Непрерывное измерение концентрации пыли радиоизотопным методом Текст научной статьи по специальности «Математика»

ИИНАР 11

ДОКЛАД НА : СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ Г(

ю" : :...............................................................................................

МОСКВА, МГГУ, 31 января: - 4 февраля 2000:года ’

^ А.Б. Палкин, В.В. Кудряшов ,

2000

УДК 622.411.512

А.Б. Палкин, В.В. Кудряшов

НЕПРЕРЫВНОЕ ИЗМЕРЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ПЫЛИ РАДИОИЗОТОПНЫМ МЕТОДОМ

Введение

В условиях возрастающей техногенной нагрузки на атмосферу и поверхность Земли актуальна разработка методов и средств контроля источников загрязнения и окружающей среды пылью. Для организации мониторинга загрязнения атмосферы пылевыми выбросами горнодобывающих и других предприятий предлагается разработка датчика концентрации пыли и на его основе приборов и автоматической станции пылевого контроля (АСПК) [1]. Работа датчика основана на непрерывном измерении интенсивности мягкого бета-излучения, проходящего через пылевой препарат в процессе отбора пробы [2]. Новый непрерывный радиоизотоп-ный метод измерения позволит следить за изменениями концентрации пыли как

на коротких, так и на продолжительных интервалах времени.

Так как поглощение мягкого бета-излучения происходит пропорционально массе вещества, то радиоизотопный метод измерения концентрации пыли отличается от других косвенных методов (оптических, депремометрических, электрических) меньшим влиянием таких характеристик пыли, как дисперсный и вещественный ее составы [3-5]. Благодаря этому он обеспечивает высокую точность измерения массовой концентрации пыли практически любого типа.

Метод может быть использован как при решении задач экологического мониторинга (кон-центрация пыли на уровне ПДК для атмосферы [6]), так и при контроле запыленности воздуха на

предприятиях, значительно превышающей ПДК, например в рудничной атмосфере [7].

Аппаратное и программное обеспечение автоматической станции пылевого контроля

В настоящее время в ИПКОН РАН разработан макет-прообраз будущей АСПК (функциональ-ная схема прибора приведена на рис. 1). Для обеспечения автоматического режима работы в экспериментальном стенде реализованы средства автоматизации процесса измерения: средства управления измерительными элементами станции и извлечения измеряемых величина; средства контроля за состоянием отдельных узлов стенда. Накопление серии результатов измерения с последующим расчетом величин концентрации пыли и анализ развития пылевой ситуации происходит на центральном пульте (ЦП), роль которого может выполнять персональный компьютер.

Также завершена разработка алгоритмов и программного обеспечения АСПК.

Рис. 1. Функциональная схема АСПК (автоматический станции пылевого контроля)

ст, мг/см

0 10 20 30 40 50

Ъ, мин

) поверхностная плотность влажной ленты V, мг/см2*с

0,0016 -1—Г

0,0014------

0,0012------

0,001------

0,0008 -----

0,0006 -----

0,0004 -----

0,0002 ^

0

-0,0002 -I---

—Тг-ж

тЛ .111 !/ "г’

0 10 20 30 40 50

Ъ мин

б) скорость испарения влаги.

Рис. 2. Испарение влаги из тонкой бумажной ленты

Результаты измерений, полученные при помощи АСПК

На созданной экспериментальной установке проведен ряд измерений как с использованием имитаторов, так и в натурных условиях. В условиях реального эксперимента отрабатывались различные узлы стенда, проверялись алгоритмы измерения и отлаживались модули программного обеспечения. Полученные результаты измерения, представляют интерес не только с точки зрения отработки метода, но и показывают, насколько стереотипные представления о динамике пыли в атмосфере далеки от реальности.

Кроме того, показано, что радио-изотопный метод измерения может быть использован и

в ряде задач, где требуется контролировать изменяющуюся во времени поверхностную плотность тонкого препарата (напр., процесс испарения жидкости). Пример такого измерения приведен на рис 2. Такие задачи возникают, например, при определении влагоемкости пылевидных материалов, скорости их насыщения влагой и

п 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 - , мг/м3

Л

■ %

: : \

лг 1

£• г

г !Й# ; - - ■

% г

0 10 20 30 40 50 60 70 80 Ъ, мин Рис. 3. Измерение концентрации пыли в городском воздухе. Фрагмент: 09.09.1999 г. 12.40-14.00, ^=23° С, Ф Усиление ветра до 5+10 м/с в «20 - 50 мин от начала фрагмента.

0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 Л-** Г

0 10 20 30 40 50 60 70 Ъ, мин Рис. 4. Измерение концентрации пыли в помещении. Фрагмент: 4.10.1999 г., 13.44-15.00.

скорости потери влаги, когда для взвешивания даже электронные микровесы становятся непригодными.

Измерение концентрации пыли в атмосфере

Анализ серии измерений концентрации пыли в городском воздухе показывает, что на продолжительных интервалах времени (несколько часов) концентрация пыли мало изменяется и может оставаться практически постоянной (изменчивость концентрации находилась в пределах максимально допустимых погрешностей). Однако, следует иметь в виду то, что измерения проводились в удалении от промышленных предприятий и транспортных трасс с интенсивным движением. Кроме того измерения проводились на территории, обрамленной со всех сторон постройками — во дворе ИПКОН и вблизи здания (непосред-ственно за окном). Все это может являться факторами

стабилизации запыленности воздуха.

Практически во всех измерениях отмечено превышение ПДК (0,15 мг/м3). Выявлено также существенное влияние на запыленность усиление ветра, например, до 5+10 м/с (рис. 3).

Обнаружен неожиданный факт: во время долговременного выпадения осадков (мелкий моросящий дождь в течение нескольких суток) средняя концентрация пыли оказалась несколько выше (1.5+2 раза), чем в предыдущий период. При этом проявлялся суточный ход запыленности, главная особенность которого в плавном уменьшении концентрации пыли (в 1.5+2 раза) в вечернее время суток (начиная с «16 часов). Это явление наблюдалось в течение нескольких суток, пока продолжался дождь. Отсутствие влияния влаги, осаждающейся на фильтре в процессе пробоотбора, было установлено экспериментально.

Однако приведенные наблюдения не могут быть в полной мере обобще-

1,5

0,5

п, мг/м3

ны ввиду малости выборки данных и без сопоставления с многими факторами (метеорологическими, географическими, техногенными и т.д.), способными повлиять на запыленность воздуха.

Измерение концентрации пыли в помещении

В качестве тестовых задач также было проведено несколько серий непрерывного измерения концентрации пыли в лаборатории с помощью макета АСПК. Измерения показывают, что в течение нескольких часов концентрация пыли мало изменялась и удерживалась вблизи 0.2 мг/м3 (рис.

4). Постоянство концентрации может быть объяснено тем, что во время проведения измерений никаких других работ не проводилось. Кроме того регулярное проветривание помещения может объяснить то, что концентрация в помещении находится на том же уровне, что и за окном помещения (см. предыдущий пункт).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кудряшов В.В., Палкин А.Б. Разработка автоматической станции пылевого контроля, III Всемирный конгресс по экологии в горном деле 7-11 сент., 1999 г. Труды конгресса т. I, -с. 240-247.

2. Кудряшов В.В., Палкин А.Б. Основы непрерывного измерения концентрации пылевого аэрозоля радиоизотопным методом. Международная конференция “Физика атмосферного аэрозоля (к 85-летию со дня рождения Г.В. Розенберга). Труды конф., Россия, М., 1999, -с. 315-319.

3. КудряшовВ.В., ВоронинаЮ.В.. Направления в разработке приборов пылевого контроля. В сб. Проблемы рудничной аэрологии. М.: Наука, 1974, с. 209-214.

4. Кудряшов В.В., Воронина Л.Д., Шуринова М.К. и др. Смачивание пыли и контроль запыленности воздуха в шахтах. М., Наука, 1979, 196 с.

5. БольшаковВ.А., КудряшовВ.В., ВоронинаЮ.В. и др. “Ра-диоизотопный измеритель концентрации пыли”, А/с СССР № 1480555 кл. G 01 N 23/02, 1988.

6. ГОСТ 17.2.4.02-81. Охрана природы. Атмосфера. Общие требования к методам определения загрязняющих веществ.

7. ГОСТ 12.1.005-88. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.

Палкин Андреи Борисович научный соїрудник Инсіиіуіа проблем комплексною освоения недр Российской академии наук (И1ІКОІІ РАН). Кудряшов, Валерии Викторович ведущий научный сотрудник, докчор технических наук профессор И1КОН РАН