Регистрация / Вход
Прислать материал

14.604.21.0095

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.604.21.0095
Тематическое направление
Рациональное природопользование
Исполнитель проекта
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Ленина и Ордена Октябрьской революции Институт геохимии и аналитической химии им. В.И.Вернадского Российской академии наук
Название доклада
Создание автономного аппаратно-программного комплекса прогнозирования состояния морской среды на наличие приоритетных экотоксикантов. Разработка экспериментальных образцов аппаратуры нового поколения для непрерывного контроля экологического состояния морских акваторий, в частности, в местах захоронения потенциально радиационно- и химически опасных объектов и районах нефтегазодобычи на морском шельфе.
Докладчик
Новиков Александр Павлович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
1. Разработка методов и технологий автономного мониторинга состояния морской среды, а также прогнозирования возникновения аварийных ситуаций с использованием спутниковых каналов связи, в частности, для шельфовых районов российской Арктики.
2. Отработка комплекса аналитической аппаратуры для экологического и технологического мониторинга природных водных экосистем и технологических вод, основанного на новых подходах к радиохимическому и химическому анализу высокосолевых сред, без использования реагентов и пробоподготовки.
3. Создание комплекса блоков физико-химических измерений состава и свойств морской среды для подводного автономного аппарата экологического контроля и прогноза со- стояния морских акваторий
Актуальность и новизна исследования
Развитие технологий дистанционных методов анализа состояния морской среды, включая космические средства связи. Проектирование и создание комплекса автономных программно- аппаратных средств для натурного мониторинга состояния акваторий, а также прогнозирования возникновения аварийных ситуаций, в частности, в местах захоронения потенциально радиационно- и химически опасных объектов и районах нефтегазодобычи на морском Арктическом шельфе.
Результаты, полученные в ходе выполнения проекта будут использованы для прогнозирования изменения радиационной обстановки вблизи потенциально опасных объектов, разработки методов реабилитации морских акваторий и составление геоинформационных карт зон потенциального загрязнения.
Разработка в рамках реализуемого технологического направления платформы “Освоение океана” (Информационные технологии и системы для освоения Мирового океана) единой системы оперативного контроля экологического состояния акваторий позволит повысить уровень экологической безопасности акваторий внутренних морей России, а также Российского Арктического шельфа за счет обеспечения возможности оперативного обследования и обнаружения чрезвычайной ситуации на радиоактивных и химических подводных потенциально опасных объектах (ППОО) с помощью подводного автономного аппарата.
Описание исследования

Проблема создания новых эффективных методов и средств для автономного экологического мониторинга водных сред на приоритетные загрязнители остается актуальной. Особенно важно развитие экспрессных методов анализа природных вод, позволяющих в режиме реального времени контролировать состояние источников поступления вредных веществ в окружающую среду. Для успешного использования этих методов необходимо, чтобы они были надежными, не требующими реагентов и пробоподготовки, доступными для реализации в автономном режиме.

До недавнего времени при задачах экологического мониторинга морской среды в местах захоронения подводных потенциально опасных объектов (ППОО) акцент делался на плановых экспедиционных исследованиях, в ходе которых использовалось научное судно со специальной измерительной аппаратурой. Судно подходило к предполагаемому месту нахождения ППОО и производило отбор проб и сопутствующие измерения параметров среды.

Существенные недостатки подобного вида работ очевидны: чрезвычайно высокая стоимость организации и проведения морских экспедиций. Значительные затраты на аренду судна и саму стоимость проведения подводных работ резко ограничивают потенциально возможные объемы и акватории для проведения исследований. Выборочность и невозможность длительного постоянного мониторинга – несомненные минусы данного подхода.

Огромное количество и разнообразие видов затопленных объектов, представляющих опасность как с радиационной, так и с химической стороны, а также большие площади нефтегазоносных районов на Российском Арктическом шельфе делает практически невозможным их мониторинг с использованием судов. Повышение экологической безопасности в акваториях внутренних морей России, а также Российского Арктического шельфа обуславливает необходимость использования автономных средств мониторинга. Поэтому цели и задачи данной ПНИ, обеспечивающей: быстрое реагирование на превышение установленного ПДК по различным экотоксикантам, являются актуальными.

В соответствии с проведенным анализом современной научно-технической, нормативной и методической литературы для создания модулей, входящих в состав аппаратно-программного комплекса прогнозирования состояния морской среды на наличие приоритетных экотоксикантов, были выбраны следующие аналитические подходы и методы: атомная эмиссия, электрохимия и радиометрия.

Выбор наиболее подходящего типа детектора для разрабатываемой гамма-измерительной системы дает максимальное соответствие техническим требованиям ПНИ и позволяет оптимально реализовать задачу автономных измерений гамма излучающих радионуклидов в морской среде.

Апробация сенсоров рабочих электродов в морских условиях показала, что все мембраны на основе халькогенидных стекол и поликристаллов уверенно выдерживают давление до 20 атмосфер, равно как и электрод сравнения в разгруженном варианте.

Как показал критический обзор литературы в наибольшей степени требованиям ТЗ проекта отвечает атомно-эмиссионная спектроскопия (АЭС). Данный проект направлен на разработку принципиально новых комбинированных систем детектирования, сочетающих электрический способ возбуждения с регистрацией эмиссионного оптического сигнала. Отличительной особенностью микроплазменного АЭС на основе разряда при вскипании в канале (РВК) является отсутствие реагентов при проведении анализа морской воды и незначительное энергопотребление. 

Результаты исследования

Разработаны и экспериментально исследованы модули, входящие в состав аппаратно-программного комплекса прогнозирования состояния морской среды на наличие приоритетных экотоксикантов: сцинтилляционная гамма- измерительная система, электрохимический детектор воды и микроплазменный атомно-эмиссионный анализатор, как наиболее оптимальные решения основной поставленной в ходе выполнения ПНИ задачи – реализации новых научно-технических решений в макетах СГИС, ЭХДВ и МПАЭА. 

Разработана автономная платформа для аппаратно-программного комплекса прогнозирования состояния морской среды на наличие приоритетных экотоксикантов.

Разработан программно-аппаратный комплекс экспериментальных образцов блоков автономных физико-химических измерений морской среды, входящих в общую автономную систему экологического контроля и прогноза состояния морских акваторий.

Модуль сцинтилляционной гамма- измерительной системы (СГИС) обеспечивает следующие возможности:

а) регистрацию по заданной программе в автономном режиме спектров гамма-излучения окружающей морской среды в энергетических диапазонах 0,1-3,0 МэВ

б) выбор времени регистрации единичного спектра от 10 с до 1 ч;

в) выбор времен включения модуля и пауз между отдельными измерениями в диапазоне от 10 с до 1 суток;

г) сохранение зарегистрированных спектров во внутренней энергонезависимой памяти, не менее 500;

д) измерение мощности экспозиционной дозы гамма-излучения в диапазоне от 0,01 мкЗв/ч до 0,10 Зв/ч;

е) идентификацию радиоактивных веществ, растворенных в морской воде, с минимальным пределом обнаружения объемной активности, рассчитанной по 137Cs - 500 Бк/м3 за время 10 мин.

Модуль электрохимического детектора воды (ЭХДВ) обеспечивает следующие возможности:

Измерение не менее 10 физико-химических характеристик водных масс, включая определение солености морской воды, наличия свободного кислорода, водородного показателя pH, величины потенциала и градиента естественного электрического поля Eh, измерения температуры окружающей среды, а также концентрации химических токсикантов, входящих в перечень нормативных параметров оценки экологического состояния акваторий в районах разведки, добычи и транспортировки углеводородного сырья.

Модуль микроплазменного атомно-эмиссионного анализатора (МПАЭА) обеспечивает следующие возможности:

а) работа без принудительной циркуляции анализируемой среды и введения химических реагентов в режиме погружной ячейки;

б) регистрация спектров с использованием разряда при вскипании в канале как источника излучения для анализа морской воды в автономном режиме;

в) система циркуляции анализируемой воды, обеспечивающая обновляемость поверхности жидких электродов при работе в потоке;

г) малая потребляемая мощность источника возбуждения импульсных микроплазменных разрядов;

д) возможность измерения не менее 10 различных макрокомпонентов морской воды и тяжелых металлов в диапазоне концентраций 0,0001-0,1 моль/л в зависимости от конкретного компонента.

Выбор данных типов модулей позволяет реализовать задачу автономного многопараметрического мониторинга природных вод, в частности, на автономных аппаратах.

Практическая значимость исследования
Конкурентоспособность разработок Индустриального партнера проекта - ООО «Ситекрим» после внедрения предлагаемых подходов будет существенно повышена. Это объясняется актуальностью и новизной подходов к автономному многопараметрическому анализу природных вод.
Одним из результатов внедрения разрабатываемых в ходе реализации проекта аналитических подходов и методов будет также снижение затрат на осуществление экологического, в частности, радиационного контроля, осуществляемого плановыми экспедициями, организуемыми МЧС России, в основном, на арендуемых судах. Стоимость аренды судов в среднем не менее 10 тыс. долларов в сутки. Измерения производятся с помощью опускаемых контрольных средств. Наличие пополняемых баз данных и геоинформационных систем сократит необходимое количество измерений.
Предусмотрена коммерциализация результатов выполнения проекта за счет предоставления услуг профильным подразделениям МЧС РФ и Министерства природных ресурсов и экологии РФ по организации автономных систем мониторинга морских акваторий с учётом дополнительных инвестиций для разворачивания мелкосерийного производства.
Разрабатываемые системы автономного многопараметрического мониторинга экологического состояния акваторий, а также прогнозирования возникновения аварийных ситуаций вблизи подводных потенциально опасных объектов, будут иметь сроки окупаемости порядка 5 лет.
Постер

Poster_Novikov.ppt