Автоматизация экологического мониторинга атмосферного воздуха с помощью решений ЗАО «Радиан»

Сеть автоматических станций контроля загрязнения атмосферы – система, позволяющая в непрерывном режиме производить замеры содержания в воздухе загрязняющих веществ, вести наблюдение за уровнем радиационного фона, а также измерять ряд метеорологических параметров. В статье представлена система мониторинга атмосферного воздуха «АЛМАЗ-М», рассказано о ее компонентах: измерительном оборудовании и программном обеспечении, стационарных постах и передвижных лабораториях.

ЗАО «Радиан» с 2000 года осуществляет изготовление, монтаж и ввод в эксплуатацию автоматизированных передвижных и стационарных станций контроля атмосферного воздуха «Лаборатория аналитическая экологического контроля модели «­АЛМАЗ‑01», а также их модификации – стационарного поста модели «­АЛМАЗ‑01М», которые могут быть объединены с помощью программного обеспечения в систему мониторинга атмосферного воздуха.

Автоматические стационарные и передвижные экологические посты и лаборатории для контроля загрязнений атмосферного воздуха (ПЭП, СПЭК, ПКЗ, ПЭЛ) производят непрерывные круглосуточные измерения метеопараметров, загрязнений атмосферного воздуха (воздуха жилой зо­ны) с точностью 0,01…0,0001 мг/м3. Точность контроля обеспечивается непрерывной газовой хроматографией, автоматическими газоанализаторами, использующими такие методы измерения, как хемилюминесценция, импульсная флуоресценция и абсорбционная спектроскопия.

Система мониторинга работает с помощью программного решения, позволяющего собирать и обрабатывать данные от передвижных лабораторий и стационарных станций автоматического мониторинга атмосферного воздуха. Данные постов и «передвижек» передаются в ви­де цифровых отчетов и графиков в центр мониторинга, где формируется отчетность для единой системы «Экологического мониторинга» города, республики, края, области, организаций ГО и ЧС и т. д.

Стационарные посты

Стационарный пост экологического контроля и передвижная лаборатория марки «АЛМАЗ» (данное название представляет собой аббревиатуру, которая расшифровывается как «автоматическая лаборатория мониторинга атмосферных загрязнений») является средством измерений и имеет свидетельство об утверждении ти­па СИ RU. C.31.004.A № 68107. Программное обеспечение внесено в реестр российских программ для ЭВМ и баз данных согласно Приказу Минкомсвязи России от 30.11.2020 № 634, регистрационный номер 178416. Продукция под маркой «­АЛМАЗ» выпускается с 2000 го­да. Модификация «­АЛМАЗ‑01М» с модернизированным программным обеспечением – с 2012 го­да. Это несерийная продукция, которая производится по индивидуальным, утвержденным заказчиком техническим заданиям (рис. 1).

Рис. 1. Стационарный автоматический экологический пост «АЛМАЗ-01М»

Как уже отмечалось, автоматические станции (стационарные посты) «­АЛМАЗ‑01М» могут работать в составе автоматизированной системы мониторинга атмосферного воздуха. Данные измерений стационарных постов поступают на сервер и анализируются в едином информационно-аналитическом центре, функции которого выполняет государственное природоохранное или иное учреждение.

При этом автоматическая станция контроля загрязнения атмосферы может работать и автономно. Это автоматизированная система, позволяющая в непрерывном режиме, с заданным интервалом и автоматическим усреднением проводить следующие измерения:
- непрерывный автоматический мониторинг газообразных неорганических загрязнителей атмосферного воздуха (SO2, NO, NO2, CO, NH3, H2S и О3). Такой перечень компонентов обусловлен их существенным негативным влиянием на экосистему и человеческий организм;
- автоматические измерения метеорологических параметров атмосферного воздуха: температуры, абсолютного значения атмосферного давления, относительной влажности, скорости и направления ветра;
- автоматические непрерывные хроматографические измерения бензола, толуола, хлороформа, этилбензола, метанола, фенола, альфа-метилстирола, о‑, м‑, п‑ксилолов, 1‑ и 2‑ди­хлор­эта­на, этилена, изопентана, пропилена, винилхлорида, пентана, ацетона, стирола, фенола, формальдегида, этил‑, метилмеркаптанов, сероуглерода и др. В ря­де городов большой вклад в загрязнение атмосферного воздуха вносят органические соединения, образующиеся в основном в результате выбросов предприятий нефтехимической, газовой и целлюлозно-бумажной промышленности. Органические загрязняющие вещества являются наиболее канцерогенными и токсичными компонентами, наносящими значительный вред здоровью;
- автоматические измерения пы­ли и аэрозолей, контроль пыли фракций PM10 и PM2.5, РМ проводится методом измерения интенсивности поглощения β-излучения или оптическим методом;
- ведение мониторинга гамма-фона, радиационная и химическая разведка местности.

Станции обеспечивают дополнительный отбор проб воздуха на фильтры, сорбционные трубки и поглотительные приборы с помощью пробоотборных устройств для последующих лабораторных измерений или для обеспечения внутрилабораторного контроля. Пробоотбор позволяет определять массовую концентрацию загрязняющих веществ, таких как взвешенные частицы, диоксид се­ры, оксид углерода, диоксид азота, оксид азота, сероводород, фенол, формальдегид, хром (IV), аммиак, хлор, тяжелые металлы (железо, кадмий, кобальт, марганец, медь, никель, свинец, хром, цинк), бенз[а]-пирен1 и др.

Аналитическое оборудование, входящее в комплект лаборатории, имеет нижний предел обнаружения загрязняющих веществ в диапазоне 0,1…0,5 ПДК; верхний предел – от 10 до 100 ПДК.

Интегрированная система мониторинга атмосферы включает один или несколько стационарных постов, передвижных лабораторий, объединенных в автоматическую систему синхронного сбора и обработки данных. Вся информация, собранная размещенным в этих стационарных постах и передвижных лабораториях измерительным оборудованием, передается в систему.

Изготовление постов включает: разработку проектной документации; изготовление павильона в антивандальном исполнении для обеспечения работы оборудования и персонала в диапазоне внешних температур от –45 до +60 °C; изготовление бетонного основания; внедрение систем электроснабжения, телеметрии, отопления, освещения, вентиляции; установку метеорологической мачты с грозозащитой.

Программное обеспечение постов обеспечивает сбор информации от измерительного, пожароохранного оборудования, систем жизнеобеспечения и передачу данных о работоспособности всех систем станций контроля в центр мониторинга.

Передвижные аналитические лаборатории непрерывного экологического контроля

Основные задачи и функции передвижных лабораторий контроля загрязнений атмосферного воздуха (рис. 2) те же, что и у стационарных автоматических экологических постов. При этом в отличие от стационарных постов для корректной работы оборудования передвижных лабораторий должны быть решены следующие инженерные задачи:
- обеспечение работоспособности точных измерительных приборов и хроматографов в режиме высоких вибраций, перепадов температур;
- обеспечение точного оборудования электроэнергией с «чистой синусоидой», мощностью потребления до 8 кВт, хорошей вентиляцией, кондиционированием; правильная развесовка оборудования в соответствии с требованиями технического регламента о безопасности машин и оборудования (ТР ТС 010/2011).

Рис. 2. Передвижная лаборатория экологического контроля и бортовое оборудование

Эти задачи решаются путем расчетов и разработки конструкторской документации отдельно для каждого изделия. Кроме то­го, для каждого изделия изготавливаются собственные системы виброгашения, теплоснабжения, вентиляции, водоснабжения, устанавливаются стандартные или инновационные литий-ионные комплекты батарей, которые в эксплуатации требуют другого подхода к пожарной безопасности передвижного экологического комплекса.

Программное обеспечение

Аппаратно-программный комплекс передвижных и стационарных станций контроля атмосферного воздуха марки «Лаборатория аналитическая экологического контроля «­АЛМАЗ» включает:
- промышленный компьютер стационарного поста (передвижной лаборатории);
- 4G-роутер или модем;
- программное обеспечение экологического поста (передвижной лаборатории) «Система сбора и публикации данных (ESS)» версий «пост» или «мобильная лаборатория»;
- программное обеспечение сервера «Система сбора и публикации данных (ESS)» версии «сервер»;
- рабочее место оператора.

Программное обеспечение экологического поста (передвижной лаборатории) «Система сбора и публикации данных» обеспечивает:
- сбор информации от всех приборов передвижных экологических лабораторий системы контроля загазованности атмосферы путем циклического опроса газоанализаторов и датчиков температуры воздуха в газовых магистралях, метеокомплексах и обработку полученной информации;
- ведение баз данных и протоколов работы передвижных экологических лабораторий (сохранение исходной информации от приборов);
- отображение информации от приборов в реальном времени: создание месячных и суточных стандартизованных отчетов; просмотр результатов сбора данных в ви­де таблиц, графиков, формируемых в соответствии с параметрами, введенными пользователем (интервал времени, период усреднения, каналы измерения);
- экспорт отчетов за месяц, сутки и таблицы архивных данных в формате MS Excel или эквивалентном;
- отображение значений, превышающих предельно допустимые концентрации (ПДК) контролируемых загрязняющих веществ и метеорологических величин, с применением цветовой индикации;
- накопление, хранение данных и обеспечение доступа к базе данных измерений с возможностью выполнения поисковых запросов по диапазону времени и точкам загрязнения;
- передачу данных измерений на пункт сбора и обработки информации через интернет;
- привязку результатов измерений к географическим координатам, наличие загруженной карты местности для ориентирования на местах отбора;
- формирование и печать протоколов отбора проб и других отчетных документов.

Рис. 3. Моделирование экологической обстановки: прогнозирование масштабов заражения при авариях (РД 52.04.253-90); расчет полей рассеивания приземных концентраций (приказ Минприроды № 273)

Серверный модуль программного обеспечения «Система сбора и публикации данных» устанавливается на предприятии заказчика. Назначение этого программного модуля – сбор и хранение данных со всех стационарных и передвижных экологических постов, формирование общей ба­зы данных, а также поддержка удаленного администрирования и контроля. Функциональность серверного программного модуля:
- отображение результатов анализа (показателей качества) с использованием графического представления (гистограммы, тренды, графики);
- возможность сбора, обработки, накопления, систематизации, хранения и отображения результатов измерений загрязняющих веществ в воздухе, полученных от различных автоматических систем контроля атмосферного воздуха;
- возможность формирования на экологическом сервере единой ба­зы данных результатов измерений за счет обмена данными с сетью стационарных и передвижных экологических постов;
- возможность оперативного мониторинга текущих результатов измерений, технического состояния всех средств измерений в едином интерфейсе пользователя;
- построение таблиц и графиков зависимостей результатов измерений от времени, точек отбора и других параметров;
- построение отчетов, соответствующих требованиям РД 52.04.667-2005 «Руководящий документ. Документы о состоянии загрязнения атмосферы в городах для информирования государственных органов, общественности и населения. Общие требования к разработке, построению, изложению и содержанию», РД 52.04.186-89 «Руководящий документ. Руководство по контролю загрязнения атмосферы», РД 52.04.840-2015 «Руководящий документ. Применение результатов мониторинга качества атмосферного воздуха, полученных с помощью методов непрерывных измерений», с возможностью экспорта в необходимом формате;
- оповещение о важных событиях в системе (превышение предельно допустимой концентрации, нарушение температурного режима, неисправность оборудования и др.) с помощью цветовых сигналов на рабочем месте диспетчера.

Заключение

Профессиональный опыт и собственные разработки позволяют специалистам ЗАО «Радиан» создавать мобильные и стационарные комплексы, отвечающие всем современным требованиям, обеспечивающие точность измерений, своевременное получение данных, удобную отчетность, прозрачность мониторинга.

Система автоматизированного стационарного и передвижного мониторинга атмосферного воздуха с программным обеспечением эффективно работает с 2012 го­да в Республике Башкортостан (Управление Государственного аналитического контроля РБ), в центрах по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды филиалов ФГБУ Ульяновской, Самарской областей, на предприятиях ПАО «Газпром» Краснодарского края, алюминиевых комбинатах, ЦЛАТИ Красноярского края, Кемеровской области, Пермского края, Магадана, на предприятиях нефтехимии АО «­ПОЛИЭФ», на Саратовском и Хабаровском НПЗ; на Службе обеспечения мероприятий гражданской защиты Республики Башкортостан и т. д.

В рамках реализации проектов сертифицированные специалисты инженерно-технической и сервисной служб компании «Радиан» осуществляют шеф-монтаж и монтаж средств измерений, а также сопровождение и послегарантийное обслуживание своих постов мониторинга.
_____________________________________
1Пробоотбор для тяжелых металлов и бенз[а]пирена осуществляется на фильтры.

Статья опубликована в журнале «ИСУП»

статья на сайте журнала >>