Автоматични системи за мониторинг на въздуха Нарастващата през последните години чувствителност на общественото мнение към замърсяването на въздуха и климатичните промени наложи повечето страни в света, в това число и България, да предприемат мерки за по-ефективно управление на качеството на атмосферния въздух. То е свързано преди всичко със събиране на информация, която служи за анализ на настоящото състоянието, моделиране в бъдещето и ефективно стратегическо планиране. Ангажиментите на държавата и на промишления сектор в това отношение са законово регламентирани. А най-модерният начин за получаване на такава информация са автоматичните системи за непрекъснат мониторинг.
текст Вела Динкова
Съвременен инструмент в политиката, бизнеса и здравеопазването
Качеството на атмосферния въздух е от съществено значение за здравето на хората. Освен това през последните 20 години се наблюдава тенденция на нарастване на интереса към проблемите, свързани с атмосферните замърсители, заради пряката им връзка с климатичните промени. Всеки знае, че замърсителите във въздуха над определени концентрации могат да доведат до заболявания у хората, да нарушат устойчивото състояние на екосистемите и да допринесат за глобалното затопляне (парниковите газове). С други думи те са основен показател за качеството на живот на съвременния човек. В тази връзка политиката на Европейския Съюз, включително и на България, претърпя голямо развитие в посока на по-ефективно управление на качеството на атмосферния въздух. В основата на тази политика са Рамковата конвенция на ООН за изменението на климата и Протокола от Киото, с които държавите се ангажират да намалят емисиите на парникови газове до ниво, което няма да доведе до опасно изменение в климата. За да се постигне това, България и всички страни от ЕС са договорили в периода от 2008г до 2012г да намалят емисиите си на парникови газове с 8% спрямо 1988г.
Контролът върху тази политика е възможен единствено със системите за мониторинг. Те служат за получаване на своевременна, представителна, достоверна и точна информация за текущото състояние, тенденциите и прогнозите за качеството на атмосферния въздух. Наблюдението и събирането на информация в системите за мониторинг става в две направления. Първото следи за спазване на норми за пределно допустимите концентрации на вредни вещества - ПДК в атмосферния въздух на населените места (фоновото замърсяване, известно още като имисии на вредни вещества) и е ангажимент на държавата. Второто наблюдава емисиите на вредни вещества, изпускани в атмосферата от обекти и дейности с неподвижни източници на емисии. Те се сравняват със законово установени норми за допустими емисии (НДЕ), които производствата трябва да спазват. Емисионният мониторинг е задължение на промишления сектор. Така че, както държавата, така и производствата са длъжни да използват системите за мониторинг, с оглед предотвратяване или ограничаване на възможните въздействия на атмосферните замърсители върху околната среда, както и на свързаните с тях потенциални рискове за човешкото здраве. Системите за мониторинг на качеството на атмосферния въздух са и единствения начин да се установи контрол над глобалното затопляне. Напоследък както на държавно, така и на промишлено ниво най-модерният и ефективен метод за осъществяване на мониторинг на въздуха е този с използване на автоматични системи за мониторинг. С тях се получава достоверна, представителна и пълна информация в реално време за източниците на замърсяване, вида и количеството на основните атмосферни замърсители, състоянието на въздуха и динамиката му. Автоматичните системи за мониторинг на емисии стават особено актуални след като България влезе в Европейската схема за търговия с квоти на емисии от парникови газове.
Какво ни дават мониторинговите системи?
Мониторинговите системи за въздуха всъщност представляват автоматизирани системи за наблюдение, оценка, анализ и управление на качеството на атмосферния въздух. С тях се изготвя и поддържа база от данни за източниците на замърсяване, пречиствателните съоръжения и тяхната ефективност. Осигурява се достоверна информация за количеството на емитираните вещества. Така може да се прецени, дали предприетите мерки за намаляване мащабите на замърсяване са ефективни. Регистрира се текущото състояние в реално време и във всеки един момент може да се установи дали има превишаване на нормите. Ако такова има, това е основание за налагане на санкции, тъй като основен принцип в управлението на въздуха е, че разходите се поемат от източника на замърсяване. Получената от мониторинговите системи информация служи не само за налагане на санкции и търговия с квоти на емисии от парникови газове, а е и основа за прогнозиране на качеството на въздуха в бъдеще. С други думи те осигуряват основанията за вземане на решения във връзка с дейностите по управление и опазване качеството на въздуха. Както виждате задачите на такава система са много и са с голямо значение за опазване здравето на хората, определяне на държавна политика и адекватно развитие на промишлеността. Именно затова задълженията на държавата и на промишлените източници на емисии са строго регламентирани.
Основни изисквания
В най-много пунктове за контрол на качеството на атмосферния въздух се контролират концентрациите на основните показатели, характеризиращи качеството на атмосферния въздух в приземния слой – общ прах, серен диоксид, азотен диоксид, сероводород, оловни аерозоли, амоняк, фенол, NO, CO. В цялата система за мониторинг на качеството на атмосферния въздух се работи по единни, унифицирани методи.
Експлоатацията и поддържането в техническа изправност на точките за пробовземане и автоматичните средства за измерване, използвани при провеждане на контролни и собствени измервания, е отговорност и задължение на собственика или ползвателя на обекта с неподвижни източници на емисии. Измерванията на емисиите на вредни вещества в производствени и вентилационни газове се извършват след последния технологичен агрегат или пречиствателно съоръжение преди изпускащото устройство. Автоматичните средства за измерване трябва непрекъснато правилно да регистрират емисиите на съответните нормирани вредни вещества от целия обект, както и да гарантират достоверността и съпоставимостта на получените резултати. Устройствата трябва да осигурят независимостта на получените резултати и данни от външни фактори, като високи температури и влажност, вибрации и удари, силни електрически и магнитни полета, агресивни газове и течности, и други природни и технологични фактори. Автоматичните средства за измерване, включително съответните сонди (осезатели), се инсталират и оборудват в съответствие с изискванията, установени с действащите стандартизационни документи и тези на производителя.
Според Наредба за реда и начина за измерване на емисиите на вредни вещества, изпускани в атмосферния въздух от обекти с неподвижни източници, на собствени непрекъснати измервания подлежат следните вредни вещества в случаите, когато масовите потоци превишават съответните стойности: серен диоксид – за над 50 кг/ч., азотни окиси - 30 кг/ч., въглероден окис – 100кг/ч., флуор и флуороводород – 0,5кг/ч., хлороводород – 3кг/ч., сероводород – 1кг/ч., прах и сажди – 10кг/ч. Това означава, че източниците с масови потоци над посочените, са задължени от закона да извършват постоянен собствен мониторинг на съответните замърсители, изпускани с отработените газове. По аналогичен начин е регламентиран и задължителния постоянен мониторинг за органични вещества.
Най-ефективното решение
За оценка на емисиите се използват различни методи, които се отличават един от друг по сложност, точност и цена. Сред тях са непрекъснат мониторинг на емисиите, проверка на източника, материален баланс, емисионни фактори, емисионни модели и инженерна преценка. Най-точна количествена оценка може да се получи на база на системи за непрекъснат автоматизиран мониторинг. Те измерват непрекъснато в реално време параметрите на изпускания в атмосферата поток – дебит, температура, налягане, съдържание на вредни вещества. Често към тях се монтира и „метеорологична клетка”, която непрекъснато анализира и записва данни за състоянието на атмосферата – температура, направление и сила на вятъра, налягане, влажност, слънчево греене и други, тъй като те са от съществено значение за преобразуването и разпространението на замърсителите, и така служат за информация в екологичното моделиране и планиране. Когато тези измервания се осъществят за достатъчно дълъг период (за една или повече години), получените данни позволяват да се определят с голяма точност както минималните и максимални нива на емисиите за този период, така и средните нива при нормална експлоатация на източника. Най-общо предимствата на метода с автоматичните системи за постоянен мониторинг се състоят в измерване на концентрациите на замърсяващи вещества при различни условия на работа на инсталациите в постоянен режим, което го прави най-представителен.
Практики от страната ни
В България се използват следните методи за емисионен и имисионен контрол на въздуха в автоматичните системи за мониторинг: за серен диоксид и сероводород – ултравиолетова флуоресценция, за азотни окиси и амоняк– хемилуминисценция, за озон – ултравиолетова абсорбция, за общ суспендиран прах – абсорбция на β-лъчи, за въглероден окис – инфрачервена спектроскопия, за общи въглеводороди – пламъчно-йонно определяне. Те са съобразени с действащите европейски стандарти в тази област.
Принципът на отчитане на серен диоксид и сероводород при ултравиолетовата флуоресценция се основава на измерване на излъчваната флуоресценция на SO2, произведена след усвояване на ултравиолетова светлина. Пулсиращата ултравиолетова светлина се фокусира през тясна филтрираща лента с огледало, която пропуска във флуоресцентната камера само светлина с дължина на вълната в диапазона от 190 до 230nm. Серният диоксид абсорбира светлината в тази област, след което молекулите му излъчват характерна радиация – флуоресцират. С пулсирането се увеличава оптичния интензитет, което позволява засичане на малки концентрации SO2. Системите на този принцип имат втори филтър, който пропуска само излъчваната флуоресценция до фотоелектронен умножител (photomultiplier tube, PMT). Електронната обработка на сигнала преобразува светлинната енергия, навлизаща в PMT в напрежение, което се отчита. Подобни газ-анализатори са предназначени за непрекъснато наблюдение и контрол на емисиите SO2. Всички операции в системата се извършват напълно автоматично, включително и калибрирането. Това я прави една „интелигентна” самостоятелна единица за автоматична диагностика на състоянието на въздуха.
Автоматичните газ-анализатори за отчитане на азотни окиси (NOx) работят на принципа на хемилуминисценция. Молекулите на азотния окис (NO) са относително нестабилни и се окисляват до азотен диоксид (NO2), особено в присъствието на озон (O3). В тази реакция за всяка преобразувана молекула се произвежда определено количество светлина и топлина. Светлината може да се измери с фотоелектронен умножител. Ако количеството озон е достатъчно, за да реагира всичкия азотен оксид, то количеството светлина, произведено от реакцията ще бъде пропорционално на концентрацията на азотен оксид в газовата проба. Преди реакционната камера става автоматично включване на катализатор в газовата проба, с което се подпомага реакцията на преобразуване. Такава хемилуминисцентна техника се използва за измерване на NOx. Отделни вариации на подобна апаратура могат да се използват за отчитане на прекурсори на амоняк NH3.
Автоматичните апаратури за мониторинг на общ суспендиран прах работят с отчитане на сигнал, който се получава след абсорбция на β-лъчи. При тях има постоянен източник на електрони във високо енергийно състояние, известни като β-частици. Когато през филтъра, събрал праха от газовата проба, преминат β-лъчите, те се сблъскват с частиците на праха и отслабват. Отчита се намаляването на сигнала от излъчвателя и чрез него – масата на праха. При мониторинг на въглеродни окиси се отчита абсорбция в инфрачевената част от спектъра, а за общи въглеводороди се използват и газ-хроматографи с пламъчно-йонно определяне.
Най-добрите примери за продукти в тази сфера включват функции като автоматичен собствен мониторинг, програмируеми практики за калибриране, независимо конфигуриране на нива за аларма, дистанционно управление и съхраняване на данните.05/04/2010 |
