質の測定

粉塵状の特殊物質には、アスベストとすすが含まれます。 アスベストは発がん性が確認されている物質に分類されているため、大気汚染物質として繊維を収集することは重要です。 直径 D ≤ 3μm、長さ L ≥ 5μm (L:D ≥ 3) の繊維は、発がん性があると見なされます。 繊維状物質の測定手順は、フィルターで分離された繊維を顕微鏡下でカウントすることで構成されます。 外気の測定には、電子顕微鏡法のみを考慮することができます。 繊維は、金でコーティングされた多孔質フィルターで分離されます。 電子走査顕微鏡で評価する前に、サンプルはフィルター上でプラズマ焼却により有機物を除去されます。 繊維はフィルター表面の一部で数えられ、ランダムに選択され、形状と繊維の種類によって分類されます。 エネルギー分散型 X 線分析 (EDXA) を利用して、アスベスト繊維、硫酸カルシウム繊維、その他の無機繊維を元素組成に基づいて区別できます。 手順全体は非常に高価であり、信頼できる結果を得るには細心の注意が必要です。

ディーゼルのすすも発がん性があると分類されたため、ディーゼルモーターから放出される粒子状のすすが重要になってきました。 その変化する複雑な組成と、さまざまな成分が他の発生源からも放出されるという事実のため、ディーゼルすすに固有の測定手順はありません。 それにもかかわらず、周囲空気中の濃度について具体的なことを言うために、煤は従来、全炭素の一部として元素状炭素として定義されていました。 これは、サンプリングと抽出ステップおよび/または加熱脱着の後に測定されます。 炭素含有量の測定は、酸素流中での燃焼と、プロセスで形成された二酸化炭素の電量滴定または非分散 IR 検出によって行われます。

いわゆるアエタロメーターと光電エアロゾルセンサーも、原理的にすすの測定に使用されます。

ウェットデポジションの測定

乾性沈着とともに、雨、雪、霧、露による湿性沈着は、有害物質が空気から地面、水、または植物の表面に侵入する最も重要な手段を構成します。

雨や雪中の湿性沈着 (霧や露は特別な問題を引き起こします) を総沈着 (バルク沈着、上記のセクション「粉塵と金属化合物の測定」を参照) および乾性沈着の測定から明確に区別するために、レインキャッチャー、その雨が降っていないときは採取口をふさぎ（湿式専用サンプラー）、サンプリングに使用します。 主に導電率の変化の原理で機能するレインセンサーでは、雨が降り始めるとカバーが開き、雨が止むと再び閉じます。

サンプルは漏斗（オープンエリア約500 cm² 暗く、できれば断熱された収集容器 (無機成分のみガラスまたはポリエチレン製) に入れます。

一般に、採取した水の無機成分の分析は、サンプル前処理なしで行うことができます。 水が目に見えて濁っている場合は、遠心分離またはろ過する必要があります。 導電率、pH 値、および重要な陰イオン (NO₃ ^– 、 そう₄ ^2- Cl^–) および陽イオン (Ca²⁺K⁺、Mg²⁺な⁺、NH₄ ⁺ など）は定期的に測定されます。 不安定な微量化合物と H のような中間状態₂O₂ またはHSO₃ ^– 研究目的でも測定されます。

分析には、導電率の電気伝導度測定、pH 値の電極、陽イオンの原子吸着分光法 (上記のセクション「粉塵形態の特殊物質の測定」を参照) など、水溶​​液で一般的に利用できる手順が使用され、ますますイオン交換クロマトグラフィーが使用されます。陰イオンの導電率検出機能付き。

有機化合物は、雨水からジクロロメタンなどで抽出するか、アルゴンで吹き飛ばしてテナックスチューブに吸着させます（揮発性の高いもののみ）。 次に、材料をガスクロマトグラフ分析にかけます (下記の「有機大気汚染物質の測定手順」を参照)。

乾性沈着は、周囲の空気濃度と直接相関します。 しかし、雨中の空気中の有害物質の濃度差は比較的小さいため、湿った沈着を測定するには、広いメッシュの測定ネットワークで十分です。 例としては、ヨーロッパの EMEP 測定ネットワークがあり、硫酸イオンと硝酸イオンの侵入、特定の陽イオン、降水の pH 値が約 90 のステーションで収集されます。 北米にも広範な測定ネットワークがあります。

光長距離測定手順

これまでの手順が大気汚染を一点で捉えるのに対し、光学式長距離測定手順は、数キロメートルの光路を統合的に測定したり、空間分布を決定したりします。 それらは、UV、可視、または IR スペクトル範囲の大気中のガスの吸収特性を使用し、ランバート・ベールの法則に基づいています。これによれば、光路と濃度の積は測定された吸光度に比例します。 測定装置の投光器と受光器で波長が変わる場合、複数のコンポーネントを XNUMX つのデバイスで並行して、または連続して測定できます。

実際には、表 5 に示す測定システムが最大の役割を果たします。

表 5. 長距離測定手順

LIDAR = 光の検出と測距。 DIAL = 差分吸収 LIDAR。

 

有機大気汚染物質の測定手順

有機成分を含む大気汚染の測定は、主にこのクラスの化合物に含まれる物質の範囲によって複雑になります。 非常に異なる毒物学的、化学的および物理的特性を持つ数百の個々の成分は、混雑した地域の排出登録簿および大気質計画の一般的なタイトル「有機大気汚染物質」の下でカバーされています。

特に影響の可能性に大きな違いがあるため、関連する個々のコンポーネントを収集することが、以前に使用された合計手順 (炎イオン化検出器、全炭素手順など) に取って代わることが多くなり、その結果は毒物学的に評価できません。 しかし、FID 法は、光化学的にあまり反応しないメタンを分離するための短い分離カラムに関連して、特定の重要性を保持しています。

有機化合物の複雑な混合物を関連する個々の成分に分離する必要性が頻繁にあるため、適用されたクロマトグラフィーでは、実質的に測定が必要になります。 クロマトグラフィー手順は、有機化合物が熱的および化学的に十分に安定している場合に最適な方法です。 反応性官能基を持つ有機材料の場合、官能基の物理的特性または化学反応を検出に使用する別の手順が引き続き支持されています。

例としては、アミンを使用してアルデヒドをヒドラゾンに変換し、その後の測光測定が含まれます。 2,4-ジニトロフェニルヒドラジンによる誘導体化と、形成された 2,4-ヒドラゾンの分離。 またはアゾ染料を形成する p-フェノールおよびクレゾールを検出するためのニトロアニリン。

クロマトグラフィー手順の中で、ガスクロマトグラフィー (GC) と高圧液体クロマトグラフィー (HPLC) は、しばしば複雑な混合物を分離するために最も頻繁に使用されます。 現在、ガスクロマトグラフィーでは、直径が非常に細い (約 0.2 ～ 0.3 mm、長さ約 30 ～ 100 m) 分離カラム、いわゆる高分解能キャピラリー カラム (HRGC) がほぼ独占的に使用されています。 分離カラムの後の個々の成分を検出するために、前述の FID、ECD (電子捕獲検出器、特にハロゲンなどの求電子置換体用)、PID (光イオン化検出器) などの一連の検出器が利用可能です。特に芳香族炭化水素やその他のp電子系に敏感)、およびNPD (特に窒素およびリン化合物用の熱イオン検出器)。 HPLC は、たとえば UV 分光計のスルーフロー キュベットとして設計された特別なスルーフロー検出器を使用します。

質量分析計を検出器として使用することは、特に効果的ですが、特に高価です。 特に化合物の未知の混合物については、有機化合物の質量スペクトルを介してのみ確実な同定が可能です。 従来の検出器を使用したクロマトグラムに含まれる、いわゆる保持時間 (物質がカラムに留まる時間) の定性的情報は、検出感度の高いマス フラグメントグラムによる個々の成分の特異的検出によって補足されます。

サンプリングは、実際の分析の前に考慮する必要があります。 サンプリング方法の選択は、主に揮発性によって決定されますが、予想される濃度範囲、極性、および化学的安定性によっても決定されます。 さらに、不揮発性化合物では、濃度測定と堆積測定のどちらかを選択する必要があります。

表 6 は、有機化合物の活性濃縮およびクロマトグラフィー分析のための空気モニタリングにおける一般的な手順の概要を、アプリケーションの例とともに示しています。

表 6. 有機化合物の一般的なクロマトグラフィーによる大気質測定手順の概要 (アプリケーションの例を含む)

GC = ガスクロマトグラフィー; GCMS = GC/質量分析; FID = 水素炎イオン化検出器; HRGC/ECD = 高分解能 GC/ECD; ECD = 電子捕獲検出器。 HPLC = 高速液体クロマトグラフィー。 PID = 光イオン化検出器。

 

揮発性の低い有機化合物 (例: ジベンゾダイオキシンおよびジベンゾフラン (PCDD/PCDF)、多環芳香族炭化水素 (PAH)) の沈着測定は、環境への影響の観点から重要性を増しています。 人間の主な摂取源は食物であるため、食品工場に移動する空気中の物質は非常に重要です。 しかし、粒子の堆積による物質移動は、準気体化合物の乾式堆積ほど重要ではないという証拠があります。

総堆積量を測定するために、標準化された粉塵沈殿装置が使用されます (たとえば、Bergerhoff 手順)。これは、強い光の侵入に対する保護として暗くすることによってわずかに変更されています。 すでに分離された粒子の再懸濁、蒸発、光分解の可能性などの重要な技術的測定問題は、有機化合物の最適とは言えないサンプリング手順を改善するために、現在体系的に研究されています。

嗅覚調査

嗅覚刺激の調査は、臭気の苦情を定量化し、認可手続きにおけるベースライン汚染を決定するための監視に使用されます。 それらは主に、既存の臭気または予想される臭気を重大なものとして分類する必要があるかどうかを評価するのに役立ちます。

原則として、次の XNUMX つの方法論的アプローチを区別できます。

• 嗅覚計による放出濃度（臭気単位数）の測定とその後の分散モデリング

• 個々の成分の測定 (例: NH₃）または化合物の混合物（例えば、埋立地からのガスのガスクロマトグラフィー）、これらが臭気を適切に特徴付けている場合

• 検査による臭気測定。

 

最初の可能性は、排出測定とモデリングを組み合わせたもので、厳密に言えば、大気質モニタリングという用語に分類することはできません。 XNUMX番目の方法では、人間の鼻が検出器として使用されますが、物理化学的方法と比較して精度が大幅に低下します。

検査、測定計画、および結果の評価の詳細は、たとえば、ドイツのいくつかの州の環境保護規則に含まれています。

スクリーニング測定手順

簡略化された測定手順は、準備研究 (スクリーニング) に使用されることがあります。 例には、パッシブサンプラー、試験管、および生物学的手順が含まれます。 パッシブ（拡散）サンプラーを使用すると、試験対象の材料は、拡散、浸透、または単純な形のコレクター（チューブ、プラーク）への吸着などの自由に流れるプロセスで収集され、含浸フィルター、メッシュ、またはその他の吸着媒体で濃縮されます。 したがって、いわゆるアクティブ サンプリング (ポンプを介してサンプル空気を吸引する) は発生しません。 明確な曝露時間に従って分析的に決定された物質の濃縮量は、収集時間とコレクターの幾何学的パラメーターの助けを借りて、物理法則（拡散など）に基づいて濃度単位に変換されます。 この方法論は、労働衛生 (個人サンプリング) および室内空気測定の分野に由来しますが、大気汚染物質濃度の測定にますます使用されています。 概要は、Brown 1993 に記載されています。

検知管は、ガスのサンプリングや迅速な予備分析によく使用されます。 試験目的に応じた吸着剤をガラス管に充填し、一定量の試験空気を吸引します。 チューブの内容物は、試験空気中に存在する測定対象物質の濃度に応じて色が変わります。 小さな試験管は、職場の監視の分野で、または火災などの事故の場合の迅速な手順としてよく使用されます。 これらは、一般に検出限界が高すぎ、選択性が限られているため、ルーチンの大気汚染物質濃度測定には使用されません。 検出器試験管は、さまざまな濃度範囲の多数の物質に対応しています。

生物学的手順の中で、300 つの方法が定期的なモニタリングで受け入れられるようになりました。 標準化された地衣暴露手順では、14 日間の暴露時間にわたって地衣類の死亡率が決定されます。 別の手順では、フランスの牧草を 1±XNUMX 日間暴露します。 次に、成長の量が決定されます。 どちらの手順も、大気汚染物質濃度の影響を要約して決定するのに役立ちます。

大気質監視ネットワーク

世界中で、最も多様なタイプの大気質ネットワークが利用されています。 コンピュータ制御の自動測定ステーション (測定コンテナ) で構成される測定ネットワークと、さまざまなタイプの大気汚染物質濃度測定の測定位置をプリセット グリッドの形式で定義するだけの仮想測定ネットワークとを区別する必要があります。 測定ネットワークのタスクと概念については、上記で説明しました。

継続監視ネットワーク

継続的に運用されている測定ネットワークは、自動測定ステーションに基づいており、主に都市部の大気質モニタリングに使用されています。 二酸化硫黄（SOXNUMX）などの大気汚染物質を測定₂）、粉塵、一酸化窒素（NO）、二酸化窒素（NO）₂）、一酸化炭素（CO）、オゾン（O₃)、および炭化水素の合計 (遊離メタン、C_nH_m) または個々の有機成分 (ベンゼン、トルエン、キシレンなど)。 さらに、必要に応じて、風向、風速、気温、相対湿度、降水量、全球放射または放射収支などの気象パラメータが含まれます。

測定ステーションで操作される測定機器は、通常、アナライザー、キャリブレーション ユニット、制御およびステアリング エレクトロニクスで構成され、測定機器全体を監視し、データ収集用の標準化されたインターフェイスを備えています。 測定値に加えて、測定機器は、エラーおよび動作ステータスに関するいわゆるステータス信号を提供します。 デバイスのキャリブレーションは、定期的にコンピューターによって自動的にチェックされます。

原則として、測定ステーションは固定データ回線、ダイヤル接続、またはその他のデータ転送システムを使用してコンピューター (システムの範囲に応じて、プロセスコンピューター、ワークステーション、または PC) に接続され、そこで測定結果が入力、処理、処理されます。表示されます。 測定ネットワークのコンピュータと、必要に応じて特別に訓練された担当者が、さまざまなしきい値の制限を超えているかどうかを継続的に監視します。 このようにして、重大な空気品質の状況をいつでも認識できます。 これは、特に冬と夏の重大なスモッグ状況 (光酸化剤) を監視し、現在の公開情報にとって非常に重要です。

無作為標本測定の測定ネットワーク

テレメトリ測定ネットワークを超えて、空気の質を監視するための他の測定システムがさまざまな程度で使用されています。 例には、以下を決定するための (場合によっては部分的に自動化された) 測定ネットワークが含まれます。

• 粉塵の堆積とその成分
• 浮遊粉塵（SPM）とその成分
• 炭化水素および塩素化炭化水素
• 低揮発性有機物質 (ダイオキシン、フラン、ポリ塩化ビフェニル)。

 

この方法で測定された一連の物質は、カドミウム化合物、PAH、ベンゼンなどの発がん物質として分類されています。 したがって、それらを監視することは特に重要です。

包括的なプログラムの例を提供するために、表 7 に、人口 18 万人を擁するドイツで最も人口の多い州であるノルトライン ヴェストファーレン州で体系的に実施されている大気質モニタリングをまとめます。

表 7. ノルトライン ヴェストファーレン州 (ドイツ) における体系的な大気質モニタリング

 

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大気汚染の管理

大気汚染防止システムの管理者の目的は、過剰な濃度の大気汚染物質が影響を受けやすい目標に到達しないようにすることです。 ターゲットには、人、植物、動物、および材料が含まれる可能性があります。 いずれの場合も、これらの各グループの中で最も敏感なグループに関心を持つ必要があります。 大気汚染物質には、ガス、蒸気、エアロゾル、場合によってはバイオハザード物質が含まれる可能性があります。 適切に設計されたシステムは、ターゲットが有害な濃度の汚染物質を受け取るのを防ぎます。

ほとんどの大気汚染防止システムは、いくつかの制御技術の組み合わせ、通常は技術的制御と行政的制御の組み合わせを含み、大規模またはより複雑な原因では、複数の種類の技術的制御が存在する場合があります。

理想的には、適切なコントロールの選択は、解決すべき問題のコンテキストで行われます。

• どのような濃度で、何が放出されますか?
• ターゲットは何ですか？ 最も影響を受けやすいターゲットは何ですか?
• 許容可能な短期暴露レベルは?
• 長期暴露の許容レベルは？
• 短期および長期暴露レベルを超えないようにするには、どのような管理の組み合わせを選択する必要がありますか?

 

表 1 に、このプロセスの手順を示します。

 

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表 1. 汚染防止策を選択する手順

 

 

* ステップ 3 でばく露レベルを設定する場合、これらのばく露はプラントからのばく露だけでなく、総ばく露であることを覚えておく必要があります。 許容レベルが確立されると、バックグラウンド レベルと他の植物からの寄与を差し引いて、許容暴露レベルを超えずに植物が放出できる最大量を決定します。 これが行われず、XNUMX つの植物が最大量の放出を許可された場合、ターゲット グループは許容レベルの XNUMX 倍にさらされます。

** 発がん性物質などの一部の物質には、それ以下では有害な影響が発生しないしきい値がありません。 したがって、物質の一部が環境に逃げることが許されている限り、対象集団に何らかのリスクが生じます。 この場合、効果なしレベルを設定することはできません (ゼロ以外)。 代わりに、許容可能なレベルのリスクを確立する必要があります。 通常、これは、1 から 100,000 人の暴露された人に 1,000,000 つの有害な結果の範囲で設定されます。

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一部の法域では、影響を受けやすいターゲットが受け取ることができる汚染物質の最大濃度に基づいて基準を設定することにより、いくつかの作業を行っています. このタイプの標準では、管理者はステップ 2 と 3 を実行する必要はありません。これは、規制機関が既に行っているためです。 この制度では、管理者は汚染物質ごとに未規制排出基準のみを設定し（ステップ1）、その基準を満たすために必要な管理を決定します（ステップ4）。

規制当局は大気質基準を設けることで、個々の曝露を測定し、潜在的に有害なレベルにさらされているかどうかを判断できます。 これらの条件下で設定された基準は、最も脆弱なターゲットグループを保護するのに十分低いと想定されています. これは常に安全な仮定ではありません。 表 2 に示すように、一般的な大気質基準にはさまざまなバリエーションがあります。 二酸化硫黄の大気質基準は 30 ～ 140 μg/m の範囲です³. あまり一般的に規制されていない材料の場合、この変動はさらに大きくなる可能性があります (1.2 ～ 1,718 μg/m³)、ベンゼンの表 3 に示すように。 毒物学と同様に経済学が標準設定において大きな役割を果たすことができることを考えると、これは驚くべきことではありません。 影響を受けやすい集団を保護するのに十分なほど低い基準が設定されていない場合、誰も十分なサービスを受けられません. 暴露された集団は、誤った自信を持っており、無意識のうちに危険にさらされる可能性があります. エミッターは最初、寛大な基準の恩恵を受けたと感じるかもしれませんが、コミュニティ内の影響により、企業がコントロールを再設計したり、新しいコントロールをインストールしたりする必要がある場合、最初に正しく行うよりもコストが高くなる可能性があります。

表 2. 一般的に管理されている大気汚染物質 (二酸化硫黄) の大気質基準の範囲

 

表 3. 一般的に管理されていない大気汚染物質 (ベンゼン) の大気質基準の範囲

レベルは、比較を支援するために 24 時間の平均時間に標準化されました。

(Calabrese and Kenyon 1991 から適応。)

 

大気汚染防止策を選択するためのこの段階的なアプローチが短絡する場合があり、規制当局と設計者は「普遍的な解決策」に直行します。 そのような方法の 4 つが、利用可能な最善の制御技術 (BACT) です。 排出源に対してスクラバー、フィルター、適切な作業慣行の最適な組み合わせを使用することにより、最も影響を受けやすいターゲット グループを保護するのに十分なレベルの排出量が達成されると想定されます。 多くの場合、結果として生じる放出レベルは、最も影響を受けやすいターゲットを保護するために必要な最小値を下回ります。 このようにして、すべての不要な露出を排除する必要があります。 BACT の例を表 XNUMX に示します。

表 4. 使用された制御方法と推定効率を示す、利用可能な最良の制御技術 (BACT) の選択例

 

BACT だけでは、適切な管理レベルは保証されません。 これは、ガス クリーニング コントロールと適切な運用慣行に基づく最適な制御システムですが、発生源が大規模なプラントである場合、または敏感なターゲットの隣にある場合、BACT は十分ではない可能性があります。 利用可能な最良の制御技術をテストして、実際に十分に優れていることを確認する必要があります。 得られた排出基準をチェックして、最適なガス洗浄制御を行っても依然として有害であるかどうかを判断する必要があります。 排出基準が依然として有害である場合は、より安全なプロセスや材料を選択する、または影響を受けにくい地域に移転するなど、他の基本的な管理を検討する必要があります。

一部のステップをバイパスするもう XNUMX つの「普遍的なソリューション」は、ソース パフォーマンス標準です。 多くの法域では、超えることのできない排出基準を設定しています。 排出基準は、発生源での排出に基づいています。 通常、これはうまく機能しますが、BACT のように信頼できない場合があります。 レベルは、最大排出量を十分に低く維持して、影響を受けやすい対象集団を典型的な排出量から保護するのに十分なほど低くする必要があります。 ただし、利用可能な最良の制御技術と同様に、これは、大きな排出源や影響を受けやすい人口が近くにいるすべての人を保護するには十分ではない可能性があります. この場合、他の手順を使用して、すべての対象グループの安全を確保する必要があります。

BACT と排出基準の両方に基本的な誤りがあります。 彼らは、プラントで特定の基準が満たされていれば、標的グループは自動的に保護されると想定しています。 これは必ずしもそうではありませんが、そのようなシステムが法律に可決されると、ターゲットへの影響は法律の遵守に次ぐものになります。

BACT および発生源排出基準または設計基準は、管理の最低基準として使用する必要があります。 BACT または排出基準が影響を受けやすいターゲットを保護する場合は、それらを意図したとおりに使用できますが、そうでない場合は、他の管理上の制御を使用する必要があります。

管理措置

コントロールは、技術的なコントロールと管理的なコントロールの XNUMX つの基本的なタイプに分けることができます。 ここでの技術的制御とは、ガス流中の汚染物質をコミュニティが受け入れられるレベルまで減らし、最も敏感なターゲットを保護するために放出源に取り付けられるハードウェアとして定義されます。 ここでは、その他の管理手段として管理上の管理策を定義します。

技術的制御

ガス クリーニング システムは、環境に放出する前にガス流から汚染物質を除去するために、煙突の前の発生源に配置されます。 表 5 に、さまざまなクラスのガス洗浄システムの概要を示します。

表 5. 産業プロセスの排出物から有害なガス、蒸気、微粒子を除去するためのガス洗浄方法

 

ガスクリーナーは、フード、ダクト、ファン、クリーナー、煙突からなる複雑なシステムの一部です。 各部品の設計、性能、およびメンテナンスは、他のすべての部品の性能、およびシステム全体に影響を与えます。

システム効率は、その設計、エネルギー入力、およびガス流と汚染物質の特性に応じて、クリーナーの種類ごとに大きく異なることに注意してください。 その結果、表 5 のサンプル効率は概算にすぎません。 効率の変動は、表 5 の湿式スクラバーで示されています。湿式スクラバーの収集効率は、スクラバー全体で同じ圧力損失 (98.5 インチの水ゲージ (wg )))。 同じサイズの粒子 (5 μm) の場合、効率は 45 wg での 1% から 6.8 wg での 1% になります。その結果、ガス クリーナーは問題の特定のガス流に適合させる必要があります。 汎用デバイスの使用は推奨されません。

廃棄物処理

ガス洗浄システムを選択および設計する際には、収集した物質の安全な廃棄について慎重に検討する必要があります。 表 6 に示すように、一部のプロセスでは大量の汚染物質が生成されます。 汚染物質のほとんどがガス洗浄装置によって収集された場合、有害廃棄物処理の問題が発生する可能性があります。

表 6. 選択した産業プロセスの制御されていない排出率の例

 

場合によっては、廃棄物には、製錬所からの重金属や塗装ラインからの溶剤など、リサイクル可能な貴重な製品が含まれている場合があります。 廃棄物は、別の産業プロセスの原料として使用できます。たとえば、硫酸として収集された二酸化硫黄は、肥料の製造に使用できます。

廃棄物をリサイクルまたは再利用できない場合、廃棄は簡単ではない可能性があります。 音量が問題になるだけでなく、それ自体が危険な場合があります。 たとえば、ボイラーや製錬所から回収された硫酸を再利用できない場合は、廃棄する前に中和するためにさらに処理する必要があります。

分散系

分散は、ターゲットでの汚染物質の濃度を下げることができます。 ただし、分散によって工場から排出される物質の総量が減少するわけではないことを覚えておく必要があります。 高い煙突は、影響を受けやすいターゲットが存在する可能性が高い地表レベルに到達する前に、プルームが広がり、希釈されることのみを可能にします。 汚染物質が主に悪臭などの迷惑である場合、分散は許容される場合があります。 ただし、物質が重金属のように持続性または蓄積性がある場合、希釈は大気汚染問題の解決策にはならない可能性があります。

分散液は注意して使用する必要があります。 地域の気象条件と地表面条件を考慮する必要があります。 たとえば、寒冷な気候、特に積雪のある気候では、気温の逆転が頻繁に発生し、汚染物質が地面近くに閉じ込められる可能性があり、予想外に高い曝露が発生する可能性があります。 同様に、植物が谷にある場合、プルームは谷を上下に移動したり、周囲の丘によって遮られたりして、予想どおりに広がったり分散したりしない場合があります。

管理制御

技術システムに加えて、大気汚染制御システムの全体的な設計で考慮しなければならない別の制御グループがあります。 大部分は、産業衛生の基本的なツールから来ています。

置換

職場での環境ハザードを制御するための推奨される労働衛生方法の XNUMX つは、より安全な材料またはプロセスを代用することです。 より安全なプロセスまたは材料を使用でき、有害な排出を回避できる場合、制御の種類または有効性は学術的になります。 間違った最初の決定を修正しようとするよりも、問題を回避する方がよい. 代替の例としては、よりクリーンな燃料の使用、バルク貯蔵用のカバー、乾燥機の温度低下などがあります。

これは、小規模な購入だけでなく、プラントの主要な設計基準にも適用されます。 環境に安全な製品またはプロセスのみを購入する場合、屋内または屋外の環境へのリスクはありません。 間違った購入が行われた場合、プログラムの残りの部分は、その最初の決定を補償しようとすることから成ります。 低コストだが危険な製品またはプロセスを購入した場合、特別な取り扱い手順と機器、および特別な廃棄方法が必要になる場合があります。 その結果、低コストのアイテムは、購入価格が低くても、使用および廃棄のコストが高くなる場合があります。 おそらく、より安全ではあるがより高価な材料またはプロセスは、長期的にはコストがかからなかったでしょう.

局所換気

より安全な材料や方法に置き換えることによって回避できない特定されたすべての問題に対して、管理が必要です。 排出は、煙突からではなく、個々の作業現場から始まります。 発生源で排出物を捕捉して制御する換気システムは、適切に設計されていれば、コミュニティを保護するのに役立ちます。 換気システムのフードとダクトは、総合的な大気汚染防止システムの一部です。

局所換気システムが好ましい。 汚染物質を希釈せず、環境に放出する前に洗浄しやすい濃縮ガス流を提供します。 ガス洗浄装置は、汚染物質の濃度が高い空気を洗浄する場合により効率的です。 たとえば、金属炉の注ぎ口を覆う捕獲フードは、汚染物質が環境に入るのを防ぎ、煙をガス洗浄システムに送ります。 表 5 では、吸収および吸着クリーナーの洗浄効率は汚染物質の濃度とともに増加し、凝縮クリーナーは低レベル (<2,000 ppm) の汚染物質には推奨されないことがわかります。

汚染物質が発生源に捕らえられず、窓や換気口から漏れることが許されている場合、それらは制御されていない一時的な排出になります. 場合によっては、これらの制御されていない一時的な排出物が近隣地域に重大な影響を与える可能性があります。

分離

隔離 - 影響を受けやすいターゲットからプラントを離す - は、エンジニアリング制御だけでは不十分な場合の主要な制御方法になる可能性があります。 これは、利用可能な最善の制御技術 (BACT) に依存する必要がある場合に、許容レベルの制御を達成する唯一の手段である可能性があります。 利用可能な最善の制御を適用した後でも、標的グループが依然として危険にさらされている場合は、敏感な集団が存在しない代替サイトを見つけることを検討する必要があります.

上記のように、分離は個々の植物を影響を受けやすい標的から分離する手段です。 別の隔離システムは、地方自治体がゾーニングを使用して、影響を受けやすい対象から産業クラスを分離する場合です。 産業が対象集団から分離された後は、その集団が施設の隣に移転することは許可されるべきではありません。 これは常識のように思えますが、それほど頻繁には使用されていません。

作業手順

労働者や環境に危険を及ぼすことなく、機器が適切かつ安全に使用されるように、作業手順を作成する必要があります。 複雑な大気汚染システムが意図したとおりに機能するには、適切に維持および運用する必要があります。 その中で重要な要素は、スタッフのトレーニングです。 スタッフは、職場やコミュニティに放出される有害物質の量を削減または排除するために、機器の使用方法と保守方法についてトレーニングを受ける必要があります。 場合によっては、BACT は適切な結果を保証するために優れた実践に依存しています。

リアルタイム監視

リアルタイム監視に基づくシステムは一般的ではなく、一般的に使用されていません。 この場合、継続的な放出と気象モニタリングを分散モデリングと組み合わせて、風下の暴露を予測できます。 予測された曝露が許容レベルに近づくと、その情報は生産率と排出量を削減するために使用されます。 これは非効率的な方法ですが、既存の施設の一時的な制御方法として受け入れられる場合があります。

これとは逆に、過剰な濃度の汚染物質が存在する可能性があるような状況になったときに、公衆が適切な行動を取ることができるように警告を発します。 たとえば、製錬所の風下にある二酸化硫黄のレベルが過剰になるような大気条件であるという警告が出された場合、喘息患者などの影響を受けやすい人々は、外に出てはならないことを知るでしょう。 繰り返しになりますが、これは、恒久的な管理策が導入されるまでの暫定的な管理策として受け入れられる場合があります。

リアルタイムの大気および気象モニタリングは、複数の発生源が存在する可能性のある主要な大気汚染イベントを回避または削減するために使用されることがあります。 過度の大気汚染レベルが明らかになると、自動車の個人的な使用が制限され、主要な排出産業が閉鎖される可能性があります。

メンテナンス/ハウスキーピング

すべての場合において、コントロールの有効性は適切なメンテナンスに依存します。 機器は意図したとおりに動作する必要があります。 大気汚染管理を維持し、意図したとおりに使用するだけでなく、潜在的な排出物を生成するプロセスを維持し、適切に運用する必要があります。 産業プロセスの例としては、温度コントローラーが故障している木材チップ乾燥機があります。 乾燥機の温度が高すぎると、乾燥木材からより多くの物質が放出され、おそらく別の種類の物質が放出されます。 排出物に影響を与えるガス クリーナーのメンテナンスの例としては、バッグが壊れた状態でメンテナンスが不十分なバグハウスが挙げられます。これにより、微粒子がフィルターを通過する可能性があります。

ハウスキーピングは、総排出量を制御する上でも重要な役割を果たします。 工場内のほこりがすぐに取り除かれないと、再混入してスタッフに危険をもたらす可能性があります。 粉塵がプラントの外に持ち出されると、地域社会に危険をもたらします。 植物の庭の手入れが行き届いていないと、地域社会に重大なリスクをもたらす可能性があります。 覆われていないバルク材料、植物の廃棄物、または車両で発生した粉塵は、汚染物質が風に乗ってコミュニティに運ばれる可能性があります。 適切なコンテナまたは保管場所を使用して庭を清潔に保つことは、総排出量を削減する上で重要です。 コミュニティを守るためには、システムを適切に設計するだけでなく、適切に使用する必要があります。

不十分なメンテナンスとハウスキーピングの最悪の例は、壊れた鉛粉塵コンベヤを備えた鉛回収プラントです。 粉塵がコンベヤから逃げるのを許され、山が非常に高くなり、粉塵が山を滑り落ちて壊れた窓から出てきました。 その後、局地的な風がほこりを近所に運びました。

排出物サンプリング装置

ソース サンプリングは、いくつかの理由で実行できます。

• 排出量を特徴付ける。 大気汚染防止システムを設計するには、何が排出されているかを知る必要があります。 ガスの量だけでなく、放出される物質の量、アイデンティティ、および粒子の場合はサイズ分布を知る必要があります。 近隣地域の総排出量をカタログ化するには、同じ情報が必要です。

• 機器の効率をテストします。 大気汚染防止システムを購入したら、意図したとおりに機能していることを確認するためにテストする必要があります。

• 制御システムの一部として。 排出量を継続的に監視すると、データを使用して大気汚染管理システムやプラントの運用自体を微調整できます。

• コンプライアンスを決定するため。 規制基準に排出制限が含まれている場合、排出サンプリングを使用して、基準への準拠または非準拠を判断できます。

 

使用するサンプリング システムの種類は、サンプルを採取する理由、コスト、技術の可用性、およびスタッフのトレーニングによって異なります。

目に見える排出

空気の汚染力を減らしたり、視認性を改善したり、大気中へのエアロゾルの侵入を防止したりすることが望まれる場合、基準は目に見える排出量に基づく場合があります。

目に見える放出は、小さな粒子または色付きのガスで構成されています。 プルームが不透明であるほど、より多くの物質が放出されます。 この特性は視覚的に明らかであり、訓練を受けた観察者は排出レベルを評価するために使用できます。 排出基準を評価するこの方法を使用することには、いくつかの利点があります。

• 高価な機器は必要ありません。

• XNUMX 人で XNUMX 日に多くの観測を行うことができます。

• プラント オペレータは、プロセス変更の影響を低コストで迅速に評価できます。

• 違反者は、時間のかかるソース テストなしで引用できます。

• 以下のセクションで説明するように、疑わしい放出を特定し、実際の放出を発生源テストによって決定することができます。

 

抽出サンプリング

はるかに厳密なサンプリング方法では、ガス流のサンプルを煙突から取り出して分析する必要があります。 これは単純に聞こえますが、単純なサンプリング方法にはなりません。

特に粒子が収集されている場合、サンプルは等速的に収集する必要があります。 等速サンプリングは、材料が煙突またはダクト内を移動するのと同じ速度でサンプリング プローブにサンプルを引き込むことによるサンプリングとして定義されます。 これは、ピトー管でガス流の速度を測定し、サンプルが同じ速度でプローブに入るようにサンプリング レートを調整することによって行われます。 これは、微粒子をサンプリングする場合に不可欠です。これは、大きくて重い粒子は方向や速度の変化に追従しないためです。 その結果、サンプル中のより大きな粒子の濃度はガス流を代表するものではなく、サンプルは不正確になります。

二酸化硫黄のサンプル列を図 1 に示します。これは単純ではなく、サンプルを適切に収集するには訓練を受けたオペレーターが必要です。 二酸化硫黄以外のものをサンプリングする場合は、インピンジャーとアイスバスを取り外して、適切な収集装置を挿入できます。

図 1. 二酸化硫黄の等速性サンプリング トレインの図

抽出サンプリング、特に等速性サンプリングは、非常に正確で用途が広く、いくつかの用途があります。

• これは、適切な品質管理を備えた認識されたサンプリング方法であるため、基準への準拠を判断するために使用できます。

• この方法の潜在的な精度は、新しい制御機器の性能試験に適しています。

• 多くの成分について、制御された実験室条件下でサンプルを収集および分析できるため、ガス流の特性評価に役立ちます。

 

簡素化された自動サンプリング システムは、連続ガス (電気化学、紫外光度計、または水素炎イオン化センサー) または微粒子 (比濁計) 分析装置に接続して、排出を継続的に監視できます。 これにより、排出量の文書化、および大気汚染防止システムの瞬間的な動作状態を提供できます。

その場サンプリング

エミッションは、スタックでサンプリングすることもできます。 図 2 は、ガス流内の物質を測定するために使用される単純な透過率計を表したものです。 この例では、光ビームがスタックを横切ってフォトセルに投射されます。 微粒子または着色ガスは、光の一部を吸収または遮断します。 材料が多いほど、フォトセルに到達する光が少なくなります。 (図 2 参照)

図 2. スタック内の微粒子を測定する単純な透過率計

さまざまな光源と紫外光 (UV) などの検出器を使用することで、可視光を透過するガスを検出できます。 これらのデバイスは、特定のガスに合わせて調整できるため、廃棄物の流れのガス濃度を測定できます。

An 現場の 監視システムは、煙突またはダクト全体の濃度を測定できるという点で抽出システムよりも優れていますが、抽出法はサンプルが抽出されたポイントでのみ濃度を測定します。 サンプルガス流が十分に混合されていない場合、これにより重大なエラーが発生する可能性があります。 ただし、抽出法はより多くの分析方法を提供するため、おそらくより多くのアプリケーションで使用できます。

から 現場の システムは連続的な読み出しを提供するため、放出の記録やオペレーティング システムの微調整に使用できます。

 

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この記事は、ヘスパンホールとヘルマーが章で提供した傾向と発生に関する議論に基づいて、水質汚染の制御にアプローチするために現在利用可能な技術を読者に理解してもらうことを目的としています。 環境健康被害。 次のセクションでは、最初に「地表水汚染管理」という見出しの下で、次に「地下水汚染管理」という見出しの下で、水質汚染問題の管理について説明します。

地表水汚染防止

水質汚染の定義

水質汚濁とは、流域などの特定の地域の水文学的水域における不純物または汚れの質的状態を指します。 それは、特に人間の健康と環境への影響に関連して、地球の水の有用性を低下させる出来事またはプロセスに起因します。 汚染プロセスは、汚染による純度の損失を強調しており、これはさらに、外部ソースによる侵入または接触が原因であることを意味します。 汚染されたという用語は、最初の腐敗や腐敗のように、非常に低いレベルの水質汚染に適用されます。 汚れは汚染の結果であり、違反または冒涜を示唆しています。

水文学的水域

地球の天然水は、図 1 に示すように連続的に循環するシステムと見なすことができます。図 XNUMX は、地表水と地下水を含む水循環における水を図式的に示しています。

図 1. 水循環

水質の目安として、蒸留水（H₂O) は最高の純度を表します。 水循環の水は自然と見なされるかもしれませんが、純粋ではありません。 それらは、自然と人間の活動の両方から汚染されます。 自然劣化の影響は、動物相、植物相、火山の噴火、火事の原因となる落雷など、無数の原因から生じる可能性があり、長期的には、科学的な目的で一般的なバックグラウンド レベルであると考えられています。

人為的な汚染は、さまざまな発生源から排出される廃棄物を重ね合わせることで、自然のバランスを崩します。 汚染物質は、水循環の水域にいつでも導入される可能性があります。 例: 大気中の降水 (降雨) は、大気汚染物質によって汚染される可能性があります。 地表水は流域からの流出プロセスで汚染される可能性があります。 下水は小川や川に排出されることがあります。 地下水は、浸透と地下汚染によって汚染される可能性があります。

 

 

図 2 に水文水の分布を示します。 汚染はこれらの水域に重なるため、不自然またはバランスの取れていない環境条件と見なされる可能性があります。 汚染のプロ​​セスは、水循環のどの部分の水域でも発生する可能性があり、流域から小川や河川への流出という形で地球表面上でより明白になります。 しかし、地下水汚染も環境に大きな影響を与えており、地表水汚染のセクションに続いて議論されています。

図 2. 降水量の分布

流域の水質汚染源

流域は地表水汚染の発生源です。 流域とは、水文学的な水が落下、蓄積、使用、廃棄され、最終的に小川、河川、またはその他の水域に放出される地表の領域として定義されます。 それは、小川または川での最終的な流出または収集を伴う排水システムで構成されています。 大きな河川流域は通常流域と呼ばれます。 図 3 は、地域流域の水循環を表したものです。 ある地域の場合、さまざまな水の性質は単純な方程式として書くことができます。これは、Viessman、Lewis、および Knapp (1989) によって書かれた水文学の基本方程式です。 典型的な単位は mm/年です:

P-R-G-E-T = ±S

ここで、

P = 降水量 (つまり、降雨、降雪、雹)

R = 流出または集水域の表面流

G = 地下水

E =蒸発

T = 蒸散

S = 表面貯蔵

図 3. 地域の水循環

降水は、上記の水文収支の開始形態と見なされます。 ランオフという用語は、ストリーム フローと同義です。 貯蔵とは、水を集めるための貯水池または貯留システムを指します。 たとえば、川にある人造のダム (弾幕) は、水を貯めるための貯水池を作ります。 地下水は貯蔵システムとして集まり、ある場所から別の場所に流れることがあります。 それは、地表の流れに関連して流入または流出する可能性があります。 蒸発は水面現象であり、蒸散は生物相からの伝達に関連しています。

 

 

 

 

 

 

 

流域の規模は大きく異なる可能性がありますが、水質汚濁指定の特定の排水システムは、特徴的に都市または非都市 (農業、農村、未開発) に分類されます。 これらの排水システム内で発生する汚染は、次の原因から発生します。

点源: 廃棄物は、下水道管やある種の集中システムの排出口など、特定の場所で受入水域に排出されます。

非点 (分散) ソース: 流域内の分散した発生源から受け入れ水域に入る汚染; 収集されていない降雨流出水が小川に排水されるのが典型的です。 非点源は、「拡散」水域と呼ばれることもあります。 ただし、分散という用語は、より説明的なものと見なされます。

断続的なソース: 過負荷状態など、特定の状況下で放電するポイントまたはソースから; 大雨の流出期間中の複合下水道オーバーフローは典型的です。

小川や河川の水質汚染物質

上記の発生源からの有害廃棄物が小川または他の水域に排出されると、前のセクションで分類および説明された汚染物質になります。 水域に入る汚染物質または汚染物質は、さらに次のように分類できます。

• 分解性（非保存的）汚染物質: 最終的に無害な物質に分解する不純物、または処理方法によって除去できる不純物。 つまり、特定の有機物質と化学物質、家庭の下水、熱、植物の栄養素、ほとんどのバクテリアとウイルス、特定の堆積物
• 非分解性 (保守的な) 汚染物質：水環境に残留し、希釈または処理により除去しない限り濃度が下がらない不純物。 つまり、特定の有機および無機化学物質、塩、コロイド懸濁液
• 有害な水系汚染物質: 有毒な微量金属、特定の無機および有機化合物を含む複雑な形態の有害廃棄物
• 放射性核種汚染物質: 放射線源にさらされた材料。

 

水質汚濁規制

広く適用される水質汚濁防止規則は、一般に、州、州、市町村、水域、保全地区、衛生委員会などによるより詳細な規則とともに、国の政府機関によって公布されます。 国および州 (または県) レベルでは、通常、環境保護機関 (EPA) および保健省がこの責任を負っています。 以下の規制の説明では、フォーマットと特定の部分は、米国オハイオ州に現在適用されている水質基準の例に従っています。

水質用途指定

水質汚染の管理における最終的な目標は、水域への汚染物質の排出をゼロにすることです。 ただし、この目的を完全に達成することは、通常、費用対効果が高くありません。 好ましいアプローチは、人間の健康と環境を合理的に保護するために、廃棄物処理の排出量に制限を設けることです。 これらの基準は管轄区域によって大きく異なる場合がありますが、以下で簡単に説明するように、特定の水域の使用指定が一般的に基礎となっています。

給水には次のものが含まれます。

• 公共水道: 従来の処理で人間の消費に適した水
• 農業供給: 無処理で灌漑や家畜の水やりに適した水
• 産業/商業供給: 処理の有無にかかわらず、産業および商業用途に適した水。

 

レクリエーション活動には以下が含まれます：

• 入浴水: 特定の季節に水泳に適した水域であり、水質と保護条件および施設が承認されている水域
• 一次連絡先: 特定の季節に水泳、カヌー、水中ダイビングなどの全身接触レクリエーションに適しており、水質による公衆衛生への脅威が最小限に抑えられている水域
• 二次連絡先: 特定の季節に、水質による公衆衛生への脅威が最小限に抑えられた水遊びなどの部分的な身体接触のレクリエーションに適している水域。

 

公共の水資源は、公園システム、湿地、野生動物の生息地、自然、風光明媚な川、レクリエーション用の川、公営の湖、およびレクリエーションや生態学的に非常に重要な水域内にある水域に分類されます。

水生生物の生息地

典型的な指定は気候によって異なりますが、特定の水生生物、特にさまざまな種の魚をサポートおよび維持するための水域の条件に関連しています。 たとえば、オハイオ州環境保護庁 (EPA) の規制で細分化されている温暖な気候での使用指定は、詳細な説明なしで以下にリストされています。

• 温水
• 限られた温水
• 並外れた温水
• 修正温水
• 旬のサケ科
• 冷水
• 限られた資源の水。

 

水質汚濁防止基準

自然の水と廃水は、物理的、化学的、生物学的組成によって特徴付けられます。 Metcalf と Eddy (1991) の教科書には、廃水の主な物理的性質と化学的および生物学的成分とその発生源が長いリストで報告されています。 これらの決定のための分析方法は、広く使用されているマニュアルに記載されています。 水および廃水の検査のための標準的な方法 米国公衆衛生協会（1995）による。

指定された各水域は、以下で簡単に説明するように、基本的な数値基準とより詳細な数値基準の両方で構成される規制に従って管理する必要があります。

汚染からの基本的な自由。 実用的かつ可能な範囲で、すべての水域は「汚染からの XNUMX つの自由」の基本的な基準を達成する必要があります。

1. 人間の活動の結果として水域に入り、沈降して腐敗またはその他の好ましくないスラッジ堆積物を形成するか、または水生生物に悪影響を与える懸濁物質またはその他の物質がないこと
2. 人間の活動の結果として水域に浮遊する破片、油、スカム、およびその他の浮遊物が見苦しくなったり劣化を引き起こしたりするのに十分な量がないこと
3. 人間の活動の結果として水に入る物質がなく、色、臭い、または迷惑を引き起こす程度のその他の状態を生成する
4. 人間の活動の結果として、人間、動物、または水生生物に有毒または有害な濃度で、および/または混合ゾーンで急速に致命的な濃度で水に入る物質がないこと
5. 人間の活動の結果として、水生雑草や藻類の迷惑な成長を引き起こす濃度で水に栄養分が入ることはありません。

 

水質基準は、水域内の化学的、生物学的、および毒性成分を管理するための数値制限およびガイドラインです。

現在、70,000 を超える化合物が使用されているため、それぞれの制御を指定することは現実的ではありません。 ただし、化学物質の基準は、制限に基づいて設定できます。これは、まず第一に、消費と暴露の XNUMX つの主要なクラスに関連するためです。

クラス1: 人間の健康を保護するための化学的基準は、最初の主要な懸念事項であり、政府の保健機関、WHO、および認定された健康研究機関の推奨に従って設定する必要があります。

クラス2: 農業用水の供給を制御するための化学的基準は、作物の灌漑と家畜の水やりの結果としての作物と家畜への悪影響から保護する、認められた科学的研究と推奨事項に基づいている必要があります。

クラス3: 水生生物を保護するための化学的基準は、特定の化学物質に対するこれらの種の感受性、および人間による魚介類の消費に関連する科学的研究に基づいている必要があります。

廃水流出基準は、廃水流出物に存在する汚染物質成分の制限に関連しており、さらなる制御方法です。 それらは、水域の水利用指定に関連して、また化学的基準の上記のクラスに関連して設定される場合があります。

生物学的基準は、水生生物をサポートするために必要な水域の生息条件に基づいています。

廃水および天然水の有機物含有量

有機物の総含有量は、廃水と自然水の両方の汚染強度を特徴付ける上で最も重要です。 この目的のために、次の XNUMX つの実験室試験が一般的に使用されます。

生物化学的酸素要求量 (BOD): 5 日間 BOD (BODXNUMX) が最も広く使用されているパラメータです。 この試験では、微生物がこの期間に有機物の生化学的酸化に使用した溶存酸素を測定します。

化学的酸素要求量 (COD): この試験は、生物にとって有毒な化合物を含む都市廃棄物および産業廃棄物中の有機物を測定するためのものです。 これは、酸化できる有機物の酸素当量の尺度です。

全有機炭素 (TOC): この試験は、水中の低濃度の有機物に特に適用できます。 これは、二酸化炭素に酸化される有機物の尺度です。

劣化防止政策規制

劣化防止政策規制は、特定の一般的な条件を超えた水質汚染の拡大を防止するためのさらなるアプローチです。 たとえば、オハイオ州環境保護庁の水質基準の劣化防止ポリシーは、次の XNUMX つの保護層で構成されています。

ティア1: 既存の用途は維持し、保護する必要があります。 既存の指定用途に支障をきたすような水質悪化は許されません。

ティア2: 次に、EPA 長官が決定したように、重要な経済的または社会的発展のために低い水質が必要であることが示されない限り、使用を保護するために必要な水質よりも良い水質を維持する必要があります。

ティア3: 最後に、水源水の品質を維持し、保護する必要があります。 それらの既存の周囲の水質は、有毒であると判断された、または指定された使用を妨害する物質によって低下してはなりません。 既存の水質を低下させない限り、汚染物質負荷の増加は水域への排出が許可されます。

水質汚濁排出混合ゾーンと廃棄物負荷配分モデリング

ミキシング ゾーンは、図 4 に示す流れの流れのように、処理済または未処理の廃水の排出を安定化させる水域内の領域です。 排出物は最初は一時的な状態にあり、発生源の濃度から受水条件まで徐々に希釈されます。 それは治療実体とみなされるべきではなく、特定の制限で描写されるかもしれません.

図 4. ミキシング ゾーン

通常、ミキシング ゾーンは次のことを行ってはなりません。

• 水生生物の移動、生存、繁殖、成長を妨げる

• 産卵または育苗エリアを含む

• 公共の給水取水口を含む

• 入浴エリアを含む

• 流れの幅の 1/2 以上を構成する

• 河口の断面積の1/2以上を構成する

• 川幅の XNUMX 倍以上の距離を下流に延長します。

 

廃棄物負荷配分研究は、上流の富栄養化 (以下に定義) を回避するために廃水排出の栄養分を制御するコストが高いため、重要になっています。 これらの研究では一般に、流れの水質条件、特に溶存酸素のダイナミクスに影響を与える窒素やリンなどの栄養素に関するシミュレーションにコンピューター モデルを使用します。 このタイプの従来の水質モデルは、Brown と Barnwell (2) によって記述された US EPA モデル QUAL1987E によって表されます。 Taylor (1995) によって提案されたより最近のモデルは Omni Diurnal Model (ODM) であり、これには根を張った植生が流入栄養分と溶存酸素の動態に及ぼす影響のシミュレーションが含まれています。

差異規定

すべての水質汚濁防止規制は完全には限定されているため、即時または完全な順守を妨げる可能性のある特定の条件に基づいて判断の相違を許容する規定を含める必要があります。

水質汚染に関連するリスク評価と管理

上記の水質汚濁防止規制は、水質基準と廃水排出制限の順守を達成するための世界的な政府のアプローチの典型です。 一般に、これらの規制は健康要因と科学的研究に基づいて設定されています。 影響の可能性についてある程度の不確実性が存在する場合、多くの場合、安全係数が適用されます。 これらの規制の一部を実施することは、民間企業だけでなく一般の人々にとって不合理であり、非常に費用がかかる可能性があります。 そのため、水質改善の目標を達成するために、資源をより効率的に配分することへの関心が高まっています。 水文上の水の議論で以前に指摘したように、元の純度は自然に発生する水にも存在しません。

成長する技術的アプローチは、水質汚染規制の設定における生態学的リスクの評価と管理を奨励しています。 この概念は、基準または制限を満たす際の生態学的利点とコストの分析に基づいています。 Parkhurst (1995) は、特に水生生物の保護に適用できるものとして、水質汚濁管理限界を設定する際の補助として、水生生態学的リスク評価の適用を提案しました。 このようなリスク評価方法は、次のような広範囲の地表水汚染状態に対する化学物質濃度の生態学的影響を推定するために適用できます。

• 点源汚染

• 非点源汚染

• 河川水路に存在する汚染された堆積物

• 水域に関連する有害廃棄物サイト

• 既存の水質汚染管理基準の分析。

 

提案された方法は、5 つの層で構成されます。 このアプローチを図 XNUMX に示します。

図 5. 連続する分析層のリスク評価を実施する方法。 ティア 1: スクリーニング レベル。 ティア 2: 潜在的に重大なリスクの定量化。 ティア 3: サイト固有のリスクの定量化

湖沼や貯水池の水質汚染

湖沼と貯水池は分水界の流入量の貯蔵を提供し、流れのある小川の範囲での急速な流入と流出と比較して、長いフラッシュ時間がかかる場合があります。 したがって、特定の成分、特に富栄養化を促進する窒素やリンの形態を含む栄養素の保持に関して特別な懸念があります。 富栄養化は、水分含有量が有機的に豊富になる自然の老化プロセスであり、藻類、ホテイアオイなどの望ましくない水生生物の支配につながります。 富栄養化プロセスは水生生物を減少させる傾向があり、有害な溶存酸素効果があります。 米国ニューハンプシャー州のスナピー湖の栄養源と吸収源の概略リストを示した Preul (1974) の図 6 に示されているように、天然の栄養源と文化的な栄養源の両方がこのプロセスを促進する可能性があります。

図 6. ニューハンプシャー州スナピー湖 (米国) の栄養分 (窒素とリン) の供給源と吸収源の概略リスト

もちろん、湖や貯水池をサンプリングして分析し、栄養状態を判断することができます。 分析研究は通常、次のような基本的な栄養バランスから始まります。

(湖に流入する養分) = (湖に流出する養分) + (湖に貯留される養分)

この基本的なバランスは、図 6 に示すさまざまなソースを含めるようにさらに拡張できます。

フラッシング時間は、湖システムの相対的な保持の側面を示しています。 エリー湖などの浅い湖は水洗時間が比較的短く、高度な富栄養化と関連しています。 タホ湖やスペリオル湖などの深い湖では、フラッシング期間が非常に長く、富栄養化が最小限に抑えられている湖に通常関連しています。これは、現在まで過負荷が発生しておらず、極端な深さが水生植物の広範な成長を助長していないためです。エピリムニオン（上部ゾーン）を除く。 このカテゴリーの湖は、栄養素が比較的少なく、藻類などの水生生物の成長が最小限であることから、一般に貧栄養に分類されます。

次の計算基準を使用して、Pecor (1973) によって報告されたいくつかの主要な米国の湖のフラッシング時間を比較することは興味深いことです。

湖のフラッシング時間 (LFT) = (湖の貯留量)/(湖の流出)

いくつかの例は次のとおりです。ワベサ湖 (ミシガン州)、LFT=0.30 年。 ホートン湖 (ミシガン州)、1.4 年。 エリー湖、2.6 年。 スペリオル湖、191 年。 タホ湖、700年。

富栄養化のプロセスと栄養素含有量との関係は複雑ですが、通常、リンは制限栄養素として認識されています。 完全に混合した条件に基づいて、Sawyer (1947) は、窒素値が 0.3 mg/l を超え、リンが 0.01 mg/l を超えると、アオコが発生する傾向があると報告しました。 成層湖や貯水池では、ハイポリミニオンの溶存酸素レベルが低いことは、富栄養化の初期の兆候です。 Vollenweider (1968, 1969) は、栄養負荷、平均深度、および栄養状態に基づいて、多くの湖の全リンおよび全窒素の臨界負荷レベルを開発しました。 この主題に関する研究の比較のために、Dillon (1974) は、Vollenweider の栄養収支モデルおよびその他の関連モデルの批判的レビューを発表しました。 より最近のコンピューターモデルは、温度変化による窒素/リンサイクルのシミュレーションにも利用できます。

河口域の水質汚染

河口は、川の河口と海岸の間の水の中間通路です。 この水路は河口水路で構成され、上流から河川流入（淡水）、下流側で絶えず変化する海水（塩水）の放流水位に流出します。 河口は常に潮汐の変動の影響を受けており、水質汚染の制御において最も複雑な水域の XNUMX つです。 河口の主な特徴は、変動する塩分、塩のくさび、または塩と淡水の間の界面、そして多くの場合、干潟や塩性湿地の上にある浅い濁った水の広い領域です。 栄養素は主に流入する川から河口に供給され、海水の生息地と結合して生物相と海の生物の豊富な生産を提供します。 特に望ましいのは、河口で獲れる魚介類である。

水質汚染の観点から見ると、河口は個々に複雑であり、一般に大規模な現地調査とコンピューター モデリングを使用した特別な調査が必要です。 さらに基本的な理解を深めるために、海洋および河口の汚染に関する Reish 1979 を参照してください。 そして、内陸水域と河口の生態学に関するReid and Wood 1976に。

海洋環境における水質汚染

川によって運ばれた廃棄物が最終的にこの海洋環境に排出されるため、海は最終的な水またはシンクと見なすことができます。 海洋は一見無限の同化能力を持つ広大な塩水域ですが、汚染は海岸線を荒廃させ、海洋生物にさらに影響を与える傾向があります.

海洋汚染物質の発生源には、陸上の廃水環境で遭遇するものの多くに加えて、海洋事業に関連するものが含まれます。 限られたリストを以下に示します。

• 生活排水・汚泥、産業廃棄物、固形廃棄物、船舶廃棄物

• 河川や陸地からの漁業廃棄物、堆積物、栄養素

• 油流出、オフショア石油探査および生産廃棄物、浚渫作業

• 熱、放射性廃棄物、廃棄化学物質、殺虫剤、除草剤。

 

上記のそれぞれには、特別な処理と制御方法が必要です。 海の流出路からの家庭の下水および下水汚泥の排出は、おそらく海洋汚染の主な原因です。

この主題に関する現在の技術については、ビショップによる海洋汚染とその制御に関する本 (1983) を参照してください。

廃水排出における汚染を低減するための技術

大規模な廃水処理は通常、地方自治体、衛生地区、産業、営利企業、およびさまざまな公害防止委員会によって行われます。 ここでの目的は、都市廃水処理の現代的な方法を説明し、産業廃棄物の処理とより高度な方法に関する洞察を提供することです。

一般に、廃水処理のすべてのプロセスは、物理的、化学的、または生物学的タイプに分類することができ、これらの 1 つまたは複数を使用して、所望の廃液生成物を得ることができます。 この分類グループは、廃水処理アプローチを理解する上で最も適切であり、表 XNUMX にまとめられています。

表 1. 廃水処理操作およびプロセスの一般分類

 

廃水処理の現代的な方法

ここでの対象範囲は限定的であり、詳細な設計データではなく、世界中の現在の廃水処理慣行の概念的な概要を提供することを目的としています。 後者については、読者は Metcalf and Eddy 1991 を参照してください。

産業/商業廃棄物の混合物を伴う都市廃水は、次のような一次、二次、および三次処理を一般的に採用するシステムで処理されます。

一次処理システム：前処理 → 一次沈殿 → 消毒（塩素消毒） → 排水

二次処理システム：前処理 ® 一次沈殿 ® 生物ユニット ® 二次沈殿 ® 消毒（塩素消毒） ® 放流水

三次処理システム： 前処理 → 一次沈殿 → 生物ユニット → 二次沈殿 → 三次沈殿 → 消毒（塩素処理） → 放流水

図 7 はさらに、従来の廃水処理システムの概略図を示しています。 上記のプロセスの概要を以下に説明します。

図7 従来の排水処理の模式図

一次治療

産業・商業廃棄物が混入した生活排水を含む都市排水の一次処理の基本的な目的は、浮遊物質を除去し、排水を浄化して生物処理に適したものにすることです。 ふるい分け、砂の除去、粉砕などの前処理を行った後、一次沈殿の主なプロセスは、最大数時間にわたる大きな沈殿タンクでの生の廃水の沈殿です。 このプロセスでは、総浮遊固形物の 50 ～ 75% が除去されます。これらの固形物は、別の処理のために収集されたアンダーフロー スラッジとして引き出されます。 プロセスからのオーバーフロー流出物は、二次処理に向けられます。 場合によっては、化学薬品を使用して一次処理の程度を改善することができます。

二次処理

一次処理で除去されずに微細に懸濁または溶解した廃水の有機分は、二次処理によって処理されます。 一般的に使用されている二次処理の一般的な形態には、散水フィルター、回転ディスクなどの生物学的接触器、活性汚泥、廃棄物安定池、曝気池システム、および湿地システムを含む土地利用方法が含まれます。 これらのシステムはすべて、何らかの形の生物学的プロセスを採用していると認識されます。 これらのプロセスの中で最も一般的なものについて、以下で簡単に説明します。

生物学的接触システム. 散水フィルターは、二次処理のためのこの方法の最も初期の形式の 95 つであり、いくつかの改善された適用方法で今でも広く使用されています。 この処理では、一次タンクからの流出物は、岩や合成プラスチック媒体などの媒体層に均一に適用されます。 均一な分配は、典型的には、所望のプロセスに従って断続的または連続的に床上を回転する有孔パイプから液体を滴下することによって達成される。 有機物および水力負荷の割合に応じて、散水フィルターは通常生化学的酸素要求量 (BOD) として分析される有機物の最大 XNUMX% を除去できます。 同じ範囲で治療除去を提供できる、他の多くの最近の生物学的接触システムが使用されています。 これらの方法のいくつかは特別な利点を提供し、特に空間、気候などの特定の制限条件に適用できます。 次の二次沈殿槽は、プロセスを完了するために必要な部分であると考えられることに留意されたい。 二次沈降では、いわゆる腐植汚泥の一部がアンダーフローとして抜き取られ、オーバーフローは二次排水として排出されます。

液状化現象. この生物学的プロセスの最も一般的な形態では、一次処理された排水は、活性汚泥と呼ばれる既存の生物学的懸濁液を含む活性汚泥ユニット タンクに流れ込みます。 この混合物は、混合液懸濁固体（ＭＬＳＳ）と呼ばれ、所望の結果に応じて、典型的には数時間から２４時間以上までの範囲の接触期間が与えられる。 この期間中、混合物は高度に通気され、攪拌されて、有酸素生物活動が促進されます。 プロセスが完了すると、混合物の一部 (MLSS) が引き出され、生物学的活性化プロセスを継続するために流入液に戻されます。 活性汚泥懸濁液を沈降させ、浄化されたオーバーフローを流出物として排出する目的で、活性汚泥ユニットに続いて二次沈降が提供される。 このプロセスは、流入する BOD の約 24% まで除去できます。

三次治療

より高度な汚染物質除去が必要な場合は、第 XNUMX レベルの処理を行うことができます。 この形式の処理には、通常、砂濾過、安定化池、土地処分方法、湿地、および二次排水をさらに安定化させるその他のシステムが含まれます。

排水の消毒

細菌や病原体を許容レベルまで減らすには、一般的に消毒が必要です。 塩素化、二酸化塩素、オゾン、紫外線が最も一般的に使用されるプロセスです。

排水処理プラント全体の効率

廃水には、一般に懸濁および溶解固形物、無機成分、および有機成分として分類される広範囲の成分が含まれます。

処理システムの効率は、これらの成分の除去率で測定できます。 測定の一般的なパラメータは次のとおりです。

• BOD: 生物化学的酸素要求量、mg/l で測定

• 代金引換: 化学的酸素要求量、mg/l で測定

• TSS: 全懸濁物質、mg/l で測定

• TDS: 全溶解固形物、mg/l で測定

• 窒素形態: 硝酸塩とアンモニアを含み、mg/l で測定 (硝酸塩は富栄養化の栄養素として特に懸念されます)

• リン酸塩: mg/l で測定 (富栄養化の栄養素としても特に重要)

• pH: 酸性度。1 (最も酸性) から 14 (最もアルカリ性) までの数値で表されます。

• 大腸菌群数：100mlあたりの最確数として計測（エシェリキア属 および糞便性大腸菌群が最も一般的な指標です）。

 

産業廃水処理

産業廃棄物の種類

産業 (非家庭) 廃棄物は多数あり、その組成は大きく異なります。 それらは非常に酸性またはアルカリ性である可能性があり、多くの場合、詳細な実験室分析が必要です。 退院前に無害にするために特別な治療が必要な場合があります。 毒性は、産業廃水の処分において大きな懸念事項です。

代表的な産業廃棄物には、パルプと紙、食肉処理場、醸造所、なめし工場、食品加工、缶詰工場、化学薬品、石油、繊維、砂糖、洗濯物、肉と家禽、養豚場、レンダリングなどがあります。 処理設計開発の最初のステップは、産業廃棄物調査であり、フローと廃棄物の特性の変化に関するデータを提供します。 Eckenfelder (1989) によって挙げられた望ましくない廃棄物の特性は、次のように要約できます。

• 溶存酸素の枯渇を引き起こす可溶性有機物

• 懸濁物質

• 微量有機物

• 重金属、シアン化物、有毒有機物

• 色と濁り

• 窒素とリン

• 生分解に耐性のある耐火物

• 油と浮遊物

• 揮発性物質。

 

米国 EPA は、有害な有機および無機化学物質のリストをさらに定義し、排出許可を与える際に特定の制限を設けています。 リストには 100 を超える化合物が含まれており、ここに転載するには長すぎますが、EPA から要求される可能性があります。

治療法

産業廃棄物の処理は、一般廃棄物の処理よりも専門的です。 ただし、生物学的削減が可能な場合は、通常、地方自治体のシステムについて以前に説明した方法（二次/三次生物学的処理アプローチ）と同様の方法を使用して処理されます。

廃棄物安定化池は、十分な土地が利用できる有機廃水処理の一般的な方法です。 フロースルー池は一般に、好気性、通性または嫌気性のバクテリア活動に応じて分類されます。 曝気された池には、拡散または機械式曝気システムによって酸素が供給されます。

図 8 と図 9 は、廃棄物安定化池のスケッチを示しています。

図 8. XNUMX セル安定化池: 断面図

図 9. 曝気されたラグーンのタイプ: 概略図

汚染防止と廃棄物の最小化

工場内の産業廃棄物の操作とプロセスを発生源で分析すると、重大な汚染物質の排出を防ぐように制御できることがよくあります。

再循環技術は、公害防止プログラムにおける重要なアプローチです。 ケース スタディの例として、Preul (1981) が発表した革なめし工場の廃水のリサイクル計画があります。これにはクロムの回収と再利用が含まれており、緊急時を除いてどの川にも廃液を流さずに、すべてのなめし工場の廃水の完全な再循環が行われています。 このシステムのフロー図を図 10 に示します。

図 10. なめし工場の廃水再利用システムのフロー図

この技術の最近の革新については、水環境連盟による公害防止と廃棄物最小化に関する出版物 (1995 年) を参照してください。

排水処理の高度な方法

必要に応じて、汚染成分をより高度に除去するための高度な方法が多数利用可能です。 一般的なリストには次のものが含まれます。

ろ過（砂とマルチメディア）

化学沈殿

炭素吸着

電気透析

蒸留

硝化

藻類の収穫

排水の再利用

マイクロストレイン

アンモニアストリッピング

逆浸透

イオン交換

土地申請

脱窒

湿地。

あらゆる状況に最適なプロセスは、未処理の廃水の質と量、受水要件、そしてもちろんコストに基づいて決定する必要があります。 詳細については、高度な廃水処理に関する章を含む Metcalf と Eddy 1991 を参照してください。

高度な廃水処理のケーススタディ

この章の他の箇所で説明したダン地域下水再生プロジェクトの事例研究は、廃水処理と再生のための革新的な方法の優れた例を提供します。

熱汚染

熱公害は産業廃棄物の一種であり、人為的な施設からの熱の処理によって引き起こされる受水水の通常の水温の有害な上昇または低下として定義されます。 主要な廃熱を生成する産業は、化石燃料 (石油、ガス、石炭) および原子力発電所、製鉄所、石油精製所、化学工場、パルプおよび製紙工場、蒸留所、ランドリーです。 特に懸念されるのは、多くの国にエネルギーを供給している発電産業です (たとえば、米国では約 80%)。

廃熱が受水水域に与える影響

廃棄物同化能力への影響

• 熱は生物学的酸化を増加させます。

• 熱は水の酸素飽和度を低下させ、自然再酸素化率を低下させます。

• 熱の正味の影響は、通常、XNUMX 年の暖かい月に有害です。

• 冬の効果は、氷の状態が崩れ、表面の通気が魚や水生生物に提供される、より寒い気候で有益な場合があります.

 

水生生物への影響

多くの種には温度許容限界があり、特に小川や水域の熱影響範囲では保護が必要です。 たとえば、冷たい水の流れには通常、トラウトやサーモンなどの最高の種類のスポーツ フィッシュがいますが、暖かい水では一般に粗い魚の個体数をサポートし、中温の水にはカワカマスやバス フィッシュなどの特定の種が生息します。

図 11. 受水断面の境界における熱交換

受信水の熱分析

図 11 は、受水の境界におけるさまざまな形態の自然熱交換を示しています。 河川などの受熱水に熱を放出する場合、河川の熱付加能力を分析することが重要です。 河川の温度プロファイルは、溶存酸素のサグ カーブの計算に使用されるのと同様の熱収支を解くことによって計算できます。 図 12 は、ポイント A と B の間の川の熱収支の主な要因を示しています。各要因は、特定の熱変数に応じて個別に計算する必要があります。 溶存酸素バランスと同様に、温度バランスは、特定のセクションの温度資産と負債の単純な合計です。 この主題に関する文献には、他のより洗練された分析アプローチがあります。 熱収支計算の結果は、熱放出の制限を確立する際に使用でき、場合によっては水域の特定の使用制限を設定できます。

図 12. 追加熱量の河川容量

熱公害防止

熱汚染を制御するための主なアプローチは次のとおりです。

• 発電所の運用効率の向上

• 冷却塔

• 隔離された冷却池

• 水力発電などの代替発電方法の検討。

 

特定の環境制限内で物理的条件が良好な場合、水力発電は化石燃料または原子力発電の代替として検討する必要があります。 水力発電では、熱の処理がなく、水質汚染の原因となる廃水の排出もありません。

地下水汚染防止

地下水の重要性

世界の水源は帯水層から広く抽出されているため、これらの供給源を保護することが最も重要です。 地球上で利用可能な真水の供給量の 95% 以上が地下にあると推定されています。 50 年の米国地質調査所によると、米国では飲料水の約 1984% が井戸から供給されています。 地下水の汚染と動きは微妙で目に見えない性質であるため、この形態の水質劣化の分析と制御には、はるかに明白な地表水の汚染ほど注意が払われないことがあります.

図 13. 水循環と地下水汚染源

地下汚染源

図 13 は、地下水汚染源を重ね合わせた水循環を示しています。 潜在的な地下汚染源の完全なリストは膨大です。 ただし、説明のために、最も明白なソースには次のものがあります。

• 産業廃棄物排出量

• 帯水層と接触する汚染された川

• 採掘作業

• 固形および有害廃棄物の処理

• 石油などの地下貯蔵タンク

• 灌漑システム

• 人工再充電

• 海水浸食

• 流出

• 透水性の底を持つ汚染された池

• 処分井戸

• 浄化槽タイル畑と浸出ピット

• 不適切な井戸掘削

• 農業経営

• 道路除氷剤。

 

地下汚染の特定の汚染物質は、さらに次のように分類されます。

• 望ましくない化学成分 (典型的、完全なリストではない) - 有機および無機 (例、塩化物、硫酸塩、鉄、マンガン、ナトリウム、カリウム)

• 全硬度と全溶解固形物

• 有毒成分 (典型的、完全なリストではない) - 硝酸塩、ヒ素、クロム、鉛、シアン化物、銅、フェノール、溶解水銀

• 望ましくない物理的特徴 - 味、色、臭い

• 殺虫剤および除草剤 - 塩素化炭化水素およびその他

• 放射性物質 - さまざまな形態の放射能

• 生物学的 - 細菌、ウイルス、寄生虫など

• 酸 (低 pH) または苛性 (高 pH)。

 

上記のうち、硝酸塩は地下水と地表水の両方で特に懸念されます。 地下水の供給源では、硝酸塩は病気のメトヘモグロビン血症 (乳児チアノーゼ) を引き起こす可能性があります。 Preul (1991) によって報告されているように、それらはさらに地表水に有害な富栄養化効果を引き起こし、広範囲の水資源で発生します。 Preul (1964, 1967, 1972) および Preul と Schroepfer (1968) も、窒素やその他の汚染物質の地下移動について報告しています。

地下領域での汚染移動

地下水の移動は、水循環における地表水の移動に比べて非常に遅く微妙です。 理想的な定常流条件下での通常の地下水の移動を簡単に理解するために、ダーシーの法則は、低レイノルズ数での地下水の移動を評価するための基本的なアプローチです。 （R）:

V = K(dh/dl)

ここで、

V = 帯水層の地下水の流速、m/日

K = 帯水層の透水係数

(dh/dl) = 移動の原動力を表す水圧勾配。

汚染物質移動地下では、通常の地下水 (H₂O) は一般に搬送流体であり、ダルシーの法則のパラメータに従って速度で移動するように計算できます。 ただし、有機または無機化学物質などの汚染物質の移動速度または速度は、移流および流体力学的分散プロセスにより異なる場合があります。 特定のイオンは、帯水層媒体内での反応の結果として、地下水の一般的な速度よりも遅くまたは速く移動するため、「反応する」または「反応しない」として分類できます。 反応は一般に次の形式です。

• 汚染物質と帯水層および/または輸送液体との間の物理的反応

• 汚染物質と帯水層および/または輸送液体との間の化学反応

• 汚染物質に対する生物学的作用。

 

以下は、反応性および非反応性の地下汚染物質の典型です。

• 汚染物質の反応 - クロム、アンモニウムイオン、カルシウム、ナトリウム、鉄など。 一般的な陽イオン; 生物学的成分; 放射性成分

• 非反応性汚染物質 - 塩化物、硝酸塩、硫酸塩など。 特定の陰イオン; 特定の殺虫剤および除草剤の化学物質。

 

最初は、反応する汚染物質が最悪のタイプのように見えるかもしれませんが、反応によって汚染物質の移動濃度が抑制または遅延されるのに対し、反応しない汚染物質の移動はほとんど抑制されない可能性があるため、常にそうであるとは限りません。 一定の期間が経過すると生物学的に分解されるため、地下水汚染の可能性を回避する特定の「ソフト」な家庭用および農産物が現在入手可能です。

帯水層の修復

地下汚染の防止が最善のアプローチであることは明らかです。 しかし、汚染された地下水条件の制御されていない存在は、通常、その地域の井戸利用者からの苦情などによって、その発生後に知らされます。 残念ながら、問題が認識されるまでに、重大な損傷が発生している可能性があり、修復が必要です。 修復には、汚染物質の濃度と移動プルームの範囲を確立するために、水サンプルの実験室分析による広範な水文地質調査が必要になる場合があります。 多くの場合、既存の井戸を最初のサンプリングに使用できますが、深刻なケースでは、大規模なボーリングと水のサンプリングが必要になる場合があります。 これらのデータを分析して、現在の状態を確立し、将来の状態を予測することができます。 地下水汚染移動の分析は、地下水力学をよりよく理解し、さまざまな制約の下で予測を行うために、コンピューター モデルの使用をしばしば必要とする専門分野です。 この目的のために、多くの 1987 次元および XNUMX 次元のコンピューター モデルが文献で利用可能です。 より詳細な分析アプローチについては、Freeze and Cherry (XNUMX) の本を参照してください。

公害防止

地下水資源を保護するための好ましいアプローチは汚染防止です。 飲料水の基準は一般に地下水供給の使用に適用されますが、原水供給は汚染から保護する必要があります。 保健省、天然資源機関、環境保護機関などの政府機関は、一般にそのような活動に責任を負います。 地下水汚染防止の取り組みは、主に帯水層の保護と汚染の防止に向けられています。

公害防止には、ゾーニングと特定の規制の形での土地利用管理が必要です。 法律は、潜在的に汚染を引き起こす可能性のある点源または行動に特に適用される特定の機能の防止に適用される場合があります。 土地利用ゾーニングによる制御は、政府の自治体または郡レベルで最も効果的な地下水保護ツールです。 以下で説明する帯水層と坑口の保護プログラムは、汚染防止の代表的な例です。

帯水層保護プログラムでは、帯水層とその涵養域の境界を確立する必要があります。 帯水層は非限定型または限定型である可能性があるため、この決定を行うには水文学者による分析が必要です。 ほとんどの主要な帯水層は一般に先進国ではよく知られていますが、他の地域では現地調査と水理地質分析が必要になる場合があります。 帯水層を水質悪化から保護するためのプログラムの重要な要素は、帯水層とその涵養地域の土地利用を管理することです。

坑口保護は、特定の坑井に寄与する涵養エリアに適用される、より決定的で限定的なアプローチです。 米国連邦政府は、1986 年に可決された飲料水安全法 (SDWA) (1984 年) の修正案により、現在、公共供給井戸のために特定の井戸元保護地域を確立することを要求しています。 井戸元保護地域 (WHPA) は、SDWA で次のように定義されています。分野。" 米国 EPA (1987) によって概説されているように、WHPA プログラムの主な目的は、選択された基準、坑井の運用、および水理地質学的考察に基づく坑井保護地域の描写です。

 

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構想とデザイン

都市排水のダン地域再生プロジェクトは、この種のプロジェクトとしては世界最大です。 これは、ダン地域大都市圏からの都市廃水の処理および地下水涵養のための施設で構成されています。ダン地域大都市圏は、イスラエルのテルアビブを中心とする 1.5 つの都市からなるコングロマリットで、合計人口は約 1 万人です。 このプロジェクトは、都市排水の収集、処理、処分を目的として作成されました。 地下の帯水層に比較的長い期間留置された後、埋め立てられた排水は、乾燥したネゲブ (イスラエルの南部) を灌漑するために無制限の農業用に汲み上げられます。 プロジェクトの一般的なスキームを図 1960 に示します。このプロジェクトは 110 年代に設立され、継続的に成長しています。 現在、システムは約 10 x XNUMX を収集して処理します。⁶ m³ 150年当たり。 数年以内の最終段階では、システムは 170 ～ 10 x XNUMX を処理します。⁶ m³ 1年当たり。

図 1. ダン地域下水再生プラント: レイアウト

下水処理場は、多くの環境および職業上の健康問題を引き起こすことが知られています。 ダン地域のプロジェクトは、過剰な職業上の危険を生み出すことなく、水資源の大幅な節約、高い処理効率、安価な水の生産とともに国家の利益を組み合わせる、国家的に重要な独自のシステムです。

システムの設計、設置、および日常的な操作を通じて、水の衛生と職業衛生への懸念が慎重に考慮されています。 再利用された廃水が、誤って飲んだり飲み込んだりした場合でも、通常の飲料水と同じくらい安全であることを保証するために必要なすべての予防措置が講じられています。 同様に、適切な下水処理場の労働者または廃棄および農業利用に従事する他の労働者のいずれかに影響を与える可能性のある事故またはその他の生物学的、化学的または物理的危険への潜在的な暴露を最小限に抑えるという問題に適切な注意が払われています。再生水の。

プロジェクトの第 XNUMX 段階では、廃水は通性酸化池のシステムによって生物学的に処理され、再循環が行われ、石灰マグネシウム プロセスによる追加の化学処理が行われ、続いて高 pH 廃水が「研磨池」に保持されました。 部分的に処理された排水は、Soreq 拡散池によって地域の地下水帯水層に涵養されました。

第 1 段階では、処理プラントに運ばれた廃水は、硝化脱窒を伴う活性汚泥プロセスによって機械的生物学的処理を受けます。 二次排水は、散布池ヤブネ 2 およびヤブネ XNUMX によって地下水に涵養されます。

完全なシステムは、互いに補完し合うさまざまな要素で構成されています。

• ほとんどの廃棄物を処理する活性汚泥プラント（バイオメカニカルプラント）と、主に過剰な下水の流れの処理に使用される酸化および研磨池のシステムで構成される廃水処理プラントシステム

• 断続的に氾濫する XNUMX つの異なる場所 (Yavneh と Soreq) にある拡散盆地で構成される、処理された廃水のための地下水涵養システム。 吸収された排水は、土壌の不飽和帯と帯水層の一部を通過し、SAT (土壌帯水層処理) と呼ばれる補完的な排水処理と季節貯留専用の特別なゾーンを作成します。

• 涵養池を取り囲み、処理プロセスの効率の監視を可能にする観測井戸のネットワーク (全部で 53 の井戸)

• 涵養地を取り囲む回収井戸のネットワーク (74 年には合計 1993 のアクティブな井戸)

• ネゲブの農業地域を無制限に灌漑するための、特別で別個の再生水輸送本管。 この本管は「第 XNUMX ネゲブ ライン」と呼ばれ、別の XNUMX つの主要な淡水供給本管を含むネゲブへの給水システムを補完します。

• 排水の塩素化のためのセットアップ。現在、XNUMX つの塩素化サイトで構成されています (将来的にはさらに XNUMX つ追加される予定です)。

• 送水システムに沿った XNUMX つの運用中の貯水池。システムに沿ってポンプで汲み上げられ、消費される水の量を調整します。

• 処理された水を消費者に供給する排水本管に沿った 13 の主要な圧力ゾーンで構成される排水分配システム

• プロジェクトの完全な運用を監督および制御する包括的な監視システム。

 

再生システムの説明

再生システムの一般的なスキームを図 1 に、フロー図を図 2 に示します。システムは、次のセグメントで構成されています: 廃水処理プラント、水涵養場、回収井戸、運搬および分配システム、塩素処理のセットアップ、および包括的な監視。システム。

図 2. ダン地域プロジェクトのフロー図

下水処理場

ダン管区都市圏の下水処理場は、管区内 300 市の生活廃棄物を受け入れ、産業廃棄物の一部を処理している。 プラントはリション・レジオン砂丘内に位置し、主に活性汚泥法による廃棄物の二次処理に基づいています。 廃棄物の一部は、主にピークフロー排出時に、110 エーカーの面積を占める別の古いシステムの酸化池で処理されます。 10 つのシステムを合わせて、現在、約 XNUMX x XNUMX を処理できます。⁶ m³ 1年当たり。

充電フィールド

処理プラントの排水は、地域の砂丘内にある 1 つの異なる場所にポンプで送られ、そこで砂の上に広げられ、一時的な貯留と追加の時間依存処理のために地下の帯水層に浸透します。 散布池の 60 つは、機械的生物学的処理プラントの排水の涵養に使用されます。 これらは、Yavneh 7 (工場の南 2 km に位置する 45 エーカー) と Yavneh 10 (工場の南 60 km にある XNUMX エーカー) です。 XNUMX 番目の貯水池は、酸化池の廃液と、廃液の品質を必要なレベルまで改善するために必要なバイオメカニカル処理プラントからの特定の部分との混合物を再充填するために使用されます。 これは約 XNUMX エーカーの面積を持ち、池の東に位置するソレク サイトです。

回復井戸

涵養地の周囲には、涵養された水が再び汲み上げられる観測井戸のネットワークがあります。 74 年に稼働していた 1993 の井戸のすべてが、プロジェクト全体で稼働していたわけではありません。 1993 年には、合計約 95 万立方メートルの水がシステムの井戸から回収され、第 XNUMX ネゲブ ラインにポンプで送られました。

輸送および流通システム

さまざまな回収井戸から汲み上げられた水は、第 87 ラインの運搬および配水システムに集められます。 輸送システムは 48 つのセクションで構成され、全長は 70 km、直径は 10,000 ～ XNUMX インチです。 送水システムに沿って、システムの水の流れを調整するために、本線に「浮いている」XNUMXつの異なる運用中の貯水池が建設されました。 これらの貯水池の運用容量は XNUMX m から³ 100,000メートルまで³.

サード ライン システムを流れる水は、1993 年に 13 の主要な圧力ゾーンのシステムを通じて顧客に供給されました。 多くの水消費者、主に農場は、これらの圧力ゾーンに接続されています。

塩素化システム

サードラインで行われる塩素消毒の目的は「人とのつながりを絶つ」ことであり、これはサードラインの水に人間由来の微生物が存在する可能性を排除することを意味します。 モニタリングの過程を通して、回収された水が貯水池に滞留している間に、糞便微生物がかなり増加することがわかった。 そのため、路線に沿ってさらに塩素化ポイントを追加することが決定され、1993 年までに 0.4 つの別々の塩素化ポイントが日常的に稼働していました。 近い将来、さらに 1.0 つの塩素処理ポイントがシステムに追加される予定です。 残留塩素は、遊離塩素の XNUMX ～ XNUMX mg/l の範囲です。 この方法では、ラインの最初に大量の塩素を XNUMX 回注入するのではなく、システムのさまざまなポイントで遊離塩素を低濃度に維持することで、人とのつながりを確実に断ち切ると同時に、貯水池に魚が生息できるようにします。 . さらに、この塩素処理方法は、最初の塩素処理ポイントから下流のポイントで汚染物質がシステムに入った場合に、輸送および配水システムの下流セクションの水を消毒します。

監視システム

XNUMX 番目のネゲブ ラインの再生システムの運用は、専門的で独立した科学的実体によって監督および管理されているモニタリング セットアップの定期的な機能に依存しています。 この機関は、イスラエルのハイファにあるテクニオンの研究開発研究所 - イスラエル工科大学です。

独立した監視システムの確立は、イスラエル公衆衛生条例による地方の法的機関であるイスラエル保健省の必須要件となっています。 この監視設定を確立する必要性は、次の事実に由来します。

1. この廃水再生プロジェクトは、世界最大のものです。
2. これは、まだ実験されていないいくつかの非日常的な要素で構成されています。
3. 再生水は、農作物の無制限の灌漑に使用されます。

 

したがって、監視システムの主な役割は、システムによって供給される水の化学的および衛生的な品質を確保し、水質の変化に関する警告を発することです。 さらに、監視体制は、ダン地域の埋め立てプロジェクト全体のフォローアップを実施しており、プラントの日常的な運用や水の化学生物学的品質などの特定の側面も調査しています。 これは、衛生面だけでなく農業の観点からも、無制限の灌漑に対するサード ラインの水の適応性を判断するために必要です。

予備的な監視レイアウトは、イスラエルの主要な水供給業者であり、ダン地域プロジェクトの運営者である Mekoroth Water Co. によって設計および準備されました。 特別に任命された運営委員会は定期的に監視プログラムを見直し、日常業務を通じて得られた経験の蓄積に従って修正を行ってきました。 モニタリング プログラムは、サード ライン システムに沿ったさまざまなサンプリング ポイント、調査されたさまざまなパラメータ、およびサンプリング頻度を扱いました。 予備的なプログラムは、システムのさまざまな部分、すなわち、回収井戸、輸送ライン、貯水池、限られた数の消費者接続、およびプラントの近くにある飲用水井戸の存在に言及しました。 サード ラインのモニタリング スケジュールに含まれるパラメータのリストを表 1 に示します。

表 1. 調査したパラメータのリスト

 

回収井のモニタリング

回収井戸のサンプリング プログラムは、いくつかの「指標パラメーター」の 2 か月ごとまたは 15 か月ごとの測定に基づいています (表 23)。 サンプリングされた井戸の塩化物濃度が井戸の最初の塩化物レベルを 54% 以上超えた場合、地下帯水層内の回収された排水の割合が「大幅に」増加したと解釈され、井戸は次の場所に移されます。サンプリングの次のカテゴリ。 ここでは、XNUMX か月に XNUMX 回、XNUMX 個の「特性パラメータ」が決定されます。 一部の井戸では、年に XNUMX 回、XNUMX のさまざまなパラメーターを含む完全な水の調査が行われます。

表 2. 回収井で調査されたさまざまなパラメータ

 

搬送システム監視

長さ 87 km の送水システムは、廃水ラインに沿った 16 つの中央ポイントで監視されています。 これらの時点で、XNUMX の異なるパラメーターが XNUMX か月に XNUMX 回サンプリングされます。 これらは: PHFD、DO、T、EC、SS₁₀、SS₅₅、UV、TURB、NO₃ ⁺、PTOT、ALKM、DOC、TOTB、TCOL、FCOL、ENTR。 システムに沿って変化しないと予想されるパラメータは、XNUMX つのサンプリング ポイント (搬送ラインの始点と終点) のみで測定されます。 これらは: Cl、K、Na、Ca、Mg、HARD、B、DS、SO₄ ^-2、NH₄ ⁺いいえ₂ ^– そしてMBAS。 これらの XNUMX つのサンプリング ポイントでは、年に XNUMX 回、さまざまな重金属 (Zn、Sr、Sn、Se、Pb、Ni、Mo、Mn、Li、Hg、Fe、Cu、Cr、Co、Cd、Ba、As、 Al、Ag)。

貯水池のモニタリング

サード ライン貯水池の監視設定は、主に、貯水池内の生物学的発達の指標として機能する限られた数のパラメーターの調査と、外部汚染物質の侵入を特定することに基づいています。 PHFD、T、DO、総 SS、揮発性 SS、DOC、CLRL、RSCL、TCOL、FCOL、STRP、および ALG について、XNUMX つのリザーバーが月に XNUMX 回サンプリングされます。 これら XNUMX つの貯水池では、Si も XNUMX か月に XNUMX 回サンプリングされます。 これらすべてのパラメーターは、別の貯水池 Zohar B でも年 XNUMX 回の頻度でサンプリングされます。

まとめ

ダン地域再生プロジェクトは、イスラエルのネゲブの無制限の灌漑用に高品質の再生水を供給しています。

このプロジェクトの第 1970 段階は 1977 年から部分的に稼働し、1970 年から本格的に稼働しています。 1993 MCM が 373 年から 243 年の間に帯水層から汲み上げられ、国の南部に供給されました。 水の一部が失われましたが、これは主に池からの蒸発と浸透によるものです。 1974 年には、これらの損失は、ステージ 1993 プラントに運ばれた生下水の約 1993% に達しました (Kanarek 6.9)。

プロジェクトのステージ 1987 である機械的生物処理プラントは、1987 年から稼働しています。1993 年から 478 年の稼働期間中、1993 MCM の未処理汚水が機械的生物処理プラントに運ばれました。 103 年には、約 95 MCM の水 (8 MCM の再生水と XNUMX MCM の飲用水) がシステムを通じて運ばれ、ネゲブの無制限の灌漑に使用されました。

回収井水は、地下帯水層の水質を表します。 帯水層の水質は、そこへの排水の浸透の結果として常に変化しています。 帯水層の水質は、土壌 - 帯水層処理 (SAT) プロセスの影響を受けないパラメーターの排水の水質に近づきますが、土壌層を通過することによって影響を受けるパラメーター (濁度、懸濁物質、アンモニア、溶存水など)有機炭素など）はかなり低い値を示します。 注目に値するのは、帯水層の水の塩化物含有量であり、回復井戸の水質の変化によって証明されるように、最近の 15 年間で 26 ～ XNUMX% 増加しました。 この変化は、かなり高い塩化物含有量を有​​する流出物によって帯水層の水が継続的に置き換えられていることを示しています。

サード ライン システムの XNUMX つの貯水池の水質は、開いた貯水池内で発生する生物学的および化学的変化の影響を受けます。 藻類の光合成と大気中の酸素の溶解により、酸素含有量が増加します。 貯水池の近くに住むさまざまな水生動物によるランダムな汚染の結果として、さまざまな種類の細菌の濃度も増加します。

システムに沿って顧客に供給される水の品質は、回収井戸と貯水池からの水の品質に依存します。 システムの水の強制的な塩素処理は、水を飲料水として誤って使用することに対する追加の保護を構成します。 無制限の農業用途に使用される廃水の水質に関するイスラエル保健省の要件とサード ラインの水データを比較すると、ほとんどの場合、水質が要件を完全に満たしていることがわかります。

結論として、Third Line 廃水回収および利用システムは、成功した環境および国家イスラエル プロジェクトであると言えます。 ダン地域の下水の衛生処理の問題を解決すると同時に、全国の水収支を約 5% 増加させました。 特に農業用の水の供給が非常に限られているイスラエルのような乾燥した国では、これは真の貢献です。

1993 年の再生水の涵養と維持にかかる費用は、3 m あたり約 XNUMX セントでした。³ (0.093NIS/m³).

このシステムは、イスラエル保健省とメコロスの労働安全衛生部門の厳格な監視下で、1960 年代後半から運用されています。 この複雑で包括的なシステムの運用に起因する職業病の報告はありません。

 

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