3.1.2. Автоматизированные системы контроля загрязнения воздуха

Экологический бум конца 60-х - начала 70-х годов, введение экономических санкций за загрязнение воздуха, конкуренция фирм обусловили появление разнообразных систем контроля за качеством воздуха во всех развитых странах мира.

В целом развитие автоматизированных систем контроля загрязнения воздуха (АСКЗВ) за рубежом идет по пути применения все более совершенной техники, наращивания числа станций и автоматических датчиков для определения вредных примесей; объединение отдельных станций в системы, а локальных систем - в региональные и общегосударственные.

Автоматизированные системы контроля загрязнения воздуха (АСКЗВ) имеют многоуровневую структуру.

Станции контроля замеряют концентрации диоксида серы, окиси азота, окиси углерода, двуокиси азота, озона и ингредиентов, характерных для данной местности, температуру, влажность и солнечную радиацию.

Данные с этих станций поступают в ЭВМ региональных центров, задачами которых является: -

ежеминутное получение данных от станций, их обработка, осреднение на разные периоды; -

передача данных в центр; -

контроль за устройствами ввода и вывода.

Задачи ЭВМ центра: -

синхронизация работы всей национальной системы, -

организация связи с ЭВМ регионов, -

контроль периферийных устройств, -

накопление, обработка и выдача информации потребителю, -

выдача сообщений предприятиям о необходимости устранения или предотвращения критического загрязнения в данном районе.

В нашей стране наблюдения за загрязнением воздуха и других сред осуществляют службы Государственного комитета по гидрометеорологии и контролю природной среды.

В настоящее время "атмосферная" подсистема практически полностью базируется на так называемых ручных измерениях, а точнее на отборе проб ручными методами с последующим их лабораторным анализом.

Отбор проб осуществляется на базе стационарных постов наблюдения - серебристых павильонов, размещаемых в наиболее репрезентативных точках городов.

Только незначительная часть постов оборудована элементами автоматизированной технологии, т. е. в них установлены газоанализаторы и пробоотборники с программно-временными устройствами.

Однако и в этих случаях анализы выполняются с участием человека, а отобранные пробы отвозятся в лабораторию.

Работы по созданию систем типа АНКОС

("Автоматизированные наблюдения и контроль окружающей среды") были начаты немного позднее, чем создание сети ручных наблюдений. Однако темпы охвата территории страны оказались существенно ниже, чем у ручной сети. Сегодня, тем не менее, уже создается третье поколение систем типа АНКОС.

Основная цель АНКОС - это своевременное представление потребителям информации о фактическом и прогнозируемом загрязнении воздуха городов для принятия оперативных и планирования перспективных мер по борьбе с загрязнением. АНКОС имеет двухуровневую структуру: -

на первом уровне - станции контроля, могут быть также передвижные рабочие группы с газоаналитической лабораторией; -

на втором уровне - центр обработки информации (ЦОИ), включающий диспетчерский персонал, информационновычислительный комплекс (ИВК), средства отображения, регистрации и размножения информации, средства связи, подготовки и передачи данных, обслуживающий персонал.

Задачи первого уровня: -

замеры концентраций ингредиентов и метеопараметров (СО, SO3, NO, сумма углеводородов, скорость и направление ветра, температура, точка росы). Периодичность выбирается диспетчером из ряда 1/2, 1, 2, 4, 6, 12 часов. Автономная работа станций - 15 суток. Периодичность передвижной рабочей группы и газоаналитической лаборатории выбирается персоналом; -

предварительная обработка данных, перевод в физические величины для передачи в ЦОИ.

Задачи второго уровня (ЦОИ): -

централизованный сбор данных ; -

обработка и анализ поступающей информации для оценки достоверности; -

анализ возникающих ситуаций; -

оперативное прогнозирование уровня загрязнения; -

ретроспективная обработка информации для научных исследований и совершенствования системы ; -

подготовка и передача потребителям штормовой (аварийной), итоговой и прогнозируемой информации о состоянии контролируемого воздушного бассейна.

В начале 80-х годов в Москве была введена в действие первая опытная система АНКОС, а затем в 1985-86 гг. в Ленинграде головной образец второго поколения таких систем. Это поколение систем не получило широкого распространения из-за низких надежностных характеристик газоанализаторов. Однако в настоящее время в гг.

Москве, Кемерово, Казани, а также на Одесском припортовом заводе системы типа АНКОС-АГ (атмосфера-головная) работают. Сегодня на выходе у разработчиков новое поколение программно-технических средств для систем типа АНКОС-АМ (атмосфера - модернизированная). Это и газоанализаторы со встроенными микроЭВМ, это и существенно более развитые контроллеры в составе АСКЗА и в ЦОИ.

Разработчиками и поставщиками систем типа АНКОС на объекты является Казанское НПО "Нефтепромавтоматика", включившееся в работы по созданию систем во второй половине семидесятых годов и на сегодняшний день являющееся ведущим в проблеме.

Создание полностью автоматизированной системы в настоящее время невозможно. Однако есть реальные возможности расширить круг задач, решаемых системой в первую очередь введением в нее автоматизированного рабочего места (АРМ) диспетчера-эколога.

В распоряжении диспетчера-эколога должен находиться ряд служб, используя которые он обязан собрать максимум информации о качестве воздуха, на основе ее обработки оценить текущую ситуацию и ближайшую перспективу экологической обстановки в городе, в случае необходимости выработать рекомендации для ее (обстановки) улучшения.

В своей работе диспетчер-эколог может использовать во-первых, сеть стационарных станций с газоанализаторами и приборами замера метеоусловий (например, посты АНКОС ). Во-вторых, ему должны быть приданы передвижные аналитические лаборатории для взятия проб воздуха. Диспетчер-эколог может направить такую лабораторию в любую точку города для взятия проб воздуха и замера концентраций ингредиентов. Ее можно послать и для анализа выбросов на конкретном источнике загрязняющих веществ.

Далее, диспетчер-эколог должен иметь связь с метеоцентром, где он может получать краткосрочные прогнозы погодных условий, с предприятиями - источниками загрязнений (для передачи требования о переходе на щадящий режим при неблагоприятных метеоусловиях или сложной экологической обстановке, для получения сведений о наличии повышенных выбросов, сроках их устранения и т.п.), с такими городскими службами как отдел Госкомприроды, санэпидемстанция, исполком, ГАИ.

Наконец, диспетчеру необходимо АРМ с персональной ЭВМ и некоторым банком данных. В банк собирается вся информация поступившая в центр, в нем хранится также справочная информация (например, паспортные данные источников загрязнения, различные ПДК и т.д.). В персональной ЭВМ содержится банк моделей и экспертная система. Среди моделей могут быть следующие: -

модель расчета любого ингредиента в любой точке города при заданных выбросах источника и фиксированных погодных условиях (такая модель в виде математических уравнений уже разработана, имеется и программа для ПЭВМ, реализующая эту модель); -

модель интерполяции поля загрязнения, которая позволяет рассчитать концентрацию любого ингредиента в любой точке города при известных концентрациях того же ингредиента в нескольких фиксированных точках (местах взятия проб воздуха). Такая модель разработана, однако точность ее результата неоднородна, т.е. зависит от расположения точки расчета, направления и силы ветра, от удаления точки расчета от мест взятия проб. Диспетчер-эколог может воспользоваться этой моделью, чтобы выявить область возможного сильного загрязнения и для уяснения экологической обстановки направить туда передвижные лаборатории.

В реальной ситуации диспетчер не будет знать действительных выбросов каждого ингредиента каждым источником, а может лишь ориентироваться на паспортные данные источников. Поэтому в первой модели неточными оказываются исходные данные (что определяет в совокупности с погрешностью метода погрешность результата), а во втором погрешность зависит от выбора точки расчета.

модель определения источника повышенного выброса (в частном случае аварийного выброса, разового или длящегося достаточно долго). Такая модель на основе анализа метеообстановки и данных о загрязнении воздуха в состоянии определить источник повышенного выброса и указать его хотя бы в числе одного- двух-трех. Имея связь с предприятиями, а также используя передвижные лаборатории, диспетчер может однозначно определить то предприятие, выбросы которого превышают паспортные (если, конечно, такое предприятие имеется); -

модель оценки текущей экологической обстановки использует предшествующие и настоящие погодные условия и результаты проб воздуха, чтобы определить те районы города в которых есть повышение концентрации по тем или иным ингредиентам, затем проанализировать причины таких повышений, оценить длительность таких ситуаций и на основании такого анализа дать общую оценку экологической обстановки на текущий момент; -

модель прогноза экологической обстановки по текущим данным замеров концентраций ингредиентов, по текущим данным о выбросах предприятий (паспортным или уточненным), по текущим и прогнозируемым метеоусловиям - должна определить характер экологической обстановки на несколько часов вперед ( на очередные сутки). На основе этой информации диспетчер может выбрать рекомендации, направленные на стабилизацию обстановки, если она прогнозируется неблагоприятной. Особое внимание требуется уделять диспетчеру неблагоприятным метеоусловиям (при штиле может оказаться превышение ПДК по многим ингредиентам даже в случае деятельности всех предприятий в пределах ПДВ), а также предприятиям, допустившим повышенные выбросы; -

экономическая модель может вести все расчеты, связанные с определением платы для каждого предприятия за его выбросы, с контролем выплаты в срок, с наложением штрафов за превышение ПДВ, с оптимальным распределением денежных средств на природоохранные мероприятия, на очистку стоков, выбросов, на создание новых газоанализаторов и т.д.

В Казанском НПО "Нефтепромавтоматика" разрабатывается экспертная система по оценке городского атмосферного воздуха и выбору мероприятий по улучшению экологической обстановки в городе в случае ее ухудшения. Часть перечисленных выше моделей войдет в экспертную систему, но диспетчер-эколог в случае необходимости должен иметь возможность воспользоваться моделью и напрямую.

В банке программ должны быть также программы вывода печатных документов, содержащие сводные данные.