Мониторинг качества воздуха означает систематическое измерение загрязнителей атмосферного воздуха, чтобы иметь возможность оценить воздействие на уязвимые реципиенты (например, людей, животных, растения и произведения искусства) на основе стандартов и руководств, основанных на наблюдаемых воздействиях, и/или установить источник загрязнения атмосферного воздуха (причинный анализ).

На концентрацию загрязняющих веществ в атмосферном воздухе влияет пространственная или временная изменчивость выбросов вредных веществ и динамика их рассеивания в воздухе. Как следствие, возникают заметные суточные и годовые колебания концентраций. Определить единым образом все эти различные вариации качества воздуха (на статистическом языке — совокупность состояний качества воздуха) практически невозможно. Таким образом, измерения концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе всегда носят характер случайных пространственных или временных выборок.

Планирование измерений

Первым шагом в планировании измерения является как можно более точная формулировка цели измерения. Важные вопросы и области деятельности по мониторингу качества воздуха включают:

Измерение площади:

• репрезентативное определение экспозиции на одном участке (общий мониторинг воздуха)
• репрезентативное измерение ранее существовавшего загрязнения в районе планируемого объекта (разрешение, TA Luft (Техническая инструкция, воздух))
• предупреждение о смоге (зимний смог, высокая концентрация озона)
• измерения в горячих точках загрязнения воздуха для оценки максимального воздействия на реципиенты (EU-NO₂ руководство, измерения в уличных каньонах в соответствии с Федеральным законом Германии о контроле за выбросами)
• проверка результатов мер по борьбе с загрязнением и тенденций с течением времени
• скрининговые измерения
• научные исследования - например, перенос загрязнителей воздуха, химические превращения, калибровка расчетов рассеивания.

Измерение объекта:

• измерения в ответ на жалобы
• установление источников выбросов, причинно-следственный анализ
• измерения при пожарах и аварийных выбросах
• проверка успешности мер по сокращению
• мониторинг заводских неорганизованных выбросов.

Целью планирования измерений является использование адекватных процедур измерения и оценки для получения ответов на конкретные вопросы с достаточной определенностью и с минимально возможными затратами.

Пример параметров, которые следует использовать для планирования измерений, представлен в таблице 1 применительно к оценке загрязнения воздуха в районе планируемого промышленного объекта. Признавая, что формальные требования различаются в зависимости от юрисдикции, следует отметить, что здесь делается конкретная ссылка на немецкие процедуры лицензирования промышленных объектов.

Таблица 1. Параметры планирования измерений при измерении концентраций загрязнений атмосферного воздуха (с примером применения)

Пример в таблице 1 показывает случай измерительной сети, которая должна максимально репрезентативно контролировать качество воздуха в конкретной области для сравнения с установленными пределами качества воздуха. Идея, лежащая в основе этого подхода, заключается в том, что производится случайный выбор мест измерения, чтобы охватить одинаковые места в районе с разным качеством воздуха (например, жилые районы, улицы, промышленные зоны, парки, центры городов, пригороды). Этот подход может быть очень дорогостоящим на больших территориях из-за необходимого количества точек измерения.

Таким образом, другая концепция измерительной сети начинается с репрезентативно выбранных измерительных участков. Если измерения различного качества воздуха проводятся в наиболее важных местах и ​​известна продолжительность пребывания защищаемых объектов в этих «микросредах», то можно определить воздействие. Этот подход можно распространить на другие микроокружения (например, внутренние помещения, автомобили) для оценки общего воздействия. Моделирование диффузии или скрининговые измерения могут помочь в выборе правильных мест измерения.

Третий подход заключается в измерении в точках предполагаемого наибольшего воздействия (например, для NO₂ и бензол в уличных каньонах). Если стандарты оценки соблюдены на этом сайте, существует достаточная вероятность того, что это будет иметь место и на всех других сайтах. Этот подход, основанный на сосредоточении внимания на критических точках, требует относительно небольшого количества точек измерения, но они должны быть выбраны с особой тщательностью. Этот конкретный метод рискует переоценить реальное воздействие.

Параметры периода времени измерения, оценки данных измерений и частоты измерений, по существу, задаются в определении стандартов оценки (пределов) и желаемого уровня достоверности результатов. Пороговые пределы и периферийные условия, которые следует учитывать при планировании измерений, взаимосвязаны. Используя непрерывные процедуры измерения, можно достичь практически непрерывного во времени разрешения. Но это необходимо только при мониторинге пиковых значений и/или для предупреждений о смоге; например, для мониторинга среднегодовых значений достаточно прерывистых измерений.

Следующий раздел посвящен описанию возможностей процедур измерения и контроля качества как дополнительного параметра, важного для планирования измерений.

Гарантия качества

Проведение измерений концентраций загрязнителей атмосферного воздуха может быть дорогостоящим, а результаты могут повлиять на принятие важных решений с серьезными экономическими или экологическими последствиями. Поэтому меры по обеспечению качества являются неотъемлемой частью процесса измерения. Здесь следует различать два направления.

Процедурно-ориентированные меры

Каждая полная процедура измерения состоит из нескольких этапов: отбор проб, подготовка проб и очистка; разделение, обнаружение (заключительный аналитический этап); сбор и оценка данных. В некоторых случаях, особенно при непрерывном измерении неорганических газов, некоторые этапы процедуры могут быть опущены (например, разделение). При проведении измерений следует стремиться к полному соблюдению процедур. Процедуры, которые стандартизированы и, таким образом, всесторонне задокументированы, должны соблюдаться в форме стандартов DIN/ISO, стандартов CEN или руководств VDI.

Меры, ориентированные на пользователя

Использование стандартизированного и проверенного оборудования и процедур для измерения концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе само по себе не может обеспечить приемлемое качество, если пользователь не использует адекватные методы контроля качества. Серия стандартов DIN/EN/ISO 9000 (стандарты управления качеством и обеспечения качества), EN 45000 (определяет требования к испытательным лабораториям) и ISO Guide 25 (общие требования к компетентности калибровочных и испытательных лабораторий) важны для пользователей. целенаправленные меры по обеспечению качества.

Важные аспекты мер контроля качества пользователя включают:

• принятие и применение содержания мер в смысле надлежащей лабораторной практики (GLP)
• правильное обслуживание измерительного оборудования, квалифицированные мероприятия по устранению сбоев и обеспечению ремонта
• проведение калибровок и регулярных проверок для обеспечения надлежащего функционирования
• проведение межлабораторных испытаний.

Процедуры измерения

Процедуры измерения неорганических газов

Существует множество процедур измерения для широкого диапазона неорганических газов. Мы будем различать ручные и автоматические методы.

Ручные процедуры

В случае ручных процедур измерения неорганических газов измеряемое вещество обычно адсорбируется во время отбора проб в растворе или твердом материале. В большинстве случаев фотометрическое определение проводят после получения соответствующей цветовой реакции. Несколько ручных процедур измерения имеют особое значение в качестве эталонных процедур. Из-за относительно высоких затрат на персонал эти ручные процедуры сегодня редко проводятся для полевых измерений, когда доступны альтернативные автоматические процедуры. Наиболее важные процедуры кратко описаны в таблице 2.

Таблица 2. Процедуры ручного измерения неорганических газов

DL = предел обнаружения; с = стандартное отклонение; отн. s = относительное s.

Особым вариантом отбора проб, используемым в основном в связи с ручными процедурами измерения, является трубка для диффузионного разделения (денудер). Метод денудера направлен на разделение фаз газа и частиц за счет использования их различных скоростей диффузии. Таким образом, он часто используется для сложных задач разделения (например, аммиак и соединения аммония; оксиды азота, азотная кислота и нитраты; оксиды серы, серная кислота и сульфаты или галогениды/галогениды водорода). В классическом методе денюдера тестовый воздух всасывается через стеклянную трубку со специальным покрытием, в зависимости от собираемого(ых) материала(ов). Техника денюдера получила дальнейшее развитие во многих вариациях, а также частично автоматизирована. Он значительно расширил возможности дифференцированного отбора проб, но в зависимости от варианта может быть очень трудоемким, а правильное использование требует большого опыта.

Автоматизированные процедуры

На рынке существует множество различных мониторов непрерывного измерения диоксида серы, оксидов азота, монооксида углерода и озона. По большей части они используются, в частности, в измерительных сетях. Наиболее важные особенности отдельных методов собраны в таблице 3.

Таблица 3. Автоматизированные процедуры измерения неорганических газов

Здесь следует подчеркнуть, что все автоматические процедуры измерения, основанные на химико-физических принципах, должны быть откалиброваны с использованием (ручных) эталонных процедур. Поскольку автоматическое оборудование в измерительных сетях часто работает в течение длительных периодов времени (например, несколько недель) без непосредственного контроля со стороны человека, необходимо, чтобы их правильное функционирование регулярно и автоматически проверялось. Как правило, это делается с использованием нулевого и контрольного газов, которые могут быть получены несколькими способами (подготовка окружающего воздуха, газовые баллоны под давлением, проницаемость, диффузия, статическое и динамическое разбавление).

Методики измерения пылеобразующих загрязнителей воздуха и их состава

Среди твердых загрязнителей атмосферного воздуха выделяют пыль и взвешенные частицы (ВВ). Пыль состоит из более крупных частиц, которые оседают на землю из-за своего размера и толщины. SPM включает в себя фракцию частиц, которая рассеяна в атмосфере квазистабильным и квазигомогенным образом и поэтому остается во взвешенном состоянии в течение определенного времени.

Измерение взвешенных твердых частиц и соединений металлов в ВЗМ

Как и в случае с измерениями газообразных загрязнителей воздуха, можно различать непрерывные и периодические процедуры измерения SPM. Как правило, взвесь сначала отделяют на стекловолоконных или мембранных фильтрах. Это следует за гравиметрическим или радиометрическим определением. В зависимости от отбора проб можно провести различие между процедурой измерения общего количества взвешенных частиц без фракционирования по размеру частиц и процедурой фракционирования для измерения мелкодисперсной пыли.

Преимущества и недостатки измерения фракционированной взвешенной пыли оспариваются на международном уровне. В Германии, например, все пороговые значения и стандарты оценки основаны на общем количестве взвешенных частиц. Это означает, что по большей части выполняются только общие измерения SPM. В США, наоборот, очень распространена так называемая процедура PM-10 (твердые частицы £10 мкм). В эту процедуру включаются только частицы с аэродинамическим диаметром до 10 мкм (50-процентная часть включения), которые вдыхаются и могут попасть в легкие. План состоит в том, чтобы ввести процедуру PM-10 в Европейский Союз в качестве эталонной процедуры. Стоимость фракционированных измерений взвешенных частиц значительно выше, чем для измерения общей взвешенной пыли, поскольку измерительные устройства должны быть оснащены специальными, дорогостоящими пробоотборными головками, которые требуют дорогостоящего обслуживания. Таблица 4 содержит подробную информацию о наиболее важных процедурах измерения СЗМ.

Таблица 4. Процедуры измерения взвешенных твердых частиц (ВЧ)

В последнее время также были разработаны автоматические устройства смены фильтров, которые вмещают большее количество фильтров и подают их в пробоотборник один за другим через определенные промежутки времени. Открытые фильтры хранятся в магазине. Пределы обнаружения для процедур фильтрации составляют от 5 до 10 мкг/м.³ пыли, как правило.

Наконец, следует упомянуть метод черного дыма для измерений SPM. Поступивший из Великобритании, он был включен в руководящие принципы ЕС для SO.₂ и взвешенная пыль. В этой процедуре почернение фильтра с покрытием измеряется рефлекторным фотометром после отбора проб. Значения черного дыма, полученные таким образом фотометрически, переводятся в гравиметрические единицы (мкг/м³) с помощью калибровочной кривой. Поскольку эта калибровочная функция в значительной степени зависит от состава пыли, особенно от содержания в ней сажи, преобразование в гравиметрические единицы проблематично.

В настоящее время соединения металлов часто рутинно определяют в иммиссионных пробах взвешенной пыли. Как правило, за сбором взвешенной пыли на фильтрах следует химическое растворение отделенной пыли, поскольку наиболее распространенные конечные аналитические стадии предполагают преобразование металлических и металлоидных соединений в водном растворе. На практике наиболее важными методами являются атомно-абсорбционная спектроскопия (ААС) и спектроскопия с плазменным возбуждением (ИСП-ОЭС). Другими методами определения металлических соединений во взвешенной пыли являются рентгенофлуоресцентный анализ, полярография и нейтронно-активационный анализ. Хотя металлические соединения измеряются уже более десяти лет как компонент взвешенных частиц в наружном воздухе в определенных точках измерения, важные вопросы остаются без ответа. Таким образом, обычный отбор проб путем отделения взвешенной пыли на фильтрах предполагает, что отделение соединений тяжелых металлов на фильтре завершено. Однако в литературе были обнаружены более ранние указания, ставящие это под сомнение. Результаты очень неоднородны.

Еще одна проблема заключается в том, что при анализе металлических соединений во взвешенной пыли с использованием обычных методик измерения невозможно различить разные формы соединений или отдельные соединения соответствующих элементов. Хотя во многих случаях можно провести адекватные общие определения, желательно провести более тщательную дифференциацию с некоторыми особенно канцерогенными металлами (As, Cd, Cr, Ni, Co, Be). Часто существуют большие различия в канцерогенном действии элементов и их отдельных соединений (например, соединения хрома в степенях окисления III и VI - канцерогенными являются только соединения шестой степени). В таких случаях желательно конкретное измерение отдельных соединений (видовой анализ). Несмотря на важность этой проблемы, в измерительной технике предпринимаются лишь первые попытки видового анализа.

Измерение пылевых осадков и металлических соединений в пылевых осадках

Для сбора пыли используются два принципиально разных метода:

• отбор проб в сборных сосудах

• отбор проб на клейких поверхностях.

Популярной процедурой измерения выпадения пыли (осаждаемой пыли) является так называемая процедура Бергергофа. При этой процедуре все атмосферные осадки (сухие и влажные отложения) собираются в течение 30 ± 2 дней в сосуды на высоте от 1.5 до 2.0 м над землей (объемное отложение). Затем сосуды для сбора доставляют в лабораторию и готовят (фильтруют, выпаривают воду, сушат, взвешивают). Результат рассчитывается на основе площади поверхности собирающего сосуда и времени воздействия в граммах на квадратный метр и дня (г/м²г). Относительный предел обнаружения 0.035 г/м²d.

Дополнительные методы сбора пыли включают устройство Лизеганга-Лёбнера и методы сбора осевшей пыли на клейкой пленке.

Все результаты измерений пылепада являются относительными величинами, которые зависят от используемого устройства, поскольку на отделение пыли влияют условия потока на устройстве и другие параметры. Различия в значениях измерений, полученных с помощью различных процедур, могут достигать 50 %.

Немаловажным является и состав осажденной пыли, например содержание свинца, кадмия и других металлических соединений. Аналитические процедуры, используемые для этого, в основном такие же, как и для взвешенной пыли.

Измерение специальных материалов в виде пыли

Специальные материалы в виде пыли включают асбест и сажу. Сбор волокон в качестве загрязнителей воздуха важен, поскольку асбест классифицируется как подтвержденный канцерогенный материал. Волокна диаметром D ≤ 3 мкм и длиной L ≥ 5 мкм, где L:D ≥ 3, считаются канцерогенными. Процедуры измерения волокнистых материалов заключаются в подсчете под микроскопом волокон, которые были отделены на фильтрах. Только электронно-микроскопические методы могут рассматриваться для измерений в атмосферном воздухе. Волокна разделяются на пористых фильтрах с золотым покрытием. Перед исследованием в электронном сканирующем микроскопе образец освобождается от органических веществ путем плазменного сжигания прямо на фильтре. Волокна подсчитываются на части поверхности фильтра, выбираются случайным образом и классифицируются по геометрии и типу волокна. С помощью энергодисперсионного рентгеновского анализа (EDXA) волокна асбеста, волокна сульфата кальция и другие неорганические волокна можно дифференцировать по элементному составу. Вся процедура чрезвычайно дорогая и требует максимальной осторожности для достижения надежных результатов.

Сажа в виде частиц, выбрасываемых дизельными двигателями, стала актуальной, поскольку дизельная сажа также была отнесена к канцерогенным. Из-за ее изменяющегося и сложного состава, а также из-за того, что различные компоненты также выбрасываются из других источников, для дизельной сажи не существует специальной процедуры измерения. Тем не менее, чтобы сказать что-то конкретное о концентрациях в окружающем воздухе, сажу условно определяют как элементарный углерод, как часть общего углерода. Его измеряют после отбора проб и этапа экстракции и/или термической десорбции. Определение содержания углерода осуществляется сжиганием в токе кислорода и кулонометрическим титрованием или недисперсионным ИК-детектированием образующегося в процессе углекислого газа.

Так называемый эталометр и фотоэлектрический датчик аэрозолей также используются для измерения сажи, в принципе.

Измерение влажных отложений

Наряду с сухими отложениями, мокрые отложения в виде дождя, снега, тумана и росы представляют собой важнейшие средства, с помощью которых вредные вещества попадают из воздуха в почву, воду или поверхности растений.

Чтобы четко отличить влажные отложения во время дождя и снега (туман и роса представляют особую проблему) от измерения общего осаждения (объемное осаждение, см. выше раздел «Измерение пылевых осадков и металлических соединений») и сухих осаждений, отверстие для сбора прикрыто, когда нет дождя (мокрый пробоотборник), используются для отбора проб. В датчиках дождя, которые в основном работают по принципу изменения проводимости, крышка открывается, когда начинается дождь, и снова закрывается, когда дождь прекращается.

Образцы переносятся через воронку (открытая площадь около 500 см² и более) в затемненный и по возможности изолированный сборный контейнер (из стекла или полиэтилена только для неорганических компонентов).

Как правило, анализ собранной воды на неорганические компоненты можно проводить без пробоподготовки. Воду следует отцентрифугировать или отфильтровать, если она заметно мутная. Электропроводность, значение pH и важные анионы (NO₃ ^– , SO₄ ^2- Cl^–) и катионы (Ca²⁺К⁺Mg²⁺На⁺, NH₄ ⁺ и так далее) регулярно измеряются. Нестабильные микроэлементы и промежуточные состояния, такие как H₂O₂ или HSO₃ ^– также измеряются в исследовательских целях.

Для анализа используются процедуры, которые обычно доступны для водных растворов, такие как кондуктометрия для определения проводимости, электроды для значений pH, атомно-адсорбционная спектроскопия для катионов (см. раздел «Измерение специальных материалов в виде пыли» выше) и все чаще ионообменная хроматография. с определением проводимости для анионов.

Органические соединения извлекаются из дождевой воды, например, дихлорметаном или выдуваются аргоном и адсорбируются с помощью трубок Tenax (только легколетучие вещества). Затем материалы подвергают газохроматографическому анализу (см. «Методики измерения органических загрязнителей воздуха» ниже).

Сухое осаждение напрямую связано с концентрацией в окружающем воздухе. Однако разность концентраций переносимых по воздуху вредных веществ во время дождя относительно невелика, поэтому для измерения влажных отложений достаточно широкоячеистых измерительных сетей. Примеры включают европейскую сеть измерений ЕМЕП, в которой данные о поступлении сульфатных и нитратных ионов, некоторых катионов и значений pH осадков собираются примерно на 90 станциях. В Северной Америке также существуют обширные измерительные сети.

Процедуры оптических измерений на больших расстояниях

В то время как методы, описанные до сих пор, улавливают загрязнение воздуха в одной точке, методы оптических измерений на больших расстояниях измеряют интегрированным образом на световых путях в несколько километров или определяют пространственное распределение. Они используют характеристики поглощения газов в атмосфере в УФ-, видимой или ИК-области спектра и основаны на законе Ламберта-Бера, согласно которому произведение пути света и концентрации пропорционально измеренному поглощению. Если отправитель и получатель измерительной установки меняют длину волны, то можно параллельно или последовательно измерять несколько компонентов одним прибором.

На практике системы измерения, указанные в таблице 5, играют наибольшую роль.

Таблица 5. Процедуры измерений на больших расстояниях

LIDAR = Обнаружение света и определение дальности; DIAL = лидар с дифференциальным поглощением.

Процедуры измерения органических загрязнителей воздуха

Измерение загрязнения воздуха органическими компонентами осложняется, прежде всего, разнообразием материалов этого класса соединений. Несколько сотен отдельных компонентов с очень разными токсикологическими, химическими и физическими характеристиками охвачены общим названием «органические загрязнители воздуха» в реестрах выбросов и планах качества воздуха в густонаселенных районах.

В частности, из-за больших различий в потенциальном воздействии сбор соответствующих отдельных компонентов все больше и больше заменяет ранее использовавшиеся процедуры суммирования (например, пламенно-ионизационный детектор, метод общего содержания углерода), результаты которых не могут быть оценены токсикологически. Однако метод FID сохранил определенное значение в связи с короткой разделительной колонной для выделения метана, фотохимически не очень реакционноспособного, и для сбора прекурсоров летучих органических соединений (ЛОС) для образования фотоокислителей.

Частая необходимость разделения сложных смесей органических соединений на соответствующие индивидуальные компоненты превращает их измерение в практическую задачу прикладной хроматографии. Хроматографические процедуры являются методами выбора, когда органические соединения достаточно стабильны термически и химически. Для органических материалов с реакционноспособными функциональными группами отдельные процедуры, использующие физические характеристики функциональных групп или химические реакции для обнаружения, продолжают оставаться в силе.

Примеры включают использование аминов для превращения альдегидов в гидразоны с последующим фотометрическим измерением; дериватизация 2,4-динитрофенилгидразином и выделение образовавшегося 2,4-гидразона; или образование азокрасителей с p-нитроанилин для обнаружения фенолов и крезолов.

Среди хроматографических процедур газовая хроматография (ГХ) и жидкостная хроматография высокого давления (ВЭЖХ) чаще всего используются для разделения часто сложных смесей. Для газовой хроматографии сегодня почти исключительно используются разделительные колонки очень узкого диаметра (примерно от 0.2 до 0.3 мм и длиной от 30 до 100 м), так называемые капиллярные колонки высокого разрешения (HRGC). Доступен ряд детекторов для обнаружения отдельных компонентов после разделительной колонны, таких как вышеупомянутый FID, ECD (детектор захвата электронов, специально для электрофильных заменителей, таких как галоген), PID (детектор фотоионизации, который особенно чувствителен к ароматическим углеводородам и другим системам p-электронов) и NPD (термоионный детектор специально для соединений азота и фосфора). В ВЭЖХ используются специальные проточные детекторы, которые, например, выполнены в виде проточной кюветы УФ-спектрометра.

Особенно эффективным, но и особенно дорогим является использование в качестве детектора масс-спектрометра. Действительно достоверная идентификация, особенно с неизвестными смесями соединений, часто возможна только по масс-спектру органического соединения. Качественная информация о так называемом времени удерживания (времени пребывания материала в колонке), содержащаяся в хроматограмме с обычными детекторами, дополняется специфическим обнаружением отдельных компонентов масс-фрагментограммами с высокой чувствительностью обнаружения.

Отбор проб должен быть рассмотрен до фактического анализа. Выбор метода отбора проб определяется в первую очередь летучестью, а также ожидаемым диапазоном концентраций, полярностью и химической стабильностью. Кроме того, для нелетучих соединений необходимо выбирать между измерениями концентрации и осаждения.

В таблице 6 представлен обзор общих процедур мониторинга воздуха для активного обогащения и хроматографического анализа органических соединений с примерами их применения.

Таблица 6. Обзор распространенных хроматографических методик измерения качества воздуха органических соединений (с примерами применения)

ГХ = газовая хроматография; ГХ-МС = ГХ/масс-спектроскопия; ПИД = пламенно-ионизационный детектор; HRGC/ECD = ГХ/ECD высокого разрешения; ECD = детектор захвата электронов; ВЭЖХ = высокоэффективная жидкостная хроматография. ФИД = фотоионизационный детектор.

Измерения осаждения органических соединений с низкой летучестью (например, дибензодиоксинов и дибензофуранов (ПХДД/ПХДФ), полициклических ароматических углеводородов (ПАУ)) приобретают все большее значение с точки зрения воздействия на окружающую среду. Поскольку пища является основным источником потребления человеком, большое значение имеет воздушно-капельный перенос веществ на пищевые растения. Однако есть свидетельства того, что перенос материала в виде осаждения твердых частиц менее важен, чем сухое осаждение квазигазообразных соединений.

Для измерения общего осаждения используются стандартные устройства для осаждения пыли (например, метод Бергергофа), которые были слегка модифицированы путем затемнения в качестве защиты от проникновения яркого света. Важные технические проблемы измерения, такие как ресуспендирование уже отделенных частиц, испарение или возможное фотолитическое разложение, в настоящее время систематически исследуются с целью улучшения неоптимальных процедур отбора проб органических соединений.

Ольфактометрические исследования

Ольфактометрические исследования иммиссии используются при мониторинге для количественной оценки жалоб на запах и для определения исходного уровня загрязнения в процедурах лицензирования. Они служат в первую очередь для оценки того, следует ли классифицировать существующие или ожидаемые запахи как значимые.

В принципе можно выделить три методологических подхода:

• измерение концентрации эмиссии (количества единиц запаха) ольфактометром и последующее моделирование дисперсии

• измерение отдельных компонентов (например, NH₃) или смеси соединений (например, газовая хроматография газов со свалок), если они адекватно характеризуют запах

• определение запаха путем осмотра.

Первая возможность сочетает измерение выбросов с моделированием и, строго говоря, не может быть отнесена к термину «мониторинг качества воздуха». В третьем методе в качестве детектора используется нос человека со значительно меньшей точностью по сравнению с физико-химическими методами.

Подробная информация об инспекциях, планах измерений и оценке результатов содержится, например, в правилах охраны окружающей среды некоторых земель Германии.

Процедуры скрининговых измерений

Упрощенные процедуры измерения иногда используются для подготовительных исследований (скрининг). Примеры включают пассивные пробоотборники, пробирки и биологические процедуры. При использовании пассивных (диффузионных) пробоотборников испытуемый материал собирается с помощью свободно протекающих процессов, таких как диффузия, проникновение или адсорбция, в простые формы коллекторов (трубки, пластины) и обогащается пропитанными фильтрами, сетками или другими адсорбционными средами. Таким образом, так называемый активный отбор проб (всасывание пробы воздуха насосом) не происходит. Обогащенное количество материала, определяемое аналитически по определенному времени выдержки, переводится в единицы концентрации на основе физических законов (например, диффузии) с помощью времени сбора и геометрических параметров коллектора. Методология основана на области гигиены труда (индивидуальный отбор проб) и измерения воздуха в помещениях, но она все чаще используется для измерения концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе. Обзор можно найти в Brown 1993.

Детекторные трубки часто используются для отбора проб и быстрого предварительного анализа газов. Через стеклянную трубку, заполненную адсорбирующим реагентом, соответствующим поставленной задаче, всасывается определенный объем испытуемого воздуха. Содержимое трубки меняет цвет в зависимости от концентрации определяемого материала, присутствующего в исследуемом воздухе. Небольшие пробирки часто используются при мониторинге рабочих мест или в качестве быстрой процедуры в случае несчастных случаев, таких как пожары. Они не используются для рутинных измерений концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе из-за, как правило, слишком высоких пределов обнаружения и слишком ограниченной селективности. Детекторные пробирки доступны для множества материалов в различных диапазонах концентраций.

Среди биологических процедур в рутинном мониторинге приняты два метода. При стандартизированной процедуре воздействия лишайника уровень смертности лишайника определяется в течение времени воздействия 300 дней. В другой процедуре французская пастбищная трава подвергается воздействию в течение 14 ± 1 дня. Затем определяется величина прироста. Обе методики служат для суммарного определения влияния концентраций загрязняющих веществ в воздухе.

Сети мониторинга качества воздуха

Во всем мире используются самые разнообразные типы сетей контроля качества воздуха. Следует проводить различие между измерительными сетями, состоящими из автоматических, управляемых компьютером измерительных станций (измерительных контейнеров), и виртуальными измерительными сетями, которые лишь определяют места измерения для различных типов измерений концентрации загрязняющих веществ в воздухе в виде заданной сетки. Задачи и концепции измерительных сетей обсуждались выше.

Сети непрерывного мониторинга

Постоянно действующие измерительные сети основаны на автоматических измерительных станциях и служат в основном для мониторинга качества воздуха в городских районах. Измеряются загрязнители воздуха, такие как диоксид серы ( SO₂), пыль, монооксид азота (NO), диоксид азота (NO₂), окись углерода (CO), озон (O₃), и в некоторой степени также сумма углеводородов (свободный метан, C_nH_m) или отдельные органические компоненты (например, бензол, толуол, ксилолы). Кроме того, в зависимости от необходимости включаются метеорологические параметры, такие как направление ветра, скорость ветра, температура воздуха, относительная влажность, осадки, глобальная радиация или радиационный баланс.

Измерительное оборудование, используемое в измерительных станциях, обычно состоит из анализатора, блока калибровки и управляющей электроники, которая контролирует все измерительное оборудование и содержит стандартизированный интерфейс для сбора данных. В дополнение к измеренным значениям измерительное оборудование выдает так называемые сигналы состояния об ошибках и рабочем состоянии. Калибровка устройств автоматически проверяется компьютером через регулярные промежутки времени.

Как правило, измерительные станции подключаются стационарными линиями передачи данных, телефонными соединениями или другими системами передачи данных к компьютеру (технологическому компьютеру, рабочей станции или ПК, в зависимости от объема системы), в который вводятся, обрабатываются и отображается. Компьютеры измерительной сети и, при необходимости, специально обученный персонал постоянно контролируют превышение различных пороговых значений. Таким образом, критические ситуации с качеством воздуха могут быть распознаны в любое время. Это очень важно, особенно для мониторинга критических ситуаций со смогом зимой и летом (фотооксиданты) и для текущей информации населения.

Сети измерений для случайных выборок

Помимо сети телеметрических измерений, в различной степени используются и другие измерительные системы для мониторинга качества воздуха. Примеры включают (иногда частично автоматизированные) измерительные сети для определения:

• пылеотложение и его компоненты
• взвешенная пыль (ВП) и ее компоненты
• углеводороды и хлорированные углеводороды
• малолетучие органические вещества (диоксины, фураны, полихлорбифенилы).

Ряд веществ, измеренных таким образом, были классифицированы как канцерогены, такие как соединения кадмия, ПАУ или бензол. Поэтому мониторинг их особенно важен.

В качестве примера комплексной программы в таблице 7 приведены результаты мониторинга качества воздуха, систематически проводимого в земле Северный Рейн-Вестфалия, которая с населением 18 миллионов человек является самой густонаселенной землей Германии.

Таблица 7. Систематический мониторинг качества воздуха в Северном Рейне-Вестфалии (Германия)

Назад