XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

В настоящее время дисперсные частицы (ДЧ), адсорбирующие на своей поверхности токсичные вещества, становятся одними из приоритетных вредных веществ (ВВ), которые необходимо учитывать при организации экологического мониторинга приземного слоя атмосферы [1-4]. Атмосферный мониторинг ДЧ воздушной среды, являясь сложной многоэтапной процедурой, позволяет определить фактические концентрации ДЧ и закономерности их изменения, а также провести оценку степени вреда, наносимого здоровью населения. Основными источниками загрязнения ДЧ, наряду с отработавшими газами (ОГ) и не полностью сгоревшим топливом от автотранспортных средств (АТС), являются антигололедная смесь, присутствующая на поверхности дороги в зимний период, а также продукты истирания органических материалов, входящих в состав тормозных механизмов, автомобильных шин и дорожного покрытия [5-9]. Для гигиенической оценки вредности ДЧ большое значение имеет определение их размеров. Особое внимание следует уделять содержанию частиц менее 10 мкм [1, 2]. Поэтому одним из приоритетных направлений на сегодняшний день должен стать учет загрязнения ДЧ в придорожной территории автомобильных дорог города. При этом важен комплексный подход к определению концентраций и состава ДЧ в воздухе городской среды, для чего необходимо обоснование мест отбора проб, с учетом интенсивности автотранспортного потока, и оценка уровня содержания ДЧ. Для этого требуется разработка методики прогнозирования возможного уровня содержания ДЧ в зависимости от различных факторов.

Цель работы: разработать предложения по экологическому мониторингу ДЧ и провести оценку концентраций ДЧ в придорожной территории автомобильных дорог г. Оренбурга.

На достоверность результатов контроля качества окружающей среды по концентрациям ДЧ влияет множество факторов, в частности, оценка должна проводиться в таком объеме (количество проб) и с такой периодичностью (временной интервал), чтобы обеспечивалась возможность определения динамических процессов в окружающей среде, вызванных техногенными или природными факторами [3]. Нами проведён анализ,выявлены и систематизированы с применением диаграммы Иссикавы факторы (рисунок 1), оказывающие наибольшее влияние на результаты оценки концентраций ДЧ в придорожной территории автомобильных дорог города. Установлено, что к основным влияющим факторам относятся выбор методики и средств измерений ДЧ, а также климатические условия при проведении отбора проб.

С учётом выявленных факторов (рисунок 1) нами проведено функциональное моделирование процесса «Мониторинг концентраций ДЧ в придорожной территории автомобильных дорог города»; определены входы, выходы, управляющие воздействия и ресурсы (рисунок 2).

Рисунок 1 – Причинно-следственная диаграмма факторов, влияющих на результаты оценки концентраций ДЧ в придорожной территории автомобильных дорог

Рисунок 2 – «Родительская диаграмма» процесса «Мониторинг концентраций дисперсных частиц в придорожной территории автомобильных дорог города»

На рисунке 2 представлена «Родительская диаграмма» процесса, выполненная в программе Process Modeler r7. Декомпозиция рассматриваемого нами процесса (рисунок 3) позволила детально рассмотреть основные этапы проведения мониторинга ДЧ в придорожной территории автомобильных дорог города и выявить нормативные документы, регламентирующие мониторинг ДЧ, средства измерений и вспомогательные устройства для оценки ДЧ, ответственных за проведение процесса, исходные данные для мониторинга, и предполагаемые результаты. Применение предлагаемой процессной модели позволит получить достоверные данные о содержании ДЧ10 и ДЧ2,5 в воздухе, с последующей разработкой корректирующих мероприятий по уменьшению выбросов ДЧ10 и ДЧ2,5 от автотранспортного потока, которые могут применяться службами гигиенического контроля качества атмосферного воздуха.

Рисунок 3 – Схема декомпозиции процесса «Мониторинг концентраций дисперсных частиц в придорожной территории автомобильных дорог города»

Согласно разработанной процессной модели нами проведено измерение концентраций ДЧ на основных перекрестках г. Оренбурга с использованием счётчика частиц Ht-9600. Отбор проб был организован на 36 постах, размещаемых на территориях, примыкающих к асфальтированным автомобильным дорогам с интенсивным движением АТС – свыше 1000 автомобилей в час на исследуемых участках. Причём на каждом из постов было проведено по три измерения ДЧ, с последующим расчетом средних концентраций (таблица 1).

Общие требования к методам определения концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе установлены ГОСТ 17.2.4.02-81 и РД 52.04.186-89. Относительная погрешность метода не должна превышать 25 % во всем диапазоне массовых концентраций и обеспечивать измерение с указанной погрешностью концентраций взвешенных частиц от 0,048 до 0,6 мг/м³ для фракции ДЧ10 и от 0,028 до 0,35 мг/м³ – для фракции ДЧ2,5.

Для указанных фракций ДЧ согласно РД 52.04.830-2015 установлен суточный (24 ч) режим отбора проб, как основной для гравиметрического метода измерений. Допускается вариант определения разовой концентрации, средней за час, но только в случае применения автоматических анализаторов ДЧ. В соответствии c ГН 2.1.6.3492-17 (дополнение № 8) установлены нормативы содержания для ДЧ10: ПДК_м.р.=0,3 мг/м³, ПДК_с.с.= 0,06 мг/м³, а для ДЧ2,5 ПДК_м.р.= 0,16 мг/м³, ПДК_с.с.= 0,035 мг/м³. Согласно требованиям РД 52.04.186-89 для выполнения отбора проб первоначально в каждой контрольной точке определялись климатические условия: температура, атмосферное давление, относительная влажность и скорость ветра (таблица 1).

Таблица 1 – Средние арифметические концентрации ДЧ на исследованных перекрестках г. Оренбурга (фрагмент)

Название перекрестка	Интенсивность автотранспорт-ного потока, авт./ч	Средние концентрации ДЧ, мкг/м3		Темпера-тура, °C	Давление, мм рт. ст.	Влаж-ность, %	Скорость ветра, м/с
		ДЧ2,5	ДЧ10
ул. Терешковой/ ул. Орская	5088	6	19	33,800	751	43,767	1,667
пр-т Гагарина/ ул. 60 лет Октября	3912	5	14	33,867	751	38,967	0,333
пр-т Гагарина/ ул. Газовиков	3552	4	12	39,067	752	23,900	1,667
ул. Салмышская/ ул. Родимцева	3588	3	8	41,133	752	20,367	2,000
ул. Волгоградская/ ул. Театральная	3912	5	14	35,033	752	29,967	0,333
ул. Чкалова/ ул. М. Жукова	4116	7	18	32,800	751	47,367	1,333
ул. Восточная/ ул. Карагандинская	3132	4	11	36,067	752	29,733	1,333

Для определения массового выброса ДЧ от АТС на городских автомобильных дорогах и последующего их использования в качестве исходных данных при оценке уровня загрязнения атмосферы анализировались особенности распределения автотранспортных потоков (их состава и интенсивности) по городу и их изменения во времени (в течение суток). Интенсивность движения определялась путем учета числа проходящих АТС. Подсчет АТС (в обоих направлениях) проводился во временном промежутке – один час. При описании структуры автотранспортного потока учитывались основные категории АТС: M₁, М₂, М₃, N₁, N₂, N₃. При высокой интенсивности движения (более 2-3 тыс. автомобилей в час) подсчет проходящих АТС проводился раздельно по каждому направлению движения. Для сбора указанной информации использовались секундомер и предварительно подготовленные формы (таблицы) для учета. Разовые концентрации ДЧ достигали уровней 1,5 ПДК_м.р. Однако за исследуемый период превышений установленных величин ПДК_с.с. для мелкодисперсных частиц фракций ДЧ2,5 и ДЧ10 вблизи автомобильных дорог не выявлено.

Нами установлено, что одним из наиболее загрязнённых участков улично-дорожной сети является перекрёсток ул. Терешковой/ул. Орская. Поэтому на этом участке было проведено более подробное исследование. После обработки полученных концентраций ДЧ10 и ДЧ2,5 на перекрестке ул. Терешковой/ул. Орская построены графики изменения концентрации ДЧ от интенсивности автотранспортного потока (рисунки 4 и 5).

Рисунок 4 – Изменение концентраций ДЧ2,5 от интенсивности автотранспортного потока на перекрёстке ул. Терешковой и ул. Орская	Рисунок 5 – Изменение концентраций ДЧ10 от интенсивности автотранспортного потока на перекрёстке ул. Терешковой и ул. Орская

Параметры автотранспортных потоков (интенсивность и состав движения) являются одними из наиболее существенных факторов, влияющих на содержание ДЧ в атмосферном воздухе городских улиц. Необходимо отметить, что работа автомобильного транспорта, особенно в городских условиях, характеризуется частой сменой скоростных и нагрузочных режимов (рисунок 4, 5). Это существенно влияет на загрязнение воздуха вблизи автомобильных дорог. Гистограмма на рисунке 5 показывает нам явную зависимость концентрации ДЧ10 от интенсивности автомобильного потока, что нельзя сказать о концентрациях ДЧ2,5, которые почти не изменяются от количества автомобилей в час. В часы пиковой активности автотранспорта концентрация ДЧ возрастает и может достигать для ДЧ10 – 0,045 мг/м³, а для ДЧ2,5 – 0,016 мг/м³.

Таким образом, результаты инструментального определения массовых концентраций ДЧ 2,5 и 10 мкм, содержащихся в придорожной территории автомобильных дорог города Оренбурга, показали, что на их содержание в воздушной среде существенное влияние оказывают интенсивность движения автомобильного транспорта, состав автотранспортного потока, режим движения автотранспорта. Уровень загрязнения воздушного бассейна города ДЧ определяется геометрическими характеристиками улично-дорожной сети, автотранспортного потока, а также качеством регулирования дорожного движения. При этом необходимо дополнительное исследование закономерностей изменения концентраций ДЧ 2,5 и ДЧ10 от времени суток, а также климатических условий, в частности, времени года. Полученные данные могут быть использованы при построении карта рассеивания ДЧ, экологических карт ДЧ по районам города, а также при расчете рисков для здоровья населения от воздействия выбросов автотранспортных средств. Результаты оценки содержания дисперсных частиц размером 2,5 и 10 мкм в придорожной территории автомобильных дорог города дополнительно могут быть применены при планировании мониторинговых исследований и корректирующих мероприятий на территории крупного промышленного центра.

Работа выполнена под руководством профессора кафедры метрологии, стандартизации и сертификации Оренбургского государственного университета Третьяк

Людмилы Николаевны – д.т.н., доцента, члена-корреспондента РАЕ.

Список литературы

1. Трофименко, Ю. В. Оценка загрязнения воздуха аэрозольными частицами менее 10 мкм от транспортных потоков на городских автомагистралях / Ю.В. Трофименко, В.С. Чижова // Экология и промышленность России. – 2012. – № 9. – С. 41-45.

2. Рапопорт, О.А. К вопросу о нормировании выбросов мелкодисперсных частиц размерами менее 10 мкм (ДЧ10) и менее 2,5 мкм (ДЧ2,5)/ И.Д. Копылов, Г.Н. Рудой // Экологический вестник России. – 2012. – С. 1-6.

3. Чижова, В.С. Повышение экологической безопасности автотранспортного комплекса путём снижения загрязнения воздуха дисперсными частицами размером менее десяти микрометров: дис. … канд. тех. наук: 08.00.13: защищена 17.05.16 / Чижова Вера Сергеевна. – М., 2016. – 166 с.

4. Невмержицкий, Н.В. Методика оценки и прогнозирования экстремального загрязнения воздуха на автомагистралях мелкодисперсными взвешенными частицами PM10 и PM2,5: дис. … канд. тех. наук: 05.26.02: защищена 27.04.17 / Невмержицкий Николай Владимирович. – СПб., 2016. – 154 с.

5. Вольнов, А. С. Методика экологического мониторинга автотранспортных потоков по параметрам комплексного загрязнения приземного слоя атмосферы [Текст] : дис. ... канд. техн. наук: 05.22.10 / А. С. Вольнов; М-во образования и науки Рос. Федерации, Федер. гос. бюджет. образоват. учреждение высш. образования «Оренбург. гос. ун-т». – Оренбург , 2017. – 157 с.

6. Третьяк, Л.Н. Современный подход к оценке экологической безопасности автотранспортных потоков на участках улично-дорожной сети / Л.Н. Третьяк, Е.В. Бондаренко, А.С. Вольнов / Авиамашиностроение и транспорт Сибири: сборник статей X международной научно-технической конференции. – 2018. – С. 368-376.

7. Вольнов, А.С. Математическая модель для оценки загрязнения автотранспортными потоками приземного слоя атмосферы на перекрёстках внутригородских автомобильных дорог/ А.С. Вольнов // Интеллект. Инновации. Инвестиции.– 2016.– №7. – С. 103-111.

8. Третьяк, Л.Н. Обеспечение экологической безопасности автотранспортных потоков путём комплексного учёта выбросов вредных веществ и разработки организационно-технических мероприятий / Л.Н. Третьяк, А.С. Вольнов, Д.А. Косых // Интеллект. Инновации. Инвестиции.– 2017. – №11. – С. 40-46.

9. Suleimanov, I.F. Justification for the road transport stream parameters on basis of their ecological monitoring / I.F. Suleimanov, D.A. Kharlyamov, G.V. Mavrin, L.N. Tretyak, N.Z. Sultanov, A.S. Volnov // Indo American Journal of Pharmaceutical Sciences. – 2018. – Т. 5, № 5. – С. 4423-4429.

Код для цитирования: Скопировать