Воздух в приборе засасывается в трубообразное устройство, в котором проба облучается светом лампы-вспышки, и количественное содержание твердых частиц определяется по яркости рассеиваемого света.
В настоящее время интегральный нефелометр используется в обсерватории на одном из Гавайских островов, где проводится серия экспериментов по определению оптических свойств чистого воздуха и разработке методов оценки загрязнения атмосферы твердыми частицами в глобальном масштабе.
Все эти приемы относятся к взятию проб пыли, которую уже не поймаешь. Так сказать, картина запыленности воздуха есть, а точно узнать, откуда какая пылинка взялась, крайне трудно.
Гораздо чаще нужно брать пробы газов прямо на месте, непосредственно у пылящего и дымящего, оборудования, в воздуховодах, дымовых трубах, открытых проемах световых фонарей. Делается все это по определенным методикам. Запыленность газа выражают в граммах или миллиграммах на 1 м3 газа при нормальных условиях. Для ее определения применяют прямой и косвенные методы. Чаще используют прямой метод. Он состоит из отбора из запыленного газового потока части газа, в котором концентрация и дисперсный состав пыли не отличаются от этих показателей в основном потоке. Место отбора газа должно быть на прямом и ровном участке газопровода, чтобы газовый поток находился в установившемся состоянии и пыль в нем была равномерно распределена по сечению газопровода. Для получения правильных значений запыленности газопровод разбивают на равные по площади участки. Распределение пыли по сечению газопровода называют полем запыленности. По полученным результатам находят средневзвешенную величину запыленности газа по сечению газопровода. При прямом методе определения запыленности газа применяют внешнюю и внутреннюю фильтрации.
При внешней фильтрации газ отбирают заборными трубками. Их вводят внутрь газопровода, а фильтр для осаждения пыли из пробы газа располагают вне газохода. При внутренней фильтрации устройство для улавливания пыли помещают прямо в газоход. Этот метод применяют, когда в газах содержатся смолы, липкая пыль или другие компоненты, которые могут засорить заборную трубку и привести к неправильным результатам при определении запыленности газа.
Для измерения объема отобранной пробы газа и приведения его к нормальным условиям чаще всего применяют ротаметры.
Есть и косвенные методы установления величины запыленности газа. Густоту окраски газа, выходящего из дымовой трубы, сравнивают со специальной шкалой; с помощью оптических приборов судят о величине поглощения пылью световых или тепловых лучей и т. д. Но это не дает точных результатов.
Скорость газа в газоходе замеряют пневмометрической трубкой, соединенной с микроманометром, температуру и разрежение газа -- термометром и микроманометром, влажность газа -- психрометром.
Определение запыленности газа внешней или внутренней фильтрацией -сложная и трудоемкая операция. Поэтому в производственных условиях часто применяют упрощенные ловушки, которые вводят на определенное время в газоход, и по разности массы фильтра ловушки до и после запыления судят о запыленности газа.
Применяют их иногда и для контроля золоуловителей. Одну такую ловушку мне пришлось сделать для быстрого определения качества помола угля в шахтной мельнице. Чтобы избежать подключения к ловушке вакуум-насоса, в качестве источника разрежения решено было использовать эжектор, действующий непосредственно от проходящего через него пылевоздушного потока. Ловушку прикрепляли к стальному прутку и помещали в исследуемом потоке -- за 5--6 мин она наполнялась пылью. Оставалось только просеять навеску пыли через набор сит различной плотности, и картина работы мельницы становилась ясна. Если пыль задерживалась только самым плотным ситом, значит, все оставалось в порядке, а если частицы оседали и на ситах с большими отверстиями, пора было мельницу ремонтировать, так как молотки, которыми она измельчает уголь, износились. И все-таки процесс отбора пробы был не совсем удобен. Устанавливать ловушку в характерных точках шахты, перемещать ее в поперечном сечении, следя за тем, чтобы она всегда была направлена носиком навстречу потоку,-- дело не из легких.
К счастью, упростить эту операцию помог случай.
ЛАБОРАНТ БЫЛ С ЛЕНЦОЙ
Нужно ли доказывать, что скрупулезность -- залог успеха научного эксперимента? Хотя бывают и исключения... Во время проведения опытов по снятию скоростных полей запыленного потока я пользовался прозрачными участками воздуховодов, в которых были просверлены отверстия для измерительных трубок. Согласно инструкции после извлечения трубки из отверстия его необходимо закрыть резиновой пробочкой. Таких, в общем-то правильных, требований в методиках немало, да вот только следуют им далеко не всегда.
Посмотрите на вентиляционные воздуховоды, проложенные в производственных помещениях. Что ни ответвление, то отверстие с двухкопеечную монету. Провели наладчики испытания, а загерметизировать дырочки забыли, а может, пробочек под рукой не оказалось.
Однажды после очередного опыта, осматривая прозрачные воздуховоды установки, я вдруг заметил напротив отверстия для трубки маленькое белое пятнышко. Проанализировав ситуацию, я понял, что пылевой нарост появился из-за попадания в пылевой поток чистого воздуха, струя которого пронизывает поток под углом в 90° и выносит из него пылевые частицы. Спасибо лаборанту, который поленился поправить наладчиков...
Возникла мысль, а что если использовать этот эффект для отбора представительной пробы пыли, идущей на технологические нужды. Тонина помола в целом ряде случаев играет решающую роль в самых разных процессах. Машинисту парового котла нужно знать дисперсный состав угольной пыли, вдуваемой в топку, машинисту мельницы и технологу цементного завода -- то же. Вместо пылезаборных трубок, фильтров и ротаметров можно сделать простейший пробоотборник, вся суть которого сводится к тому, что на противоположных стенках пылепровода просверливается по отверстию. В одно поступает воздух, а из другого вылетает проба. Если пылепровод под разрежением, не нужно никакого добавочного источника давления, а если под напором, достаточно от линии сжатого воздуха отвести 4-миллиметровую трубочку. Острая, как игла, воздушная струя пронижет запыленный поток и моментально выхватит из него встретившиеся на пути пылевые частицы.
На следующий день я и мои товарищи наладчики подготовили новый опыт. Для наглядности цементную сырьевую муку подкрасили тонкой цветной пылью, отверстие снабдили небольшим соплом для направления поперечной струи и включили установку. Через час напротив сопла образовался нарост из пыли, в которой были заметны и частицы красителя. Остальное, как говорится, было делом техники. На месте, где образовывался нарост, прорезали отверстие и установили ловушку с лючком для выпуска пробы. "Струйная ловушка" нашла свое применение всюду, где необходимо но условиям технологии вести постоянный отбор проб пыли. Простота и надежность этого устройства (авторское свидетельство No 270341) позволяют использовать его и для технологических нужд.
Задачу, как проще отбирать пробы из воздуховодов и пылепроводов, таким образом решили, но оставалась еще одна длительная и трудоемкая операция -рассевка отобранной пробы. Она нужна для того, чтобы узнать фракционный состав пыли. Обычно пробу просеивают через набор сит разной проходимости.
Современные виброгрохоты и полигональные сита копируют движения бабушкиного решета. На заводах промышленности строительных материалов, на химических предприятиях и горнообогатительных фабриках техника просеивания дальше этого не шагнула. В конце концов с этим можно было бы мириться, если бы не ущербность самого принципа просеивания. Горка сыпучего материала контактирует с ситом только своим основанием. На остающиеся в сите частицы нижнего слоя давит еще не рассеянный материал и вдавливает их в ячейки. Чтобы очистить сито, его трясут с еще большими частотой и амплитудой, постукивают по обечайке, но все равно раньше чем через 15--20 мин даже 100-граммовую навеску не просеять. Еще неудобство: после каждой рассевки устройство останавливается -- нужно удалять крупные частицы, оставшиеся на сите.
В аппарате, разработанном в отделе сепарационных устройств ВНИИцеммаша О. К. Чекаловцом (авторское свидетельство No 187677), рассевка происходит мгновенно, крупные фракции ни секунды не задерживаются на сите. Добиться такого эффекта он сумел просто: сито расположил вертикально, а чтобы прогнать через него порошок, применил электрическое поле. Небольшой аппарат ничем не напоминает своих шумных и пылящих прототипов. В небольшом корпусе расположены плоский электрод, выполненный в виде проволочной решетки, а параллельно с ним -- металлическая разделительная сетка, являющаяся осадительным электродом. Поворот выключателя -- и легкое потрескивание извещает о том, что в аппарате создалось мощное электрическое поле. Питатель плоской струей направляет цемент в зазор между электродами. И тут частицы материала вместо того, чтобы упасть на дно аппарата, вдруг делают поворот на 90° и устремляются к сетке. "Приземляются" они, лишь пройдя разделительные ячейки. Крупные же частицы, коснувшись сетки, съезжают по ней вниз в приемный лоток.
Все делает электрический "ветер". Он возникает между коронирующим и осадительным электродами и несет рассеиваемый материал к сетке. Электрический "ветер" может моментально разделить сыпучий продукт на несколько различных фракций, заменив длительную вибрацию, необходимую для ситового анализа. Может из низкосортного цемента выделить, самые тонкие фракции, и при минимальных затратах электроэнергии прямо на строительной площадке вы получите цемент марки "600", которого так часто недостает для изготовления особо ответственных деталей. Электрический "ветер" в сотни раз сокращает время рассева сыпучего материала, поэтому новый сепаратор можно включить в любую непрерывно действующую линию производства, будь то завод порошковой металлургии или фабрика, выпускающая дамскую пудру. Прибор испытан на гипсе, цементе, меле, песке и других материалах. Эффективность классификации материалов достигает 95%. Износ сетки-электрода совершенно незначителен, поскольку с материалом она контактирует минимально.
Но не только производством строительных материалов ограничивается область применения сепаратора О. К. Чекаловца. Его уменьшенная модель может уже сейчас без особых переделок просеивать зубной порошок, различные абразивы, применяемые при изготовлении точильных и шлифовальных камней, производить точнейший анализ атмосферной пыли, помола пылевидного топлива, муки и различных химических веществ.
СМОГ: ТРЕВОГА НОМЕР ОДИН
Корреспондент ТАСС Ю. Устименко писал с Олимпийских игр 1984 г. в Лос-Анджелесе: "Верхних этажей небоскребов не видно за густыми клубами дыма -ядовитой смеси выбросов заводских труб и выхлопных газов сотен тысяч автомобилей, которые в часы пик запруживают десятки километров дорог.
Световые табло на дорогах советуют водителям держать окна закрытыми. Да и без этого предупреждения вряд ли кто решится высунуть нос на улицу. Отравленный воздух саднит легкие, вызывает сухой кашель. По радио объявлена тревога номер один..."
Конечно, при добром согласии владельцев машин и промышленных объектов можно было бы прекратить пользование автомобилями без острой необходимости и приостановить процессы, сопровождающиеся пылевыделением. Смог --бедствие социальное. "Мы предупреждали, что будет именно так, но нас никто не слушал! -- говорил член муниципального совета Лос-Анджелеса К. Хэн.-- В таких условиях газеты мира будут писать не о спортивных рекордах, а о смоге, да и можно ли вообще говорить о спортивных достижениях?"
Олимпия, где проводились первые игры, была прекрасным городом с очень здоровым климатом. Думается, что пришло время подумать о том, чтобы будущие Олимпийские игры организовывались только в городах с чистым воздухом. Слова "смог" и "спорт" соседствовать не должны.
Непрерывно растущее промышленное производство влечет за собой использование различного сырья и топлива. В свою очередь, это увеличивает выброс газов и пыли в атмосферу.
Одной из самых насущных и трудных проблем сегодняшнего дня является борьба за чистоту атмосферы вообще. Не только в одном регионе, а над всей планетой. Ученые-исследователи находят частицы пыли и газов в воздухе самых отдаленных от цивилизованного мира местах, вплоть до Антарктиды.
Воздействие культурной деятельности человека на природу началось еще сотни лет назад, но основные сложности возникли, когда развилось массовое кузнечное производство.
...Множество небольших горнов, принадлежавших ремесленникам, дымило в графстве Додлей. Сын графа и простой женщины, Дод Додлей уже в юные годы в совершенстве овладел кузнечным мастерством, мог сложить из камня горн, выплавить отличный металл. Умения этого, кстати, в, Англии не гнушались многие представители аристократических фамилий. За столами владетельных особ кузнецы сиживали рядом с капелланами. Ведь один заботился о спасении души хозяина, а другой -- тела... И сейчас изображения щипцов и наковальни встречаются на гербах старого английского дворянства.
Плавильные горны, как правило, располагались далеко от мест добычи руды. Их нужно было строить поближе к лесным массивам, так как без древесного угля железо выплавлять не умели, а нужно его было во много раз больше, чем руды.
Кроме кузнечного дела Дод горячо любил природу и с тоской наблюдал, как под топором углежогов вековые леса превращались в дым.
До этого многие пробовали заменить каменным углем древесный, но все, как один, терпели неудачи. Вредные примеси, содержавшиеся в угле, делали железо непрочным. Молодой Додлей решил, прежде чем пускать уголь в плавку, извлекать из него серу. А однажды он попробовал получить железо не на свежем, а уже побывавшем в топке полусгоревшем угле, сера из которого уже улетучилась. Сейчас это называется коксом.
В 1620 г. король Англии выдал Додлею патент на новый способ выплавки железа.
Одним из великих благ для человечества стало бы уже тогда открытие Додлея, но... Оно задевало интересы многих мелких предпринимателей, занимавшихся по соседству кузнечным делом. Они разрушили горн Додлея, порезали на куски мехи, втоптали в грязь запасы кокса, растащили инструмент. Додлей был разорен, а его прекрасный способ выплавки железа не прижился. Воспользовались им только более 100 лет спустя, когда вокруг железоделательных заводов лесов уже не осталось, а металла требовалось все больше и больше. Появилось новое направление в металлургии -- чугунолитейное дело. Горны для выплавки чугуна, теперь называемые домнами, становились все выше и выше. Непрерывно, а не периодически, как при получении кричного железа, подавали теперь в домну кокс и руду.
Но возникла необходимость решать десятки новых проблем. В частности, как избавиться от дымовых и пыльных туч над промышленными центрами.
В прошлом веке началось применение жидкого топлива для двигателей внутреннего сгорания. Появилась масса автомобилей. Заработали тепловые электростанции.
Деятельность человека стала серьезно влиять на загрязнение атмосферы, и особенно на ее озонный слой, который поглощает ультрафиолетовые лучи, идущие из космоса. Не будь его, все живое неизбежно вымерло бы. Оксиды азота, содержащиеся в автомобильных выбросах, неумеренное и небрежное использование пестицидов и, казалось бы, такая мелочь, как наполнитель аэрозольных упаковок фреон,-- все это отрицательно влияет на озон. Порождаемое цивилизацией загрязнение окружающей среды грозит уничтожить все столь многообещающие достижения технического прогресса на нашей планете.
За последнее столетие в результате деятельности человека в атмосферу поступило около 360 млрд. т углекислого газа, а его содержание в атмосфере увеличилось на 13%. Никто пока точно не может определить последствия накапливания углекислого газа, однако если гипотезы ученых оправдаются, то температура на Земле повысится. Так как все большее количество углекислого газа будет растворяться в океане, то это повлияет и на океанические процессы.
В настоящее время атмосфера содержит 320 частей углекислого газа на 1 млн. частей воздуха, а ведь еще в 1860 г. их было всего 290. По ориентировочным оценкам, к 2000 г. количество углекислого газа составит 380 частей на 1 млн. Задача науки -- определить изменения климата, которые уже произошли в результате возросшего содержания углекислого газа в атмосфере, и оценить возможность его воздействия на климат в будущем.
Конечно, рост производства не будет продолжаться бесконечно и бесконечно не будет увеличиваться количество выбрасываемых в небо пылей и газов. Уже сейчас осваиваются безотходные технологии. В будущем будет создан и экологически чистый транспорт.
Над москвичами любят подшучивать: сколько бы раз по радио ни передавали метеосводку, вей семья кричит хором: "Тише --погода!" Действительно, долговременный прогноз для города почти невозможен. Температура в нем всегда выше, чем за городом, иные влажность, запыленность и атмосферное давление. Люди с сердечно-сосудистыми заболеваниями постоянно ощущают это на себе. На атмосферу воздействуют самые разные факторы. Здания-башни создают особые аэродинамические шлюзы, необычную конвекцию тепла. Бетон, из которого они построены, и асфальт улиц поглощают тепла значительно больше, чем почва и растительность в деревне. За день город накапливает его большое количество, а вечером это тепло выделяется в атмосферу, лишая пришедших с работы людей желанной прохлады. Кондиционеры, отсасывая тепло из помещений, выбрасывают его на улицу, внося свою лепту в нагрев атмосферы. Зимой здания нагревают улицу своими стенами. Осадки не задерживаются на асфальте, а тут же удаляются через ливневую канализацию в реку. За городом же дождь сначала увлажняет почву, а потом испаряется, охлаждая ее. Поэтому-то в городе и температура почти постоянно выше, чем в его окрестностях, и иной влажностный режим.
Особенно страдают от городского микроклимата жители Анкары. Город расположен в лощине, и приток свежего воздуха туда закрыт горами. В результате содержание вредных газов и пыли там превышает предельно допустимую норму в 30 раз! Над городом нависла угроза смога!
Смог состоит из дыма и тумана. Дым -- явление почти безопасное. Дыма без огня не бывает, и стоит лишь погасить огонь, исчезнет и дым. А вот смог... Сегодня с ним знакомы жители многих крупных городов мира. Желто-серым грозным маревом нависает он над населенными пунктами, сосредоточив в себе все, что люди выбросили в атмосферу. Гигантской полусферой накрывает он города со всеми его домами, заводами, котельными и автомобилями. Дым бы поднялся в верхние слои атмосферы и ушел, влекомый ветром. Но смог?.. Ему способствует особая метеорологическая ситуация, возникающая над городом, при которой вредные выбросы не поднимаются, выше границы купола -- полусферы.
ПОД ИНВЕРСИОННЫМ СЛОЕМ
В городском воздухе содержится много загрязняющих примесей, не встречающихся в сельской местности. Твердые частицы отражают солнечные лучи. Однако это не компенсирует других причин, вызывающих накопление тепла. Примеси препятствуют теплоотдаче в атмосферу от города. Это помогает накоплению тепла в нем.
Когда над городом выпадает дождь, углеродистые и сернистые дымы легко растворяются в дождевых каплях. Водяные капли становятся каплями слабых растворов серной или других кислот, оказывающих разрушительное действие на здания.
Целый комплекс особых условий города влияет на его климат, При ночном выхолаживании улиц и строений верхние слои городского воздуха оказываются теплее -- образуется температурная инверсия. Инверсия же, которая наблюдается над городом, замедляет ночное выхолаживание. Это дополнительно способствует накоплению тепла в центре города.