XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019
Анализ концентраций аэроионов в районах г. Дубна
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
В воздушной среде содержатся молекулы, которые несут на себе электрические заряды, положительно или отрицательно заряженные молекулы (чаще всего кислорода) называются аэроионами. И наличие ионов во вдыхаемом воздухе – экологическая потребность человека. Начиная с 30-х гг. XX века и до сегодняшнего дня экспериментально доказано благоприятное воздействие лёгких положительных и отрицательных ионов в воздухе (в большей мере отрицательных): укрепление иммунитета, тонуса, снижение утомляемости; улучшение психологического состояния, здоровый сон; значительное снижение количества бактерий и грибков в помещении.
Беспрецедентный рост количества разнообразных антропогенных источников, вызывает дефицит отрицательно заряженных аэроионов на производстве и в быту. К таким источникам относят телевизоры, радиоприёмники, средства связи, компьютеры, кондиционеры, системы механической вентиляции, синтетические материалы, а также электронное промышленное и медицинское оборудование.
По данным A. JI. Чижевского, А. А. Минха, Ю. Д. Губернского в плохо вентилируемых помещениях наблюдается уменьшение концентрации легких ионов и увеличение количества тяжелых ионов. Проблему состояния воздушной среды с отличным от природного составом аэроионов в производственных, общественных и жилых помещениях, можно считать решённой, достаточно только обеспечить доступ кислорода. Однако наблюдения указывают на то, что городской воздух обеднен аэроионами отрицательной полярности и во многом виновниками этого являются предприятия лёгкой и тяжёлой промышленности, транспорт и др.
Актуальность проблемы:
Человек постоянно подвергается воздействию сложного комплекса факторов окружающей среды. Причем одни из них оказывают влияние постоянно, другие периодически. За последнее время накоплено значительное количество материалов, показывающих наличие зависимости состояния здоровья населения от уровня загрязнения окружающей среды.
Качество воздуха в значительной степени связано с уровнем его ионизации, которая играет существенную роль при гигиенической оценке воздушной среды как в помещениях, так и в природных условиях.
Большинство авторов, занимающихся проблемой ионизации воздуха, высоко оценивают значение ионизации для здоровья и самочувствия человека, считая аэроионный режим важным критерием качества атмосферного воздуха и воздуха закрытых помещений, что подтверждается большим числом наблюдений, свидетельствующих об определенной зависимости между уровнями ионизации воздуха и функциональным состоянием организма человека; тем более что концентрации ионов во вдыхаемом воздухе ниже минимально необходимых и выше максимально допустимых уровней создают угрозу здоровью человека.
Таким образом, вышеизложенное определило актуальность проведения исследования концентраций аэроионного состава воздуха в приземном слое атмосферы.
Объект исследования:
Объектами исследования являются районы Большая Волга и Черная речка в правобережной части г. Дубна Московской области.
Цель исследования:
Проанализировать аэроионный состав воздуха в г. Дубна с различной антропогенной нагрузкой и выявить благоприятные районы.
Задачи:
1. Выполнить измерение аэроионного состава воздуха по намеченной сети наблюдений.
2. Обработать полученные данные в программе Excel, построить таблицы, графики и диаграммы.
3. Проанализировать данные и выявить районы с благоприятной средой обитания.
4. Сравнить аэроионный состав воздуха г. Дубна и г. Кимры.
1. Характеристика прибора
При изучении аэроионного состава воздуха на исследуемой территории, были проведены замеры концентрации аэроионов разной полярности с помощью портативного счетчика аэроионов МАС-01 (рис. 1).
Рис. 1. Счетчик аэроионов малогабаритный МАС-01
Данный прибор предназначен для измерения концентраций легких аэроионов при мониторинге окружающей среды, а также воздуха производственных помещений в условиях как природной, так и искусственной аэроионизации в соответствие с требованиями СанПиН 2.2.4.1294-03. Принцип действия основан на осаждении аэроионов на электроды аспирационной камеры из продуваемого исследуемого воздуха заданного объема под действием электростатического поля с последующим измерением тока положительного и отрицательного знака [6].
Конструктивно счетчик МАС-01 выполнен в виде малогабаритного переносного прибора с автономным питанием от аккумуляторной батареи. Основным узлом прибора является аспирационная камера, сочлененная с вентилятором и предусилителем. Управление режимами работы, обработка информации и индикация результатов на цифровом табло осуществляется с помощью встроенного микропроцессора.
Прибор имеет следующие технические характеристики:
|
Таблица 1 Технические характеристики счетчика МАС-01[6]
|
2. Сеть наблюдений
Измерения проводились в г. Дубна. Для исследования были выбраны два района – Большая Волга и Черная речка. Сбор данных осуществлялся в летне-осенний период в 2017 и 2018 гг. В районе Большая Волга определено 10 точек исследования (рис. 3). Замеры проводились в течение 10 дней, при температуре воздуха от +11оС до +25оС в 10:00 утром, в 14:00 днем и в 18:00 вечером. Измерения концентраций аэроионов осуществлялись вблизи объектов энергетики (трансформаторные подстанции), а также в лесном массиве и около водоема. Результаты измерений записывались в таблицу, рассчитывался коэффициент униполярности [5]. Сеть измерений в районе Большая Волга имеет следующий вид:
Рис. 2. Точки исследования в районе Большая Волга
В 2018 году был начато исследование района Черная речка. Определено 14 точек исследования (рис. 3).
Рис. 3. Количество точек исследования в районах города
Кроме привычных измерений рядом с энергетическими объектами была добавлена точка на Дмитровском шоссе вблизи вокзала Большая Волга, а также точка у входа в университет Дубна. В течение двух недель, при температуре воздуха от +16оС до +27 оС, осуществлялся сбор данных. В ходе измерений фиксировались также атмосферное давление и относительная влажность воздуха [5].
Рис. 4. Сеть наблюдений
3. Анализ полученных данных
После окончания замеров были построены графики концентраций аэроионов в программе excel по каждой точке, исходя из занесенных в таблицу данных.
Содержание в атмосферном воздухе аэроионов может меняется в зависимости от времени года, географии, погодных условий и очень сильно зависит от загрязнённости воздуха. Обычно в городе в квартирах концентрация ионов очень низкая.
При повышении относительной влажности воздуха число легких аэроионов уменьшается, что объясняется образованием тяжелых аэроионов вследствие оседания легких аэроионов на микроскопических капельках воды. С этим также связано уменьшение подвижности аэроионов. Понижение среднесуточной температуры обычно сопровождается резким падением числа легких аэроионов, и наоборот. При облачности, высокой влажности и слабых или умеренных осадках число аэроионов убывает. Сильные осадки, наоборот, вызывают значительное увеличение числа отрицательных частиц. В тех случаях, когда осадки сопровождаются грозами, число как положительных, так и отрицательных аэроионов достигает высоких значений [4].
В районе Большая Волга произведены замеры в 10 точках: 1. Проспект Боголюбова, д. 50 Гипермаркет «Магнит»; 2. Ул. Правды, д. 5 Реабилитационный центр; 3. Ул. Вокзальная, д. 7 ТП-157; 4. Проспект Боголюбова, д. 31 ТП-145; 5. Проспект Боголюбова, д. 30 ТП-138; 6. Ул. Правды, д. 21 ТП-131; 7. Фоновая точка (водохранилище); 8. Фоновая точка (поле); 9. Фоновая точка (лесной массив), 10. Ул. Школьная, д.10 ТП-148 [4].
7 точек расположены около объектов электроэнергетики таких как трансформаторные подстанции (ТП) и линии электропередач (ЛЭП).
Почти во всех точках преобладают положительно заряженные аэроионы, которые, по мнению многих ученых, негативно влияют на организм человека.
Наиболее явное преобладание N+ наблюдается в точках 1, 3, 7, 8 соответственно.
Рис. 5.Точка №1. Проспект Боголюбова, д. 50, гипермаркет «Магнит» (под ЛЭП)
Повышенное содержание положительно заряженных частиц можно объяснить наличием поблизости автомобильной дороги и автостоянки, а также близостью проводов ЛЭП [4].
Рис. 6. Фото вблизи гипермаркета «Магнит»
Точка № 3 расположена около трансформаторной подстанции, жилого дома с большой автостоянкой.
Рис. 7. Точка №3. Ул. Вокзальная, д. 7
Концентрация аэроионов обеих полярностей наиболее высока утром, днем ситуация стабилизируется, однако к вечеру положительных ионов значительно выше.
Точки 7 и 8 являются фоновыми. Замеры проводились на берегу Иваньковского водохранилища и в поле.
Рис. 8. Фоновая точка. Берег Иваньковского водохранилища
Рис. 9. Фоновая точка. Поле недалеко от автомагистрали
Наблюдается существенное преобладание положительных аэроионов, концентрации отрицательно заряженных частиц крайне низки в обеих точках [4].
В районе Черная речка произведены замеры в 14 точках: 1. Ул. Энтузиастов, д.5А; 2. Ул. Энтузиастов, д.3Б; 3. Проспект Боголюбова, д.15; 4. Ул. Понтекорво, д.18; 5. Ул. Понтекорво, д.25; 6. Ул. Понтекорво, д.13; 7. Проспект Боголюбова, д.20; 8. Ул. Вернова, д.9; 9. Фоновая точка в лесном массиве; 10. Фоновая точка на берегу р. Волга; 11. Фоновая точка на Дмитровском шоссе; 12. Промзона Энергия-Тензор; 13. Парк семейного отдыха; 14. Вход в 1 корпус государственного университета «Дубна».
8 точек расположены около трансформаторных подстанций, остальные 6 – это фоновые точки. В большинстве точек также преобладают положительно заряженные аэроионы, однако имеется несколько точек с выраженной концентрацией отрицательно заряженных частиц. Разбросы значений в течение дня в районе Черная речка в основном не велики [5].
В первых трех точках наблюдается преобладание отрицательно заряженных частиц, хотя измерения проводились около трансформаторных подстанций.
Рис. 10. Точка №1. Ул. Энтузиастов, д.5А,
Рис. 11. Точка №2. Ул. Энтузиастов, д.3Б
Рис. 12. Точка №3. Проспект Боголюбова, д.15.
В остальных точках наблюдалось преобладание положительно заряженных частиц. Наиболее явно это превышение можно увидеть на Дмитровском шоссе и в промышленной зоне предприятия «Энергия-Тензор» [5].
Рис. 13. Точка №11. Дмитровское шоссе
Рис. 14. Точка №12. Промзона Энегрия-Тензор
Рис. 15. Фото замеров в промзоне
4. Сравнение результатов по районам
Большая Волга и Черная речка различаются количеством точек исследования, однако количество измерений около объектов энергетики приблизительно одинаково, что позволяет сравнить районы между собой.
Рис. 16. Средняя концентрация аэроионов обеих полярностей в городской застройке района Большая Волга
Рис. 17. Средняя концентрация аэроионов обеих полярностей в городской застройке района Черная речка
Проанализировав графики, можно обнаружить, что в районе Большая Волга разница между положительно и отрицательно заряженными частицами больше, чем в районе Черная речка (рис. 18, 19). Положительные аэроионы преобладают в обоих районах, но в районе Большая Волга заметно сильнее (рис. 20, 21). Городская застройка района Черная речка характеризуется более комфортным соотношением положительных и отрицательных аэроионов.
Рис. 18. Значения отрицательно заряженных частиц по каждой точке в районе Большая Волга
Рис. 19. Значения положительно заряженных частиц по каждой точке в районе Большая Волга
Рис. 20. Значения отрицательно заряженных частиц по каждой точке в районе Черная речка
Рис. 21. Значения положительно заряженных частиц по каждой точке в районе Черная речка
Замеры в лесных массивах районов показали следующие результаты:
Рис. 22. Лесной массив на Большой Волге
Рис. 23. Лесной массив на Черной речке
Сравнивая графики, заметно, что в лесу на Черной речке преобладают отрицательно заряженные аэроионы. В лесу на Большой Волге преобладают положительные ионы утром и вечером, но общая концентрация аэроионов ниже, чем на Черной речке.
Около воды в обоих случаях наблюдается явное преобладание положительно заряженных ионов. В районе Большая Волга разница между полярностью наиболее велика.
Рис. 24. Берег Иваньковского водохранилища (Большая Волга)
Рис. 25. Берег р. Волга (Черная речка)
5. Сопоставление аэроионного состава воздуха в г. Дубна и в г. Кимры
Исследование в г. Кимры включало измерение концентраций аэроионов по районам Центр и Заречье также в утренние, дневные и вечерние часы летом 2016 г. В каждом из районов было намечено 10 точек. Замеры проводились с помощью малогабаритного аэроионного счетчика МАС-01 [3].
Рис. 26. Среднее соотношение аэроионов обеих полярностей: район Центр
Рис. 27. Среднее соотношение аэроионов обеих полярностей: район Заречье
Карты отображают соотношение среднего значения аэроионов обеих полярностей в двух районах г. Кимры. В районе Центр наблюдается большее количество точек с высоким содержанием положительных аэроионов, по сравнению с районом Заречье [3].
В районах Заречье и Центр среднее количество положительных ионов в течение дня сохраняется высоким. В тоже время, среднее количество отрицательных аэроионов в районе Заречье значительно преобладает. Причиной этого может служить более обширная площадь зеленых насаждений и меньшее количество промышленных, торговых и многоэтажных жилых зданий.
Был проведен анализ районов, из которого следовало, что Заречье более благоприятен для времяпрепровождения и жизнедеятельности населения, чем Центр [3].
В г. Дубна большим количеством отрицательно заряженных частиц обладает район Черная речка.
6. Выводы
Таким образом, по данным измерений был произведен предварительный анализ концентраций аэроионов в двух районах г. Дубна. Районы приблизительно одинаковые по площади городской застройки, имеют на своей территории водные объекты и лесные массивы. Однако различия в количестве аэроионов обеих полярностей имеются. В районе Большая Волга больше точек, в которых наблюдалось существенное преобладание положительно заряженных частиц. Графики более скачкообразные, в отличие от графиков района Черная речка, с помощью которых можно проследить динамику аэроионов в течение дня.
Преобладание положительно заряженных частиц можно объяснить большим количеством объектов электроэнергетики, автотранспорта, а также повышенной влажностью, которая наблюдалась в дни измерений.
Наиболее благоприятные районы – это лесные массивы. Несмотря на то, что там также заметно преобладание положительно заряженных частиц (Большая Волга), разброс значений не критичен, и лес прекрасно подойдет для досуга. В городской части можно выделить ул. Энтузиастов, д.5А, ул. Энтузиастов, д.3Б и Проспект Боголюбова, д.15. Эти точки расположены недалеко друг от друга. Количество отрицательных аэроионов в этих точках преобладает.
Список литературы
СанПиН 2.2.4.1294-03 Гигиенические требования к аэроионному составу воздуха производственных и общественных помещений.
Власова А. А., Архипова Е. В. «Техногенное физическое воздействие на территории малых городов (на пример г. Кимры)». Режим доступа - https://elibrary.ru/item.asp?id=25885303. Дата обращения – 12.12.2018
Власова А.А., Архипова Е. В. «Анализ аэроионный состав воздуха на территории г. Кимры в районах Центр и Заречье» IX Международная студенческая электронная научная конференция «Студенческий научный форум 2017» г. Москва. Режим доступа - https://www.scienceforum.ru/2017/2373/30242. Дата обращения – 10.12.2018
Федорук Н.А. «Отчет по производственной практике 2017 г.»
Федорук Н.А. «Отчет по производственной практике 2018 г.»
http://www.ntm.ru/UserFiles/File/product/Microclimate/MAS01/ManageMAS01.doc - Малогабаритный счетчик МАС-01 Руководство по эксплуатации МГФК 510000.001РЭ Дата обращения – 10.12.2018