способ контроля загрязнений реки

Формула изобретения

1. СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ РЕКИ путем измерения концентрации загрязняющего компонента в ее поверхностных водах на входе и выходе контролируемого участка, а также в местах наиболее вероятного загрязнения воды по направлению течения реки в зоне контролируемого участка с последующим установлением участка загрязнения, сравнения результата измерений с предельно допустимым значением концентрации (ПДК), отличающийся тем, что, с целью повышения точности, дополнительно вычисляют разность синхронизированных во времени значений концентраций загрязняющего компонента на входе и выходе контролируемого участка, после чего сравнивают вычисленное значение разности концентрации с предельной погрешностью применяемого метода контроля концентраций, причем при превышении разности порогового значения предельной погрешности метода и контроля с одновременным превышением ПДК концентрации на выходе участка и допустимом значении концентрации на входе участка, делают вывод о наличии загрязнения воды в зоне контролируемого участка, при значениях разности меньших уставки предельной погрешности метода контроля с одновременным превышением ПКД концентраций на входе и выходе участка делают вывод о загрязнениях поверхностных вод до границы контролируемого участка, а при превышениях ПДК концентраций на входе и выходе контролируемого участка с одновременным превышением разности значений концентраций предельной погрешности метода контроля делают вывод об одновременном наличии загрязнений как на входе, так и в пределах контролируемого участка.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при вычислении разности концентраций в качестве значения концентрации, контролируемой на выходе участка путем последовательного перебора, используют значения концентраций, измеренных в местах наиболее вероятного загрязнения воды, сканируя принимаемое для контроля место, начиная от нижней границы города в направлении против течения реки, и устанавливают врехнюю границу очага загрязнения как место, характеризуемое равенством вычисленной разности концентраций и предельной погрешности метода контроля.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам и средствам мониторинга окружающей среды и может быть использовано для контроля загрязнений водоемов.

Известен способ контроля загрязнения поверхностных вод реки путем измерения концентрации загрязняющего компонента в воде с помощью переносных приборов или стационарных многопараметрических анализаторов [1]

Однако при контроле загрязнения с использованием анализаторов не учитывается предыстория процесса, что не позволяет установить причину и место загрязнения реки.

Известен более совершенный способ контроля загрязнения поверхностных вод реки, реализованный в системе [2] предусматривающий измерение концентрации загрязнителей с использованием двух стационарных анализаторов загрязнения, устанавливаемых на входе и выходе контролируемого участка реки, а также передвижную станцию наблюдения, контролирующую воду в местах наиболее вероятных загрязнений реки, последующую регистрацию измеренных значений концентраций загрязняющих компонентов, их сравнение с предельно допустимыми значениями (ПДК) и установления очагов загрязнения по превышению ПДК.

Недостаток данного способа низкая точность, проявляющаяся в невозможности дифференциальной диагностики очагов загрязнения поверхностных вод.

Цель изобретения повышение точности контроля.

Указанная цель достигается тем, что дополнительно вычисляют разность синхронизированных во времени значений концентрации загрязняющего компонента на входе и выходе контролируемого участка, после чего сравнивают вычисленное значение разности концентрации с предельной погрешностью применяемого метода контроля концентраций. При превышении разности порогового значения предельной погрешности метода контроля с одновременным превышением ПДК концентрации на выходе участка делают вывод о наличии загрязнения воды в зоне контролируемого участка. При значениях разности меньше уставки предельной погрешности метода контроля с одновременным превышением ПДК концентраций на входе и выходе участка делают вывод о загрязнениях поверхностных вод до границы контролируемого участка. При превышениях ПДК концентраций на входе и выходе контролируемого участка с одновременным превышением разности значений концентрации предельной погрешности метода контроля делают вывод об одновременном наличии загрязнений как на входе, так и в пределах контролируемого участка.

Способ отличается тем, что при вычислении разности концентраций в качестве значения концентрации, контролируемой на выходе участка путем последовательного перебора, используют значения концентраций, измеренных в местах наиболее вероятного загрязнения воды, сканируя принимаемое для контроля место, начиная от нижней границы города в направлении против течения реки, и устанавливают верхнюю границу очага загрязнения как место, характеризуемое равенством вычисленной разности концентрации предельной погрешности метода контроля.

На фиг. 1 изображена система, реализующая предлагаемый способ; на фиг. 2 блок-схема алгоритма диагностики загрязнений.

Система содержит объект 1 контроля поверхностные воды реки, анализаторы 2 концентрации, блок 3 синхронизации, задатчик 4 запаздывания i-го участка контроля, задатчик 5 ПДК, задатчик 6 установки предельной погрешности метода контроля, вычислительный блок 7, логический блок 8, индикатор 9.

Способ контроля реализуют следующим образом.

Измеряют с помощью анализаторов 2 значения концентрации загрязняющего j-го компонента в начале и в конце контролируемого i-го участка реки. Измеренные значения синхронизируют с помощью блока 3 с учетом запаздывания _i изменений концентраций на i-м участке, вводимым с помощью задатчика 4. Далее с помощью вычислительного блока 7 сравнивают измеренные и синхронизированные значения концентрации С_k^ij(t), С_н^ij(t _i) со значениями уставки ПДК, С_ПДК. Здесь же вычисляется перепад концентраций С_к^ij(t) и С_н^ij(t _i) и сравнивается с погрешностью метода контроля концентрации ^j_мет, задаваемой с помощью задатчика 6. После этого с помощью блока 8 производят дифференциальную диагностику причины загрязнения реки путем сопоставления и логического анализа измеренных и вычисленных значений с предельными отклонениями и уставкой погрешности метода контроля ^j_мет.

Наличие загрязнения поверхностных вод на i-м участке реки устанавливают с помощью вычислительных и логических блоков системы путем сравнения измеренных и вычисленных значений концентраций j-го загрязняющего компонента.

При отсутствии загрязнения воды на входе и внутри i-го участка выходные сигналы блоков системы в момент времени t будут связаны следующими соотношениями



где С_н^ij, С_к^ij концентрация j-го загрязняющего компонента в начале (Н) и конце (К) i-го участка реки;

С^j_ПДК предельно допустимое значение концентрации j-го компонента;

_i- время запаздывания изменения концентрации компонента от начала до конца i-го участка.

Логическое устройство системы 8 при выполнении условия (1) выдает на индикатор состояния 9 сигнал "Загрязнений поверхностных вод сверх ПДК нет".

При появлении загрязнения на входе i-го участка величина С_н^ij будет превышать ПДК, т.е.

С_н^ij(t)>C^j_ПДК+ С^j, (2) где С^j допуск уставки

Из-за аккумулирующей способности реки это загрязнение может и не привести к недопустимому превышению концентрации j-го загрязняющего компонента на выходе участка, т.е. одновременно с (2) может иметь место и выражение

С_к^ij(t) С^j_ПДК.

Этот, наиболее простой, случай описывается следующим соотношением:

C+ Cⁱ

При возникновении загрязнения на выходе i-го участка, т.е. при

С_к^ij (t)>C^j_ПДК+ C^j

путем дополнительных вычислительных и логических операций выполняют распознавание причины, вызвавшей это загрязнение.

При этом возможна одна из трех распознаваемых ситуаций:

I загрязнение воды i-го участка сверх ПДК произошло из-за наличия загрязнителя на входе контролируемого участка;

II загрязнение воды произошло в пределах контролируемого участка;

III загрязнение воды произошло как на входе, так и в пределах контролируемого участка.

Для решения задачи распознавания ситуаций I-III дополнительно вычисляют разность (перепад) значений концентрации j-го компонента на входе и выходе i-го участка реки, при этом их синхронизируют во времени с учетом времени запаздывания изменения концентрации на i-м участке _i, т.е. вычисляют С^ij по выражению (4)

С^ijС_к^ij(t)-C_н^ij(t _i), (4)

В этом случае при диагностике ситуации I выходные сигналы с блоков системы будут связаны следующими соотношениями

C

где ^j_мет уставка предельной погрешности метода контроля j-го компонента.

При загрязнении же поверхностных вод в пределах i-го участка будет иметь место соотношение

C^ij=C_к^ij(t)-C_н^ij(t- _i)> ^j_мет (6)

При диагностике данной, ситуации II выходные сигналы блоков системы (3-8) будут связаны следующими соотношениями

C

Ситуация III, когда одновременно наблюдается загрязнение воды как на входе участка, так и на самом контролируемом участке, будет определяться следующими соотношениями:





Для более детальной диагностики начала очага загрязнения внутри i-го участка реки (в ситуациях II и III) в качестве значения концентрации, контролируемого на выходе участка путем последовательного перебора, используют значения концентраций, измеренных в местах наиболее вероятного загрязнения воды.

Для этого принимаемое для контроля место перемещают с помощью подвижного плавсредства или коммутируя стационарные анализаторы, начиная от нижней границы города в направлении против течения реки, проверяя для каждого случая выполнение условия (7). Верхнюю границу загрязнения определяют по условию

С^ij= ^j_мет (9)

Способ может быть реализован как оператором по показаниям лабораторных, переносных или стационарных средств контроля с помощью персональной микроЭВМ, выполняющей вычислительные и логические операции (1)-(8), так и автоматизированной системой управления.

В последнем случае операции (1)-(8) могут реализовываться как аппаратным путем (отдельные модули системы, приведенной на фиг. 1), так и программным путем с автоматическим вводом информации от датчиков и выводом результатов контроля на терминалы (печать, индикация). Для этого случая реализация способа дополнительно поясняется приведенной на фиг. 2 блок-схемой алгоритма диагностики загрязнений i-го участка реки, где в блоках логики реализуются формулы 6-8, существо же математических операций, реализуемых остальными блоками схемы (сглаживание, сдвиг на _i, сравнение) раскрыто в надписях блоков, приведенных на фиг. 2.

Изучение и экспериментальное исследование причин загрязнений реки Обь (на наиболее загрязненном участке реки в районе г. Барнаула) показало, что на ряде крупных заводов от 50 до 80% сточных вод сбрасывается в реку без очистки. В целом же сброс загрязненных производственных сточных вод в районе г. Барнаула составляет более 220, 10 млн. м³/год. Расположенный выше по течению реки г. Бийск также сбрасывает в реку более 60, 10 млн. м³/год загрязненных промстоков. В самом г. Барнауле можно выделить основные источники загрязнения промпредприятия, например, Барнаульский шинный завод ежегодно сбрасывает в водоем около 13 млн. м³/год неочищенных стоков, а ПО "Химволокно" 10 млн.м³/год.

Как результат всех этих сбросов концентрация вредных веществ в водоеме превышает ПДК в отдельные периоды времени в 10-100 раз, в том числе содержание нефтепродуктов в 5-10 раз выше ПДК.

Результаты экспериментальных данных загрязнений за 1989 г. полученных с помощью городской СЭС, приведены в таблице. Их анализ показал, в частности, что изменение средних значений концентраций основных загрязнителей на участке реки от верхнего до нижнего створов наблюдения колеблется в пределах 10-500% от первоначального значения.

Учитывая, что погрешность контроля 1-3% можно сделать следующие выводы.

Введенная новая операция контроля и вычисление разности концентрации на входе и выходе контролируемого участка реки реализуема существующими методами контроля.

Значительная величина разности концентрации на входе и выходе участка свидетельствует об информативности этого, вновь введенного показателя и актуальности его контроля для своевременной диагностики места загрязнения участка реки.

Сказанное выше свидетельствует об актуальности своевременной дифференциальной диагностики причин загрязнений реки. Это в свою очередь даст возможность принять соответствующие меры по управлению природоохранными мероприятиями, в частности за счет предъявления штрафных санкций предприятиям, загрязняющим водоемы.

Технико-экономическая эффективность создания системы управления природопользованием, в том числе системы мониторинга водной среды, определяется следующими факторами: созданием оптимальных условий жизнедеятельности людей; восстановлением природного потенциала; рациональным использованием, восстановлением и охраной ресурсов в условиях интенсивного развития производительных сил Алтайского края.