СИСТЕМА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА Российский патент 2006 года по МПК B03C3/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к системам экологической очистки атмосферного воздуха на базе электрофизических методов управления атмосферными процессами.

Основными причинами возникновения вредных примесей, увеличения их концентрации в атмосферном воздухе является производственная деятельность человека. Выбросы промышленных предприятий загрязняют окружающий воздух, нередко создавая концентрации вредных веществ, значительно превышающие предельно допустимые концентрации. Такая же картина наблюдается при возникновении и развитии природных пожаров, прежде всего торфяных, лесоторфяных и ландшафтных, а также техногенных.

Значительному повышению концентрации вредных примесей в атмосферном воздухе способствует возникновение атмосферных температурных инверсий (образование инверсных слоев с аномальным распределением температуры). Указанные слои образуются в зависимости от метеоситуации на различных высотах над поверхностью Земли и могут удерживаться значительное время.

Накоплению вредных примесей в атмосферном воздухе способствует низкая облачность (прежде всего дождевая), туманы и т.п.

Уровень техники

Близкими по технической сущности к заявленному изобретению являются способы и средства очистки воздуха от различных примесей путем сжигания или фильтрации выбрасываемых в атмосферу газов. При этом сжигание вредных примесей, выбрасываемых в атмосферу, как правило, осуществляется на верхнем срезе вертикальных труб, высоко поднятых над поверхностью Земли (максимально - десятки метров). Фильтры устанавливаются в различных местах таких труб, но в районе верхнего среза трубы установка фильтров осуществляется почти всегда. Стремятся как можно выше осуществить выброс газов в атмосферу. Это обусловлено необходимостью снижения концентрации вредных примесей в приземном слое атмосферы (прежде всего до высот 100-200 метров от поверхности Земли). Однако данные наблюдений за экологической обстановкой свидетельствуют о том, что в местах расположения вредных промышленных производств и в прилегающих районах все известные способы не дают достаточной очистки воздуха от вредных примесей, нередко превышающих предельно допустимые концентрации (ПДК) в разы и десятки раз, а иногда и в сотни раз.

Из совокупности средств экологической защиты (фильтров, высокоподнятых труб и т.п.) складывается определенная децентрализованная организационно-техническая система экологической очистки окружающего воздуха в местах размещения вредных промышленных производств, которой присущи недостатки, описанные выше и определяемые недостатками составляющих ее элементов. Однако целостной и эффективной системы экологической очистки окружающего воздуха в мире не существует.

В последние годы появились электрические способы очистки атмосферного воздуха. Наиболее близкой по своей технической сущности является система управления атмосферными процессами, известная из патента RU 2090057 от 20.09.1997.

Известная система управления атмосферными процессами содержит новые средства формирования конвекционной ячейки и средства дистанционного контроля и командного управления. Она предполагает управление атмосферными процессами с помощью генераторов униполярных легких обводненных ионов, которые могут быть стационарными или мобильными, по формированию и рассеянию облачности. В систему входит средство для дистанционного зондирования атмосферы, выполненное, например, в виде лидарного устройства, которое может быть мобильным, а также командный пункт, с которым лидар связан средствами телеметрии. С генератором ионов командный пункт связан как телеметрически, так и через устройство управления генераторами ионов. С помощью указанной технической системы осуществляют оперативный контроль изменения атмосферной ситуации и коррекцию режимов формирования восходящих токов воздуха.

Однако указанная техническая система пригодна для формирования и рассеяния облачности, инициирования выпадения осадков, но не пригодна для экологической очистки атмосферного воздуха, поскольку для этого необходимо разрушение инверсных слоев, образующихся в атмосфере на различных высотах. Инверсный слой способствует накоплению вредных примесей, прежде всего в приземном слое атмосферы. Для анализа концентрации вредных веществ в атмосфере требуются соответствующие средства анализа концентрации различных вредных примесей в атмосфере на различных расстояниях. Применение только лидара для анализа экологической ситуации, как это имеет место в известной системе, недостаточно. Вместе с тем, для принятия решения на коррекцию работы средств экологической очистки, включая активные, требуется сравнение указанных данных по концентрациям вредных веществ: как по их величине, так и с некоторыми пороговыми значениями. После чего должен осуществляться выбор соответствующих режимов работы средств экологической очистки воздуха и активного воздействия. При этом для очистки атмосферного воздуха от вредных примесей могут применяться не только активные средства воздействия на атмосферу, но и пассивные. А этого техническая система-прототип не предполагает, что существенно снижает возможности и эффективность очистки атмосферного воздуха от вредных примесей.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является создание эффективной системы экологической очистки атмосферного воздуха, позволяющей:

- масштабно снижать концентрацию вредных примесей в атмосфере, прежде всего в населенных пунктах и местах размещения вредных промышленных производств, загрязняющих атмосферный воздух;

- оперативно, практически в реальном масштабе времени принимать меры по экологической очистке атмосферного воздуха;

- снижать стоимость проводимых профилактических работ и работ по экологической очистке атмосферного воздуха.

Технический результат достигается тем, что в систему экологической очистки атмосферного воздуха, содержащую блок средств дистанционного зондирования Земли; блок воздушных и наземных средств экологической очистки атмосферного воздуха; командный блок управления, дополнительно вводят, по меньшей мере один блок активного воздействия на атмосферу, позволяющий разрушать инверсный слой, способствующий повышению концентрации вредных примесей в атмосфере; блок анализа мониторинговой и/или прогностической информации об экологической обстановке и блок корректировки (в котором выделяются динамические характеристики экологической обстановки, например концентрация тех или иных вредных примесей, их динамика), при этом упомянутые блоки связаны по телекоммуникационным каналам управления и передачи данных между собой.

При этом коррекция работы системы осуществляется либо с использованием данных мониторинговой, либо прогностической, либо мониторинговой и прогностической информации одновременно (данные по концентрации вредных примесей в атмосфере и их динамике).

В частном случае реализации системы телекоммуникационные каналы управления и передачи данных могут представлять собой беспроводные линии связи.

Блок активного воздействия на атмосферу может представлять собой ионизатор воздуха типа "ГИОНК", или/и ионный генератор, или/и генератор электромагнитного излучения, или/и генератор распыления твердых веществ, или/и генератор распыления жидких веществ, или/и генератор распыления газообразных веществ.

В частном случае реализации системы блок активного воздействия на атмосферу может представлять собой устройство с обратной связью, автоматически регулирующей мощность воздействия на атмосферу по данным блока корректировки.

Кроме того, блок активного воздействия на атмосферу может быть выполнен в виде стационарного устройства или в виде мобильного устройства.

В частном случае реализации системы, по меньшей мере, один блок активного воздействия на атмосферу может быть размещен в пространстве по текущим результатам анализа мониторинговой и прогностической информации.

Сама система может быть выполнена в виде стационарной системы или в виде мобильной системы.

В частном случае реализации системы она может быть выполнена в виде стационарно-мобильной системы.

На чертеже изображена функциональная блок-схема заявляемой системы, поясняющая ее работу, где:

1 - блок дистанционного зондирования Земли,

2 - блок воздушных и наземных средств экологической очистки атмосферного воздуха,

3 - блок ввода данных,

4 - блок вывода данных,

5 - процессор,

6 - командный блок управления,

7 - блок активного воздействия на атмосферу,

8 - блок анализа мониторинговой и/или прогностической информации,

9 - блок корректировки,

10 - телекоммуникационный канал передачи данных,

11 - телекоммуникационный канал управления.

Система экологической очистки работает следующим образом.

Блок 1 дистанционного зондирования Земли выдает информацию в виде космических и аэрофотоданных и метеоданных, в том числе прогностических, на защищаемую территорию в спектральном диапазоне обследования от ультрафиолетового до дальнего инфракрасного излучения. Эта информация посредством блока 3 поступает в блок 8 анализа мониторинговой и/или прогностической информации.

При обнаружении высоких концентраций вредных примесей в блоке 8 происходит определение загрязняющих веществ и их концентраций различными методами, в том числе методами спектрозональной и лидарной обработки сигналов. Сигнал с блока 8 поступает в блок 9 корректировки, в котором по мере накопления текущей информации, поступающей в блок в реальном масштабе времени, и прогностической информации выделяются динамические характеристики экологической обстановки, например концентрация тех или иных вредных примесей, их динамика. Эти данные поступают в командный блок управления 6, откуда команды по реагированию следуют в блок 2 воздушных и наземных средств экологической очистки атмосферного воздуха

Исходя из данных блоков 8 и 9, может быть задействован блок 7 активного воздействия на атмосферу, позволяющий разрушать инверсный слой или/и вызывать осадки методом активного воздействия на атмосферу, что способствует снижению концентрации вредных примесей в атмосфере.

Блок 7 позволяет разрушать инверсный слой в атмосфере, ликвидировать низкую облачность и туманы в атмосфере, в том числе и на основе формирования одной конвекционной ячейки, функционирующей в широком диапазоне метеорологических условий, в том числе при скоростях ветра более 5 м/с.

Блок 7 выполнен с возможностью обратной связи, позволяющей в зависимости от конкретной метеорологической и экологической ситуаций по сигналам от блока 9 оперативно менять степень воздействия на атмосферу, в том числе и параметры формирования конвекционной ячейки, и тем самым воздействовать на атмосферу оптимальным путем для достижения заданного командным блоком управления результата.

Преимущества заявленной системы заключаются в том, что она позволяет снижать концентрацию вредных примесей, загрязняющих атмосферный воздух; оперативно принимать меры по экологической очистке атмосферного воздуха; снижать стоимость проводимых работ по очистке атмосферного воздуха.

Список использованных источников

1. Качурин Л.Г. Физические основы воздействия на атмосферные процессы. - Л.: Гидрометеоиздат, 1990.

2. Физические величины. Справочник. - М.: Энергоатомиздат, 1991.

3. Карпов А.И., Протопопов В.А., Тихонов А.П. Способ управления атмосферными процессами, техническая система для управления атмосферными процессами, способ создания конвекционного тока в атмосфере и генератор ионов. Патент на изобретение RU 2090057 от 20.09.1998 г.

Изобретение относится к области экологической очистки атмосферного воздуха на базе электрофизических методов управления атмосферными процессами. Система очистки, помимо блоков средств дистанционного зондирования Земли, воздушных и наземных средств экологической очистки воздуха и блоков управления, дополнительно содержит, по меньшей мере, один блок активного воздействия на атмосферу, позволяющий разрушать инверсный слой, способствующий повышению концентрации вредных примесей в атмосфере; блок анализа мониторинговой и/или прогностической информации об экологической обстановке и блок корректировки, в котором выделяются динамические характеристики экологической обстановки, например концентрация тех или иных вредных примесей, их динамика. Упомянутые блоки связаны между собой по телекоммуникационным каналам управления и передачи данных. Изобретение позволит масштабно снижать концентрацию вредных примесей в атмосфере, прежде всего в населенных пунктах и местах размещения вредных промышленных производств, загрязняющих атмосферный воздух; оперативно, практически в реальном масштабе времени принимать меры по экологической очистке атмосферного воздуха; снижать стоимость проводимых профилактических работ и работ по экологической очистке атмосферного воздуха. 8 з.п. ф-лы. 1 ил.

1. Система экологической очистки атмосферного воздуха, содержащая блок средств дистанционного зондирования Земли; блок воздушных и наземных средств экологической очистки атмосферного воздуха; командный блок управления и, по меньшей мере, один блок активного воздействия на атмосферу, позволяющий разрушать инверсный слой, способствующий повышению концентрации вредных примесей в атмосфере; блок анализа мониторинговой и/или прогностической информации об экологической обстановке и блок корректировки, в котором выделяются динамические характеристики экологической обстановки, при этом упомянутые блоки связаны между собой по телекоммуникационным каналам управления и передачи данных.2. Система по п.1, отличающаяся тем, что телекоммуникационные каналы управления и передачи данных представляют собой беспроводные линии связи.3. Система по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что блок активного воздействия на атмосферу представляет собой ионизатор воздуха типа "ГИОНК", или/и ионный генератор, или/и генератор электромагнитного излучения, или/и генератор распыления твердых веществ, или/и генератор распыления жидких веществ, или/и генератор распыления газообразных веществ.4. Система по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что блок активного воздействия на атмосферу представляет собой устройство с обратной связью, автоматически регулирующей степень воздействия на атмосферу по данным блока корректировки.5. Система по п.4, отличающаяся тем, что блок активного воздействия на атмосферу выполнен в виде стационарного устройства.6. Система по п.4, отличающаяся тем, что блок активного воздействия на атмосферу выполнен в виде мобильного устройства.7. Система по любому из пп.2-6, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один блок активного воздействия на атмосферу размещен в пространстве по текущим результатам анализа мониторинговой и прогностической информации.8. Система по п.7 отличающаяся тем, что она выполнена в виде стационарной системы.9. Система по п.7, отличающаяся тем, что она выполнена в виде мобильной системы.