Засоби метрології в екологічній стандартизації

З екологічної стандартизації і сертифікації

 

Виконала: студ. гр. ДЕ-62 (з/в) Дурасова Н.С

Перевірила: ст.. викладач. Ричак Н.Л.

 

Харків - 2012

РЕФЕРАТ

 

Курсова робота «Засоби метрології в екологічній стандартизації» містить 31 сторінку,32 розділи, 9 підрозділів, 23 використаних джерела

 

Метою курсової роботи є дослідження метрологічного забезпечення для контролю якості елементів навколишнього природного середовища.

Для досягнення зазначеної мети необхідно було вирішити наступні завдання:

- Визначити поняття «стандартизація» і «метрологія»;

- Дати короткий перелік і характеристику приладів, що використовуються для контролю забруднення НПС по кожному з елементів НПС (атмосферне середовище, водне середовище, ґрунтове середовище);

- Розглянути метрологічні засоби вимірювальної техніки, призначені для вимірювання вмісту важких металів і радіонуклідів

- Зробити висновок, для якого з елементів навколишнього природного середовища є найбільш розвинутим метрологічне забезпечення та забезпечення приладами.

Об'єкт дослідження: засоби метрології в екологічній стандартизації

Предмет дослідження: аналітичні прилади, що використовують для контролю забруднення елементів НПС

Актуальність теми полягає у тому, що на сучасному етапі дуже гостро повстало питання забруднення навколишнього природного середовища. Контролювання забруднення потребує забезпеченості приладами, а прилади, в свою чергу, потребуюсь метрологічної забезеченності.

 

МЕТРОЛОГІЯ, СЕРТИФІКАЦІЯ, СІ, ЕТАЛОН, ДЕРЖСТАНДАРТ, ГАЗОАНАЛІЗАТОР, ІНДИКАЦІЯ, НПС.

 

ЗМІСТ

ВСТУП…………………………………………………….……………….......
РОЗДІЛ 1 СТАНДАРТИЗАЦІЯ……………………………………………....
РОЗДІЛ 2 МЕТРОЛОГІЯ………………………………………………….….
РОЗДІЛ 3 МЕТРОЛОГІЧНЕ ЗАБЕСПЕЧЕННЯ У КОНТРОЛЮВАННІ ЗАБРУДНЕННЯ ЕЛЕМЕНТІВ НАВКОЛИШНЬОГО ПРИРОДНОГО СЕРЕДОВИЩА……………………...……………………………………….....
3.1 Метрологічне забезпечення контролювання забруднення атмосфери………………………………………………………………….
3.2 Метрологічне забезпечення контролювання забруднення водного середовища…………………………………………………...
3.3 Метрологічне забезпечення контролювання забруднення ґрунтового середовища……………………………………………………
3.4 Засоби вимірювальної техніки, призначені для вимірювання вмісту важких металів і радіонуклідів…………………………….
ВИСНОВКИ…………………………………………………………………...
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ……………………………………..

 

 

 

ВСТУП

 

Екологія як комплексна наука оперує інформацією, яку можна одержати тільки шляхом вимірювань. Вони дають змогу отримати різноманітні кількісні та якісні дані, необхідні для загальної характеристики об'єктів, явищ, процесів навколишнього середовища, порівняння їх параметрів, сприяють у виборі правильних рішень. Особливо актуалізується значення точних і всебічних вимірювань із розвитком науково-технічного прогресу, оскільки антропогенна дія на навколишнє середовище є глобальною, різнобічною і необхідно оперувати достовірною інформацією про їі наслідки.

Саме метрологія, стандартизація покликані комплексно забезпечувати інформацією про якісні і кількісні характеристики довкілля.

Якість сучасного природного середовища є одним із основних параметрів, які визначають якість життя людей в різних країнах, природно-кліматичних умовах тощо. Поняття «якість» охоплює систему показників, які характеризують довкілля, економіку та соціальну сферу суспільства (країни). Ці блоки показників поділяють на окремі складові.

Сучасні вимірювання, які є складовою різноманітних виробничих технологій, неможливі без стандартів, що забезпечують короткий узгоджений виклад інформації щодо сучасної технічної практики і слугують засобом передавання технологічної інформації, а також характеризують технологію чіткою, стислою мовою.

Комплекс метрологічного і нормативного забезпечення необхідний для нормальної діяльності кожної галузі виробництва, розвитку науки, управління країною загалом, окремими структурами і організаціями зокрема.

Необхідною складовою сфери управління виробництвом, контролювання показників якості всіх видів продукції є сертифікація, тобто перевірка їх на відповідність вимогам стандартів. Сертифікація супроводжує всі торгові, експортно-імпортні операції, їй підлягає будь-яка продукція.

Отже, метрологія, стандартизація тісно взаємопов'язані. Метрологія як наука забезпечує людство знаннями щодо проведення вимірювань найрізноманітніших параметрів (показників якості продуктів харчування, вмісту забруднюючих речовин у навколишньому природному середовищі тощо). Усі такі операції виконуються лише за стандартними методиками (процедурами).

Контролювання якості та забруднення навколишнього природного середовища наразі є одним із найважливіших елементів сучасної практичної екології, що потребує відповідного метрологічного забезпечення та забезпечненності приладами.

Контролювання вмісту важких металів і радіонуклідів у об'єктах довкілля необхідне при моніторингу атмосферного повітря, водних об'єктів, ґрунтів, продукції рослинництва та тваринництва, особливо з огляду на те, що з розвитком промисловості усі об'єкти екосистеми усе більше забруднюються. Важкі метали і радіонукліди є токсичними, включаються у трофічні ланцюги живлення, мають здатність до накопичення.

 

 

 

РОЗДІЛ 1

СТАНДАРТИЗАЦІЯ

 

Згідно Закону України «Про стандартизацію» від 17 травня 2001 року N 2408-III, стандартизація - діяльність, що полягає у встановленні положень для загального і багаторазового застосування щодо наявних чи можливих завдань з метою досягнення оптимального ступеня впорядкування у певній сфері, результатом якої є підвищення ступеня відповідності продукції, процесів та послуг їх функціональному призначенню, усуненню бар'єрів у торгівлі і сприянню науково-технічному співробітництву.

Об'єктами стандартизації є продукція, процеси та послуги (далі - продукція), зокрема матеріали, складники, обладнання, системи, їх сумісність, правила, процедури, функції, методи чи діяльність.

Метою стандартизації в Україні є забезпечення безпеки для життя та здоров'я людини, тварин, рослин, а також майна та охорони довкілля, створення умов для раціонального використання всіх видів національних ресурсів та відповідності об'єктів стандартизації своєму призначенню, сприяння усуненню технічних бар'єрів у торгівлі.

Державні стандарти України — ДСТУ. Система таких стандартів, у тому числі у сфері охорони довкілля, почала розвиватись в Україні з 1992 року.

Відповідно до Державного класифікатора України «Український класифікатор нормативних документів ДК 004-2003» [7], прийнятого наказом Держспоживстандарту України від 7 квітня 2003 р. № 53, встановлено трирівневу класифікацію ДСТУ: двозначний цифровий код класу стандартів, тризначний код групи і двозначний код підгрупи (кожен код відокремлюється крапкою). Відповідно до цієї класифікації охорони довкілля стосуються, зокрема, такі групи і підгрупи стандартів:

01.040.13 Довкілля. Захист довкілля та здоров'я людини. Безпека (Словники).

Клас 13 охоплює проблематику «Довкілля. Захист довкілля та здоров'я людини. Безпека», а саме:

13.020 Захист довкілля;

13.020.10 Керування довкіллям (охоплює також сертифікацію та аудит систем керування довкіллям (ЕМS);

13.020.20 Економіка довкілля;

13.020.30 Оцінювання впливу на довкілля (охоплює також керування довкіллям у разі ризику);

13.020.40 Забруднювання, боротьба з забруднюванням та консервування;

13.020.50 Екологічне маркування;

13.020.70 Проекти в сфері захисту довкілля;

13.020.99 Інші стандарти стосовно захисту довкілля;

13.030 Відходи;

13.040 Якість повітря;

13.060 Якість води;

13.080 Якість ґрунту;

13.140 Шум та його вплив на людину та інші.

За загальним правилом з набуттям чинності державного стандарту України (ДСТУ) міждержавний стандарт (ГОСТ), що регулював відповідні відносини у сфері охорони довкілля, втрачає чинність в Україні.

Крім Держстандартів, чинними в Україні є ГОСТи, міжнародні стандарти, в першу чергу стандарти міжнародної організації з питань стандартизації (ISO), галузеві стандарти/технічні умови та стандарти підприємств [4].

 

 

РОЗДІЛ 2

МЕТРОЛОГІЯ

 

Загальні поняття метрології

Метрологія - це наука про вимірювання, методи забезпечення їх єдності та способи досягнення необхідної точності. Основне її завдання - установлення одиниць вимірювань фізичних величин, відтворення їх з допомогою еталонів, а також розроблення методів передачі розмірів одиниць вимірювань від національних еталонів через робочі еталони до робочих засобів вимірювань.

Розрізняють теоретичну, прикладну (практичну) і загальну метрологію. Крім того, введення поняття «загальна» метрологія дало поштовх до появи ряду «галузевих» метрологій, наприклад, медичної, будівельної, спортивної, гравітаційно-релятивістської метрології тощо.

З метою впорядкування понятійної системи останнім часом пропонується відмовитися від вживання понять галузевих метрологій, залишивши тільки терміни метрологія законодавча, метрологія теоретична та метрологія практична. Завдання сучасної метрології: теорія вимірювань, побудова одиниць фізичних величин і систем одиниць; вивчення метрологічних характеристик, повірка і атестація засобів вимірювання; створення еталонів, методів і засобів вимірювання, зокрема в гірничій справі; обробка сукупностей вимірів, оцінка точності вимірювання тощо.

У більшості держав світу заходи щодо забезпечення єдності і необхідної точності вимірювань установлюються (закріплюються) законодавчо: шляхом ухвалення одиниць вимірювань, регулярних повірок технічних, зразкових та еталонних засобів, випробування нових засобів вимірювання, підготовки кадрів тощо.

Одним із розділів метрології є законодавча метрологія, яка вивчає комплекс взаємопов'язаних і взаємообумовлених загальних правил, вимог і норм експлуатації, повірку, обслуговування, виготовлення та зберігання засобів вимірювання, а також інші завдання, які контролюються і регламентуються державою з метою забезпечення єдності вимірювань і одноманітності засобів вимірювань.

Основні визначення і поняття у метрології закріплені законодавчою метрологією, що обумовлює єдиний підхід до визначення змісту основних наукових положень і визначень (ДСТУ 2681—94).

Метрологія послуговується як загальнонауковими, так і спеціальними методами пізнання, котрі об'єднані у методики метрології — сукупність фізичних і математичних методів, що використовують для отримання інформації за допомогою вимірювань із заданими точністю та достовір­ністю (методика вимірювальних перетворень, методика вимірювання та опрацювання результатів спостережень, планування вимірювального експерименту тощо).

Для забезпечення достатньої точності вимірювань використовують певні засоби метрології — сукупність засобів вимірювальної техніки і контролю, які використовуються для отримання інформації про різноманітні явища, об'єкти, процеси тощо. Однією із найсуттєвіших вимог до них є здатність забезпечити точність, розширення діапазонів вимірів для всіх величин [1, 5].

 

РОЗДІЛ 3

МЕТРОЛОГІЧНЕ ЗАБЕСПЕЧЕННЯ У КОНТРОЛЮВАННІ ЗАБРУДНЕННЯ ЕЛЕМЕНТІВ НАВКОЛИШНЬОГО ПРИРОДНОГО СЕРЕДОВИЩА.

3.1 Метрологічне забезпечення контролювання забруднення атмосфери

Метрологічне забезпечення контролювання забруднення атмосфери передбачає відбір проб, забезпечення атестованими методиками вимірювань, засобами вимірювальної техніки.

Для аналізу повітря використовують різні фізикохімічні методики: фотометрію, хроматографію, масспектрометрію, вольтамперометрію та ін. Найчастіше для аналізу повітря застосовують газову і рідинну хроматографію. Газова хроматографія є високочутливою, вибірковою та швидкою методикою аналізу повітря. Рідинну хроматографію використовують для кількісного та якісного аналізу поверхнево-активних речовин (ПАР), антиоксидантів, пестицидів, гербіцидів, лікарських препаратів, полімерів, амінокислот. Сучасні рідинні хроматографи укомплектовані високочутливими селективними детекторами з чутливістю від 10~⁷ до 10~¹⁰ г/мл (наприклад, хроматограф лабораторний рідинний серії «Цвет-300» (модель 304) призначений для аналізу органічних речовин, поглинаючих в ультрафіолетовій зоні спектра (250—400 нм)).

Іонна хроматографія діє на основі принципу елюентного іонообмінного розділення іонів.

Принцип масспектрометрії полягає в іонізації молекул органічних речовин під впливом різних факторів (хімічної іонізації, електронного удару та ін.) за збереження основної молекулярної структури. Утворені при розпаді збуджених молекулярних іонів частинки розділяються у масаналізаторі на пучки, які містять заряджені частинки певної маси і енергії та реєструються у вигляді відповідних масспектрів.

Вольтамперометрія полягає у використанні залежності сили струму від напруги при електролізі розчинів. Такий метод використовують для визначення речовин, які здатні до електрохімічного окислення або відновлення. На практиці використовують йономіри і мілівольтметри типу рН-262, рН-340, ЕН-122.

Визначення шкідливих речовин за допомогою індикаторних трубок. Визначення шкідливих речовин у повітрі із застосуванням індикаторних трубок основане на лінійно-колористичному принципі — залежності довжини забарвленого шару від концентрації речовини. Значення кон­центрації знаходять за шкалою на індикаторній трубці — герметичній скляній трубці, заповненій твердою речовиною, обробленою реагентом. Досліджуване повітря проходить через індикаторні трубки за допомогою сифонних або поршневих насосів.

Автоматичні засоби контролювання якісного і кількісного складу атмосфери. Газоаналізатори. Перспективним є розроблення і удосконалення автоматизованих вимірювальних комплексів, які об'єднують прилади різноманітного функціонального призначення та дають змогу регулярно вимірювати концентрації шкідливих речовин, забезпечувати збирання і оброблення необхідних експериментальних даних.

Автоматизовані системи спостереження і контролю атмосферного повітря АСКНС-АГ або АНКОС-АГ призначені для постійного контролювання змінних у часі та просторі характеристик забруднення і метеорологічних параметрів повітряного простору. Залежно від характеру і обсягу виконуваних робіт їх поділяють на такі типи:

1) промислові системи. Вони контролюють викиди промислових підприємств, ступінь забруднення промислових майданчиків і прилеглих до них територій. Ці системи оснащені датчиками для фіксування характерних інгредієнтів викидів підприємств, а також метеодатчиками, які розміщують з урахуванням шкідливості викидів, рози вітрів, особливостей розміщення житлових масивів;

2) міські системи. їх призначено для контролювання рівня забруднення повітря міста викидами підприємств, транспорту, для вимірювання метеопараметрів. За допомогою міських систем встановлюють ступінь забруднення територій з урахуванням сезону року і кліматичних факторів, прогнозують небезпечні ситуації. Міська система автоматичного спостереження і центр оброблення даних забезпечують систематичне вимірювання заданих параметрів, автоматичний збір інформації з автоматизованих станцій спостереження, оперативне оцінювання ситуації тощо. З цією метою створені комплексні лабораторії (типу ИАЗ-1), стаціонарні та пересувні лабораторії («Пост-І», «Атмосфера-П»), автоматизовані системи контролю забруднення атмосфери («Воздух-І») та ін.

Автоматизовані системи спостереження і контролю якості атмосферного повітря оснащені автоматичним системами відбору проб та приладами автоматичного визначення і вимірювання вмісту забруднюючих речовин (газоаналізаторами). Найчастіше використовують газоаналізатори різних типів для визначення діоксиду сірки, оксиду вуглецю, оксидів азоту, вуглеводнів і озону.

Натепер розроблена велика кількість модифікацій газоаналізаторів, призначених для виявлення вмісту і концентрацій різноманітних речовин.

За допомогою ртутного аналізатора РА-915 визначають вміст ртуті у атмосферному повітрі, природних і технічних газах, воді, ґрунті, руді і т. д. на рівні фонових значень (діапазон вимірювальних концентрацій становить 5н-2х10⁵ нг/м). Аналізатор газортутний екологічний 9ГРА-01 призначений для вимірювання вмісту ртуті у атмосферному і підґрунтовому повітрі при моніторингу забруднення навколишнього середовища, санітарному нагляді за виробничими і житловими приміщеннями, контролі технологічних процесів і т. д.

Портативні газоаналізатори testo 300M і testo 300XL виконують оперативні вимірювання: 0₂, С0₂, N0, СН₄, °С, тиску у промислових газах і викидах та у повітрі робочої зони.

За допомогою газоаналізатора MSI Compact контролюють вміст 0₂, CO, C0₂, NO, N0₂, NO_x, S0₂, тиск і швидкість виходу газів.

Газодозиметр Multiwarn II призначений для оператив­ного контролювання концентрації 0₂, CO, C0₂, H₂S, NO, S0₂, NH₃, HCN, Cl₂, СОС1₂ (фосген), РН₃ (фоефин), етилен-оксиду та інших речовин у промислових викидах, при технологічних процесах, на робочих місцях і за екологічного моніторингу. Прилад працює при температурі навколишнього середовища від —20 до 40°С (короткочасно до 55°С із збільшенням похибки вимірів) і відносній вологості від 10 до 95%.

Газоаналізатор «Грант» дає змогу контролювати вміст аміаку, хлору, фтористого і хлористого водню в атмосфері цехів промислових підприємств і в технологічних потоках газових викидів.

Оптико-акустичний газоаналізатор «Кедр» автоматично безперервно вимірює вміст ацетилену, метану, монооксиду і діоксиду вуглецю у технологічних газових сумішах, промислових викидах і вихлопних газах автомобільних двигунів.

Газоаналізатор «Клен-2» здатен безперервно контролювати концентрації окислів азоту у повітрі. Дія приладу основана на перетворенні інтенсивності люмінесцентного випромінювання, яке виникає при реакції NO з поступаючим 0₃.

Серія газоаналізаторів «Гамма-10», «Гамма-100», «Гамма-1000» призначена для вимірювання вмісту вуглеводнів у промислових викидах і у повітрі виробничих приміщень. Робота приладів ґрунтується на вогневій іонізації при спалюванні органічних речовин у вогні водню і збирання іонів, які утворились.

Сприяє дотриманню правил техніки безпеки сигналізатор витоку горючих газів і парів «Сигнал-02». Він дає змогу виявити метан, пропан-бутанові та інші газові і парові вуглеводні суміші з повітрям при визначенні місця їх витікання, тому ним оснащують персонал комунальних служб для роботи у підвальних приміщеннях, колекторах, де можуть накопичуватись горючі і шкідливі гази.

при спалюванні органічних речовин у вогні водню і збирання іонів, які утворились.

Сприяє дотриманню правил техніки безпеки сигналізатор витоку горючих газів і парів «Сигнал-02». Він дає змогу виявити метан, пропан-бутанові та інші газові і парові вуглеводні суміші з повітрям при визначенні місця їх витікання, тому ним оснащують персонал комунальних служб для роботи у підвальних приміщеннях, колекторах, де можуть накопичуватись горючі і шкідливі гази.

Автоматичний оптико-акустичний газоаналізатор ГМК-3 призначений для вимірювання у повітрі концентрації оксиду вуглецю. Принципом дії є поглинання випромінювання інфрачервоного діапазону хвиль з центром смуги поглинання 4,7 мкм приймачем — замкнутою камерою, заповненою сумішшю оксиду вуглецю з аргоном. При поглинанні випромінювання оксиду вуглецю у приймачі виникають пульсації температури і тиску, які сприймаються мікрофоном і перетворюються на електричні сигнали. Пульсації тиску виникають внаслідок модуляції випромінювання механічним обтюратором. Амплітуда коливань пропорційна вмісту оксиду вуглецю у газовій суміші, що аналізується.

Автоматичний хемілюмінесцентний газоаналізатор 645-ХЛ всіх модифікацій призначений для інструментального контро­лю оксиду азоту N0, діоксину азоту N0₂ і суми оксидів азоту N0_X. В основу методу покладена реакція озону з оксидом азоту, внаслідок якої утворюється діоксид азоту в збудженому стані: NO + O₃> N0₂* + 0₂.

Газоаналізатори 645-ХЛ можуть працювати у складі автоматичних станцій контролю забруднення атмосферного повітря, а також в автономному режимі в лабораторіях типу «ПОСТ» та інших лабораторних приміщеннях.

Автоматичний газоаналізатор 623-НН призначений для забезпечення інструментального контролювання суми вуглеводнів. Основою принципу дії газоаналізатора є полуменево-іонізаційний метод. Концентрація вуглецю у по­вітрі визначається за зміною струму полуменево-іонізаційного детектора (ПІД), який збільшується при введенні в полум'я водню органічних речовин. Високоатомний вимірювальний перетворювач перетворює струм іонізації у вихідну напругу.

Отже, використання автоматичних засобів контролювання якості атмосферного повітря, зокрема автоматичних газоаналізаторів, дає змогу оцінювати і прогнозувати стан приземного шару повітря.

Вимірювання концентрації пилу в атмосфері

Для вимірювання концентрацій пилу у повітрі викорис­товують спеціальні прилади — пилеміри (для вимірювання концентрації пилу в атмосферному повітрі та промислових приміщеннях і для вимірювання концентрації пилу у різноманітних газових викидах промислових підприємств). Пилеміри, які належать до першої групи, вимірюють зміни мікроконцентрації різноманітних домішок протягом певного часу і внаслідок впливу природних факторів. Друга група пиломірів призначена для вимірювання великих концентрацій з широким спектром частинок (0,05—100 мкм), при різній швидкості виходу (до 40 м/с) газоповітряної суміші та з різною температурою (до 1200°С).

У пиломірах використовують тільки фізичні методи вимірювання. Пиломіри першої групи повинні відповідати таким вимогам: безперервність вимірювань; автоматизація процесу вимірювань; похибка вимірів не повинна перевищувати ±10% від ГДК; реєстрація результатів вимірів; нечутливість до параметрів навколишнього середовища; простота конструкції і т. д. Пиломіри, призначені для контролювання промислових викидів, повинні відповідати додатковим вимогам: мала інерційність; лінійність градуйованої характеристики; можливість отримання середніх значень (наявність інтегруючого блоку); наявність попереджувальної сигналізації; пристосованість до певних умов; конструктивні характеристики і т. д.

Метрологічні характеристики пиломіра переважно визначаються характеристиками первинного вимірювального перетворювача. Різницею між дійсними і номінальними характеристиками перетворювача є похибка пиломіра, зумовлена властивостями пилу (основна похибка), впливом зовнішніх величин (додаткова похибка) та ін. Для градуювання пиломірів використовують «еталони» пилу. У якості «еталонів» використовують монодисперсні сферичні частинки (штучні, природні), наприклад пилок з розмірами частинок 12, 20, 50 і 90 мкм.

Періодичну повірку пиломірів проводять із використанням перевірочного блоку як стосовно окремих його частин, так і стосовно приладу загалом.

 

3.2 Метрологічне забезпечення контролювання забруднення водного середовища

 

Метрологічне забезпечення контролювання якості води передбачає вирішення таких завдань: визначення необхідного ступеня очистки стічних вод; прогнозування якості води на перспективу; забезпечення робіт необхідною вимірювальною, лабораторною, нормативною базою; встановлення у певному створі необхідного ступеня очистки та ін.

Моніторинг якості поверхневих вод передбачає організацію стаціонарної мережі пунктів спостережень за природним складом і забрудненням поверхневих вод та спеціалізованої мережі пунктів спостережень за забрудненими водними об'єктами. При цьому слід дотримуватися метрологічних вимог, які регламентують об'єм, місце відбору, консервацію, транспортування, зберігання проб, які, як правило, наводяться у стандартизованих методиках щодо кожного конкретного випадку, наприклад стандарти ISO: ISO 5667—4:1987; ISO 5667—5:1991; ISO 5667—6: 1990.