Лазерные системы контроля загрязнения атмосферы в районах размещения химически опасных объектов

Научно-технические разработки

Т.Г. Габричидзе к.т.н., В.А. Алексеев, В. В. Батырев, И.М. Янников

ЛАЗЕРНЫЕ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ В РАЙОНАХ РАЗМЕЩЕНИЯ ХИМИЧЕСКИ ОПАСНЫХ ОБЪЕКТОВ

Лидарные комтексы с системой лазерного зондирования атмосферы — универсальное средство исследования выбросов вредных химических веществ

Т. Г. Габричидзе

В настоящее время остро стоит проблема техногенного загрязнения окружающей среды и особенно атмосферного воздуха.

Созданная структура комплексной многоступенчатой системы экологического мониторинга (КМСЭМ) окружающей среды и прогнозирования на объекте уничтожения химического оружия (УХО) в г. Камбарка представляет собой совокупность подсистем, которая обеспечивает комплекс организационно-технических мероприятий:

• по раннему обнаружению, идентификации, сбору и обработке информации о происходящих событиях на объектах:

• автоматизированному воздействию на источник нештатной ситуации в реальном режиме времени;

• автоматизированному определению зоны защитных мероприятий, состава привлекаемых сил и средств, определение текущего ущерба от нештатных и аварийных ситуаций;

• оценки и прогнозирования обстановки для обеспечения устойчивости в управлении по привлечению сил и средств РСЧС различного уровня;

• контроль качест венного состояния объектов.

Из табл. 1 видно, что техническая, промышленная и санитарио-зашитная зоны объекта УХО наиболее оснащены в техническом отношении. Организован и осуществляется постоянный и периодический экологический мониторинг в границах санитарно-защитной зоны объекта УХО.

При этом в пределах границы зоны защитных мероприятий осуществляется периодический экологический мониторинг, и то только в определенных точках с большими интервалами по времени.

Контроль уровня загрязнения атмосферы, воздуха санитарно-защитной зоны и зоны защитных мероприятий не дает полной картины загрязнений в районе расположения объекта УХО. так как контроль осуществляется в определенных точках пространства непосредственно в приземном слое атмосферы и носит эпизодический характер.

Существующие методы получения информации о прогнозировании развития аварий на потенциально опасных объектах имеют более широкий спектр по своему назначению (табл. 1).

На объектах уничтожения и хранения химического оружия мониторинг загрязнения атмосферного воздуха проводится с помощью контактных методов, обусловленных необходимостью присутствия человека в зоне заражения.

Активные оптические спектральные методы имеют важное преимущество, обусловленное исключением необходимости присутствия человека в зоне заражения.

Дистанционные методы контроля в системе мониторинга окружающей среды занимают особое место. Возможность определить состав и количественные характеристики загрязнения природной среды, находясь при этом на расстоянии, является одним из основных путей решения данной задачи.

Немаловажная роль дистанционных методов контроля заключается в использовании их возможностей для оперативного выявления химической обстановки в случае экстремально высокого загрязнения атмосферного воздуха над территорией самого объекта, так и в пределах зоны защитных мероприятий, что позволит руководству объекта и руководству муниципального образования в кратчайший срок принять наиболее правильные решения по проведению экстренных мероприятий направленных для зашиты персонажа, населения и территорий.

Таблица 1

Средства экологическогго мониторинга в зоне воздействия объекта УХО в пределах ЗЗМ

№ п/п Тип средств контроля (существующие и предлагаемые) Принцип действия, время работы, чувствительность прибора Порядок передачи информации Место приема информации

Техническая и промышленная территория, санитарно-защитная зона.

1 Регистрирующие средства измерения (датчики хранилища объектов) Непрерывный и постоянный контроль процесса хранения ОВ: состояние воздуха в хранилищах и на технической территории - 0.0002 мг/л По проводным линиям связи к радиоканалу АРМ объекта, руководство. ЕДДС-01 города, республики. ДД служб 02, 03, оповещения и связи

2 Автоматический газосигнализатор Непрерывный автоматический. Время срабатывания до 5 с, радиус действия 1,5 км По проводным линиям связи к радиоканалу АРМ объекта, руководство, ЕДДС-01 города, республики, ДД служб 02, 03, оповещения и связи

3 Приборы химической разведки Назначение, принцип действия, чувствительность приборов химического контроля, способ передачи информации и приема те же, что на действующей системе химического контроля на объекте УХО

ВПХРи П11ХР

Автолаборатори и

4 Метеостанции и мете-опосты Автоматические стационарные посты контроля воздушной среды (АСПК) Определение температуры воздуха, направления ветра, влажности, давления в постоянном режиме. Измерение метсопарамстров в месте отбора проб По проводным линиям связи и радиоканалу АРМ объекта, руководство, ЕДДС-01 города, республики, ДД служб 02,03, информационно-аналитический центр объекта УХО

5 Химико-аналитическая лаборатория. Информационно-аналитический центр Прием проб. Проведение комплексного химического анализа. Обработка информации. Формирование баз данных. Анализ экологической информации. Прогнозирование развития аварии. Формирование отчетной документации По проводным линиям связи к радиоканалу Руководство объекта, ЕДДС-01 города, республики, служб 02, 03

Зона защитных мероприятий

Применяемые

6 Автомтические стационарные посты контроля воздушной среды (АСПК) Измерение метеопарамегров в месте отбора проб По проводным линиям связи и радиоканалу АРМ объекта, руководство, ЕДДС-01 города, республики, ДД служб 02, 03, информационно-аналитический центр объекта УХО

7 Передвижная лаборатория контроля атмосферы Измерение приземных концентраций примесей. Контроль за содержанием в атмосфере ОВ. Отбор проб воздуха По радиоканалу. П исьмсн нос сообщение Руководство объекта, ин-формационно-аналитичес-кий центр объекта УХО

8 Передвижная экспресс лаборатория контроля загрязнения природных, питьевых, сточных вод и почвы Оценка общей токсичности водных объектов. Отбор проб воды и почв и доставка в стационарную лабораторию По радиоканалу. Письменное сообщение Руководство объекта, информационно-аналитический центр объекта УХО

Предлагаемые

9 Лидарные системы (комплексы) Лазерное зондирование атмосферы для оперативного дистанционного измерения концентрации различных примесей газов в атмосфере По проводным линиям связи и радиоканалу АРМ объекта, руководство, ЕДДС-01 города, республики, ДД служб 02. 03, информационно-аналитический центр объекта УХО

Дистанционные методы контроля нашли свое применение в стационарных и мобильных лидарных комплексах с системой лазерного зондирования атмосферы. Лидарные системы могут быть универсальным средством исследования выбросов вредных химических веществ в атмосферу и дают возможность осуществлять контроль непрерывно, обеспечивать большой радиус действия, оперативность получения результатов измерения, простоту обслуживания и меньшую трудоемкость, связанную с подготовительными операциями по пробоотбору.

Наибольший интерес с точки зрения практического

применения представляют собой мобильные лидарные комплексы (производитель НПП «Лазерные системы», г. Санкт-Петербург).

Лидарные комплексы компонуются в виде транспортируемых модулей. В качестве транспортной платформы используются шасси грузовых автомобилей, предназначенных для перевозки контейнеров.

Лидарные комплексы оснащаются набором излучателей, что позволяет осуществлять лидарное зондирование в широком спектральном диапазоне излучения, начиная от ультрафиолетового (266 им) и заканчивая дальним

Научно-технические разработки

Научно-технические разработки

Моби.шшй лидарный комплекс МЛК-2

инфракрасным (9-11 мкм). Вращающийся сканер позволяет осуществлять мониторинг атмосферы в широком пространственном диапазоне.

Благодаря этому лидары могуг эффективно использоваться для решения следующих задач:

1. Получение карт параметров рассеяния шлейфов выбросов и их эволюция во времени.

2. Пороговое обнаружение загрязнения, как правило, контроль аварийных ситуаций.

3. Определение источника аварийного загрязнения.

4. Измерение концентраций загрязнения.

5. Аэрозольный лидар определяет местоположение и отслеживает эволюцию естественных и искусственных аэрозольных образований в атмосфере, а также оценивает характерный размер частиц.

6. Поляризационный многоволновый лидар исследует их физическую структуру - что это: капли жидкости или твердые кристаллические частицы.

7. DIAL измеряет концентрацию в атмосфере газов, линии поглощения которых попадают в диапазон излучения лазеров, а также определяет присутствие в атмосфере изотопов йода, что важно при контроле радиационной безопасности, например в случае аварийных выбросов на АЭС.

8. Турбулентный лидар позволяет оценить уровень и распределения параметров атмосферной турбулентности.

9. С02-гетероидный лидар определяет скорость и направление ветра, а также измеряет концентрации высокомолекулярных загрязняющих примесей. Мобильный лидарный комплекс может быть оснащен дополнительными системами, что существенно расширяет его возможности:

• Инфракрасным радиометром, используемым для обнаружения пожаров, взрывов и выбросов раскаленных газов.

• Инфракрасным быстродействующим Фурье-спект-рометром для точного определения отравляющих веществ и сильнодействующих ядовитых веществ, имеющих сложную молекулярную структуру.

Мобильный лидарный комплекс позволяет определить и прогнозировать дальнейшую трансформацию и перемещение любых веществ в т. ч. и биологической природы.

Точное географическое позиционирование обеспечи-

вает входящий в состав лидарного комплекса приемник - ГЛОНАС/СРБ.

Бортовой программный комплекс МЛК позволяет быстро в удобной для операторов форме выполнять все операции по настройке лазерного, оптического, электронного и электромеханического оборудования, а также получать результаты лидарного зондирования не только в виде диаграмм и графиков, но и с помощью специально разработанной системы картографирования, накладывать результаты измерений на карту местности, что позволит своевременно провести оповещение населения.

Вывод

1. Мобильныйлидарный комплекс посвоим техническим характеристикам и возможностям наиболее гармонично подходит и дополняет существующую на объекте УХО структуру комплексной многоступенчатой системы экологического мониторинга (КМСЭМ) окружающей среды.

2. Присутствие данных систем в пределах зоны защитных мероприятий от объектов УХО позволит осуществлять контроль за выбросом вредных веществ с точным определением мест выброса, их концентраций, путей распространения, прогнозировать влияние на персонал и граждан работающих и проживающих вблизи объекта, и окружающую природную среду в пределах всей площади зоны защитных мероприятий.

3. Мобильный лидарный комплекс позволит:

• своевременно доводить до населения информацию о появлении неприятных запахов и других негат ивных проявлений:

• выдавать необходимые рекомендации по их поведению в данных условиях;

• исключить распространение различного рода слухов среди населения, осложнения отношений между министерствами, ведомствами и администрацией населенных пунктов:

• избежать попытки сокрытия информации при возникновении непредвиденных ситуаций;

• выполнить мероприятия по обеспечению экстренной эвакуации, таких как: постановка водяной завесы, организация химического контроля на выходе из ЗЗМ, проведение полной и частичной специальной обработки, своевременное оказание медицинской помощи.