CC BY
3
УДК 614.71/72-07
Канд. биол. наук В. А. Попов, В. Б. Любецкий, Е. В. Леченникова
ОБ ИЗМЕРЕНИИ РАСХОДА ВОЗДУХА В ГИГИЕНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ
Институт общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, Москва
Точность химического анализа атмосферных загрязнений в значительной степени за« висит от правильности измерения расхода воздуха, проходящего через поглотительный прибор. Если принять, что в оптимальном случае суммарная погрешность аналитического метода может быть сведена к ± 10%, то погрешность на стадии измерения расхода воздуха должна быть в пределах ±3—5%. Более высокая точность измерения требуется при конструировании дозаторов, дающих возможность получать образцовые парогазовые смеси, т. е. смеси с известным и строго постоянным составом.
При создании дозаторов для получения образцовых смесей погрешность измерения расхода воздуха (или другого газа) целесообразно свести к ± 1—1,5%. В этом случае общая погрешность приготовления смеси при одно-, двухступенчатом разбавлении исходного компонента может составлять ±3—4%. Такие смеси позволяют аттестовывать аналитические методы,имеющие погрешность ± 10%. Обеспечение дву - и троекратной разницы между погрешностью поверяемого и образцового метода (прибора) является одним из требований метрологии (С. Ф. Маликов и Н. И. Тюрин, 1965).
Высокоточные измерения малых расходов газа представляют известную сложность. Особенность этих измерений в гигиенических исследованиях заключается в том, что рабочие условия отличаются от условий градуировки расходомеров вследствие колебания метеорологических факторов, особенно при подключении к ним поглотительных приборов, обладающих неодинаковым сопротивлением. Поэтому при выборе или конструировании расходомера необходимо выяснить возможность сохранения точности его показаний в, условиях меняющейся температуры и давления измеряемого газового потока.
Нами была проведена проверка метрологических характеристик применяемых прн анализе атмосферных загрязнений расходомеров— ротаметров с различной формой поплавка (конусообразной, цилиндрической, шарообразной), а также диафрагменного реометра с целью выяснения возможности их использования при оценке аналитических методов, т. е. конструировании дозаторов и систем для отбора проб образцовых смесей. В поверочной схеме в качестве образцового прибора использовали набор пенных расходомеров (Levy), имевших погрешность в среднем около ±1%. Принцип измерения расхода воздуха с помощью этого прибора заключается в определении времени, за которое мыльная пленка, делающая видимым движение воздуха, проходит строго калиброванный объем цилиндрической трубки. В отличие от газовых часов и счетчиков, требующих регулярной государственной поверки, пенный расходомер может быть легко изготовлен в любой стеклодувной мастерской и, однажды откалиброванный, не нуждается в дальнейшей поверке.
Погрешности 193 показаний, снятых на 39 ротаметрах, распределились следующим образом: 29% имели погрешность выше 30%, 18%— выше 45% и 5%— выше 60%. Основной причиной грубых систематических погрешностей, в большинстве случаев отрицательных, служит загрязнение поплавка и засорение кольцевого зазора при работе в условиях отсутствия осушки и очистки воздуха, подаваемого на ротаметр. Особенно опасны для расходомеров всех типов пары и аэрозоли, уносимые потоком воздуха из поглотительных растворов, подчас агрессивных — кислот, щелочей и пр.
Ввиду того, что показания расходомеров в принципе не могут не изменяться со временем, необходима их регулярная поверка с помощью газовых часов или, что более удобно, пенного расходомера. Подобная рекомендация содержится во Временных методических указаниях по определению содержания примесей в атмосфере (1971), действующих в системе Гидрометслужбы СССР, а также в руководстве для гигиенистов США 1.
При подключении к ротаметрам поглотительных приборов, обладающих сопротивлением, погрешность измерения расхода, как правило, еще более увеличивалась. Однако наблюдение за точностью показаний ротаметров в течение ряда дней позволило установить нецелесообразность приведения этих показаний к нормальным условиям, поскольку величины поправок перекрываются случайными колебаниями фактического расхода воздуха. Таким образом, установлено, что ротаметры в принципе не могут обеспечить высокой точности измерения расхода воздуха в условиях меняющейся температуры и давления потока. Случайные погрешности при этом для разных ротаметров составляют от ± 15 до 30%.
Систематические погрешности показаний 3 испытанных реометров-индикаторов типа Т-20-80 оказались сравнительно небольшими (до 20— 30%).
Дальнейшее изучение метрологических характеристик диафрагменного реометра подтвердило высокую воспроизводимость его показаний (с погрешностью ±0,27%) при небольших колебаниях атмосферных условий (/=± 1°, Р ± 17 мм рт. ст.). Однако при подключении к ним поглотительных приборов с пористой пластиной погрешность резко увеличивалась. Поправка на падение давления в воздушном потоке.не повышала точности показаний прибора.
1 Air sampling instruments for évaluation of atmospheric coutaminants. American Conférence of Govermental Industriel Hygienists, 1972, H-4.
Изучение воспроизводимости показаний реометра при температуре от 2 до 44° позволило установить нецелесообразность внесения поправок на температуру, так как погрешность в этом случае часто увеличивается. Таким образом, диафрагменный реометр в принципе не может обеспечить точности измерений расхода воздуха в гигиенических исследованиях с погрешностью ниже 15—20%.
Надежное измерение расхода газа возможно при помощи реометров с капиллярным сопротивлением. Градуировочный график капиллярного реометра показан на рисунке. Отрезок АВ является часто наблюдаемой зоной нестабильного режима, в которой не рекомендуется работать. Если градуировочный график теряет прямолинейность, это означает потерю ламинарного характера движения воздушного потока в капилляре. При турбулентном потоке, характерном для диафрагмы, снижается надежность поправок, вносимых на изменения температуры и давления потока, особенно если подключаются поглотительные приборы. В этом случае следует увеличить длину капилляра. Мы наблюдали сохранение ламинарности потока в капиллярных трубках при значениях числа Рейнольдса, во много раз превосходящих критическую величину 2300 (Я- Пинкава).
Нами нспытывались капиллярные реометры 2 типов — У-образный и реометр Покровского. Первый как несколько более точный целесообразно применять в схемах дозаторов паров и газов, второй вследствие его компактности — в схемах для отбора проб. Результаты показали, что градуировка реометров должна проводиться именно в том режиме, в котором они будут в дальнейшем использоваться — в режиме «нагнетания» или «аспирации». При испытании 6 реометров установлено, что средняя погрешность измерения расхода с их помощью составляет около ±2%. Более низкая погрешность (± 1,2%), подчас необходимая с целью создания образцовых парогазовых смесей, может быть обеспечена при градуировке реометра именно в той схеме (дозаторе), в которой он будет в дальнейшем использоваться. После градуировки установленного в реометре капилляра не следует его вынимать, проводя лишь регулярную поверку показаний реометра.
Величина расхода не зависит от того, каким концом присоединяется капилляр к реометру. Градуировочные характеристики одного и того же капилляра, снятые на реометрах одного и того же типа, оказались близкими (в пределах ±4%), тогда" как для реометров разного типа они существенно разнились (до 30%), что объясняется различием аэродинамических характеристик потоков в реометрах. В качестве сопротивлений в реометре Покровского наряду с капиллярами могут быть использованы медицинские иглы для подкожной инъекции. Каждая игла даже из одной и той же партии, как обнаружено, требует индивидуальной градуировки. .
Установлено, что высокая точность измерения расхода воздуха капиллярными реометрами сохраняется и при подключении к ним поглотительных приборов, обладающих сопротивлением. Для этого, однако, необходимо измерять с помощью дифференциального ртутного манометра возникающее падение давления в потоке воздуха и вносить поправку по формуле объединенного газового закона. При больших колебаниях температуры следует также вносить поправку на изменение вязкости воздуха— повышение температуры на 1° увеличивает вязкость воздуха на 0,25% и на столько же уменьшает расход (Я. Пинкава).
Точность измерения расхода при отборе проб воздуха зависит не только от характеристик самого расходомера, но и от приемов воздухоподготовки. Надежное измерение расхода возможно лишь в условиях очистки и осушки, а также строгой стабилизации воздушного потока, что иногда требует применения буферных емкостей.
Внутренний диаметр капилляра, способного обеспечить необходимый диапазон измерения расхода воздуха, может быть ориентировочно определен из уравнения:
0,0208-0 1 / <?\ ¿4 (1+0,98
где АР— перепад давления на капилляре, который целесообразно задать в диапазоне 100— 300 мм вод. ст.; ф— расход воздуха (в л/ч); (I— искомый внутренний диаметр капилляра (в мм)\ I—длина капилляра, которую удобно принять равной 50 мм. В случае использования У-образного реометра погрешность расчетов по уравнению составляет около ±5%, а реометра Покровского— больше.
Выводы
1. Показания расходомеров, применяемых для отбора проб атмосферного воздуха, могут страдать существенными погрешностями—систематическими и случайными, что делает необходимой регулярную поверку этих показаний.
2. Наибольшую точность в гигиенических исследованиях могут обеспечить расходомеры с капилляром в качестве дросселирующего устройства.
/00 200 300 400 &Р(6м/и Sod. cm)
Градуировочная кривая капилляра, имеющего область нестабильного режима (АВ).
ЛИТЕРАТУРА. Маликов С. Ф., Тюрин Н. И. Ведение в метрологию. М., 1965. — Пинкава Я. Лабораторная техника непрерывных химических процессов. М., 1961. — Покровский В. А. Заводск. лабор., 1948, т. 14, № 5, с. 633. — Levy A., J. sei. Instrum., 1964, v. 41, p. 449.
Поступила 29/V 1973 г.
УДК 628.33+ 628.35]:665.44
К. П. Ершова, Ю. И. Нефедов, Л. С. Канунникова, М. Г. Крылова
ИЗУЧЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ^ВОД ОТ 1БЕНЗ[А]ПИРЕНА
Институт общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, Станция аэрации, Москва
Данные литературы свидетельствуют о присутствии канцерогенного углеводорода — бенз(а)пирена (БП) — в городских сточных водах. В то же время вопрос о биологической очистке стоков от этого вещества изучен недостаточно. Наши исследования в этом направлении проводились на одной из станций аэрации.
Схема очистки на станции такова. Воды, поступающие на очистные сооружения, пройдя решетки и песколовки, отстаиваются в первичных отстойниках, затем поступают в аэро-
тенки. После очистки в аэротен-
Влияние времени аэрации на освобождение сточных вод от БП
Концентрация БП (в мкг/л)
в исходной через 2 ч через 4 ч через 6 ч
воде аэрации аэрации аэрации
0,0025 0,0010 0,0003 Нет
0,0027 0,0026 Нет Нет
0,0010 0,0007 0,0005 Нет
0,0068 0,0028 0,0010 Нет
0,0026 0,0020 0,0012 Нет
ках и 2-часового пребывания во вторичных отстойниках сточная жидкость сбрасывается в реку.
Исследованию на БП подвергались среднесуточные пробы, отобранные до очистки, после механической очистки (после первичных отстойников) и после полной биологической очистки (после аэротенков и вторичных отстойников).
Пробы сточной жидкости в объеме 1 л экстрагировались серным эфиром. Количественный анализ на БП проводился по квазилинейчатым спектрам замороженных растворов с использованием фотоэлектрической регистрации спектров.
После механической'очистки сточные воды освобождаются от БП в среднем на 40,5%. Эффективность полной очистки колеблется в пределах 77,5— 98,6%, составляя в среднем 91,2%. Иначе говоря, биологическая очистка в значительной степени освобождает сточные воды от БП.
Одновременно с очисткой сточных вод от БП изучалась эффективность их биологической очистки от эфирнорастворимых веществ, определение которых проводилось весовым способом.
Эффективность очистки сточныхтвод от нефтепродуктов колеблется от 62,9 до 88,4%. Корреляция данных о содержании в воде БП и эфирнорастворимых веществ наблюдалась не всегда, что можно объяснить непостоянным составом стоков, куда поступают продукты с различным содержанием БП. Тем не менее полученные сведения позволяют заключить, что чем эффективнее очистка сточных вод от эфирнорастворимых веществ, тем меньше и канцерогенных полициклических ароматических углеводородов будет поступать в водоем.
В связи с тем, что механизм влияния биологической очистки на инактивацию БП изучен мало, представляло интерес'в лабораторных опытах установить, как действует время аэрации на освобождение стоков от БП.
Соответствующие опыты проводились на базе лаборатории станции аэрации в манометрических приборах Снэдона и Харкнесса, модулирующих биологическую очистку сточных вод в аэротенках «идеального вытеснения» периодического действия. В колбы заливалось равное количество сточной жидкости, смешанной с активным илом. Первая колба служила контролем, время аэрации во второй колбе составляло 2 ч, в третьей — 4 ч и в четвертой — 6 ч. По окончании опыта активный ил отфильтровывался от сточной жидкости и после подсушивания подвергался экстракции бензолом; затем проводилось определение БП флуюоресцентно-спектральным методом. Освобожденная от ила сточная жидкость экстрагировалась серным эфиром. После выпаривания эфира остаток растворялся в н-октане и анализировался.на БП. Результаты опыта приведены в таблице.
Доза активного ила варьировала от 1,19 до 1,43 г/л.
