Исследование дисперсного состава пыли городской среды Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 504.3.054 DOI: 10.22227/1997-0935.2020.3.432-442

Исследование дисперсного состава пыли городской среды

В.Н. Азаров1, А.А. Кузьмичев1, Д.А. Николенко2, А.Н. Васильев3, Е.Ю. Козловцева1

1 Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ); г. Волгоград, Россия;

2 Донской государственный технический университет (ДГТУ); г. Ростов-на-Дону, Россия; 3 Комитет транспорта и дорожного хозяйства Волгоградской области; г. Волгоград, Россия

АННОТАЦИЯ

Введение. В настоящее время в связи повышенным уровнем фоновых концентраций загрязняющих веществ в воздушной городской среде, вызванным экологическими факторами и увеличивающимся ежегодно в большей степени за счет антропогенных процессов, таких как промышленность, транспорт, жилищно-коммунальное хозяйство, атмосферный воздух городской среды нуждается в защите. Одним из основных экологических факторов, который негативно воздействует на воздух, является пыль. Рассмотрены теоретические закономерности дисперсного (фракционного) состава пыли, содержащейся в городской атмосфере, проведены натурные исследования загрязнения воздуха атмосферным аэрозолем городской среды (ААГС), а также рассмотрена возможность применения усеченного логарифмически нормального закона распределения для характеристики дисперсного состава ААГС. Материалы и методы. Использован комплекс базовых и современных методов сбора и обработки информации, позволивших получить обладающие научной новизной результаты: метод оценки дисперсного (фракционного) состава пыли, методы планирования эксперимента, методы математического моделирования и др. Произведено сравнение полученных ранее результатов других авторов по рассматриваемой тематике с результатами практических исследований. Установлено качественное и количественное совпадение результатов с имеющимися в независимых источниках.

Результаты. Выявлено, что интегральные кривые распределения объема частиц пыли по эквивалентным диаметрам, построенные в вероятностно-логарифмической системе координат, имеют вид усеченного логарифмически нормального распределения, который получается из классического логарифмически нормального распределения за счет ограничения интервала возможных значений случайной величины. Данные интегральные кривые являются О § реализацией случайной функции, где параметр случайной функции — диаметр частиц d4, мкм.

Выводы. Дисперсный состав пыли — важная характеристика для оценки загрязнения воздушной среды, а также снижения концентрации ААГС в воздухе. Исследования закономерностей дисперсного состава пыли, содержащейся ® в атмосферном воздухе городской среды, являются актуальными, так как они способствуют решению целого ряда

JjJ ® задач, связанных с повышением экологической безопасности городской среды.

5 з

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: атмосферный воздух, пыль, атмосферный аэрозоль городской среды, дисперсный состав

<Л (Л

пыли, фракционный состав пыли, случайный процесс, случайная величина

= .¡3 ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ: Азаров В.Н., Кузьмичев А.А., Николенко Д.А., Васильев А.Н., Козловцева Е.Ю. Исследова-

О ф ние дисперсного состава пыли городской среды // Вестник МГСУ. 2020. Т. 15. Вып. 3. С. 432-442. DOI: 10.22227/1997-

о £ 0935.2020.3.432-442 о У

The research of dust dispersed composition of urban environment

Valeriy N. Azarov1, Andrey A. Kuzmichev1, Denis A. Nikolenko2,

^ <3 Anatoliy N. Vasilev3, Elena Yu. Kozlovtseva1

o 1 Volgograd State Technical University (VSTU); Volgograd, Russian Federation;

CO —

g 2 2 Don State Technical University (DSTU); Rostov-on-Don, Russian Federation;

rj g 3 Committee of Transport and Road Facilities of the Volgograd Region; Volgograd, Russian Federation

CD -

^ ~ ABSTRACT

OT Introduction. Presently, the atmosphere of urban environments needs protection due to excessive ambient air pollutant

• • concentrations. Each year these concentrations go up, triggered by environmental factors and anthropogenic processes,

(j such as industry, transport, housing and utilities infrastructure. Dust is one of the main ecological factors that have a negative

js (5 impact on the air. The co-authors have analyzed theoretical regularities governing the fractional composition of dust in the

x S urban atmosphere, field tested the air polluted by the atmospheric aerosol in urban areas, and studied the applicability of

S truncated normal distribution law to particle size distribution in the atmospheric aerosol.

i- £ Materials and methods. The co-authors employed a set of conventional and advanced information collection and processing

0 (S methods that enable researchers to deliver novelty-intensive results, including methods of dust particle size distribution 10 >

© В.Н. Азаров, А.А. Кузьмичев, Д.А. Николенко, А.Н. Васильев, Е.Ю. Козловцева, 2020 Распространяется на основании Creative Commons Attribution Non-Commercial (CC BY-NC)

assessment, experimental design, mathematical modeling, etc. The co-authors have benchmarked the earlier results against the findings of this research to identify their qualitative and quantitative compliance with the results published in independent sources.

Results. The co-authors have found that integral curves describing dust particle distribution over equivalent diameters, constructed in the coordinate system of logarithmic probability, represent truncated normal distribution, derived from classical normal distribution by limiting the interval of possible variables for random values. These integral curves are an implementation of a random function where a random function parameter represents dparticle, um.

Conclusions. Size distribution of dust particles is an important characteristic of air pollutions that can help to reduce concentration of the atmospheric aerosol in the air. Studies of dust particle size regularities, typical for an urban atmosphere, are particularly relevant because they contribute to the resolution of several problems of environmental safety in an urban environment.

KEYWORDS: atmosphere air, dust, atmospheric aerosol, dust particle size distribution, factional composition of dust, random process, random value

FOR CITATION: Azarov V.N., Kuzmichev A.A., Nikolenko D.A., Vasilev A.N., Kozlovtseva E.Yu. The research of dust dispersed composition of urban environment. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2020; 15(3):432-442. DOI: 10.22227/1997-0935.2020.3.432-442 (rus.).

ВВЕДЕНИЕ

Современные урбанизированные территории характеризуются возрастающим количеством офисных зданий, объектов промышленности, а также высокой плотностью автомобильного транспорта. Качество городского атмосферного воздуха — одна из наиболее острых экологических проблем современности во всем мире. Загрязнение атмосферного воздуха городов увеличивается в связи с присутствием пыли, представляющей собой твердые частицы, которые находятся в воздухе под влиянием воздушных течений и оседают на различных поверхностях под воздействием силы земного притяжения или вместе с осадками. Образование пыли связано как с естественными (природными) процессами, такими как выветривание, разрушение горных пород, вулканическая активность, космическая пыль, так и с антропогенными процессами, такими как промышленность, сельское и жилищно-коммунальное хозяйство, транспортная активность [1, 2]. Наибольший вклад в загрязнение атмосферного воздуха мелкодисперсными частицами вносят следующие виды промышленности: целлюлозная, угольная, лесная, производство стали, цветная металлургия, карьерные разработки, транспорт. По результатам исследований, проведенных российскими и зарубежными учеными, около 60 % пыли, которая отделяется от автомобильных шин при движении по асфальтобетонному покрытию, имеет размеры частиц до 10 мкм. На основании исследований, проведенных Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ), увеличение предельно допустимой концентрации пыли, в том числе мелкодисперсных частиц РМ10 и РМ2.5, в атмосферном воздухе городов грозит возникновением у жителей заболеваний дыхатель-

ной и сердечно-сосудистой систем [3]. Таким образом, исследования, направленные на повышение экологической безопасности городской среды [1, 2, 4-11] за счет изучения свойств пыли, а именно ее дисперсного (фракционного) состава, являются актуальными.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Теоретические исследования закономерностей дисперсного состава пыли

В 1941 г. А.Н. Колмогоров исходя из простых предположений показал, что в процессе дробления (измельчения) твердых частиц логарифмы их размеров приближенно подчиняются гауссовскому (нормальному) закону распределения, т.е. рассматривается случайный процесс за время / [12]:

N(r,t)

1

N(t) -JlKtB

i exP

(x - At)2 2 B 2t

dx,

(1)

где N (/) — математическое ожидание общего числа N (?) частиц к моменту времени N (г, ?) — математическое ожидание числа частиц N (г, с размерами р < г к моменту времени х — стандартное отклонение логарифмов диаметров; А — медиана распределения; В — среднеквадратическое отклонение логарифмов диаметров от их среднего значения.

На основании результатов исследований А.Н. Колмогорова, а также исследований дисперсного состава большого числа пыли и порошков с постоянной плотностью частиц П.А. Коузов предложил функцию логарифмически нормального распределения массы пыли по диаметрам частиц использовать в следующем виде [13]:

< п

ф е t с

iH

G Г

сС

У

0 со § СО

1 s

У 1

J со

^ I

n °

S 3 o

zs (

о §

E w § 2

n g

S 6

r 6 t (

S ) ¡1

<D

01

« DO

■ T

s □

s У с о <D Ж WW

2 2 О О 10 10 О О

l gd

D(d) =

V2nlga -

J exP

(lgd - lgdSo)2

2lg 2a

d lgd, (2)

где d50 — медиана распределения; ^^ — стандартное отклонение логарифмов диаметров; ^а — сред-неквадратическое отклонение логарифмов диаметров от их среднего значения.

На наш взгляд, формулу (2) следует рассматривать как реализацию случайной функции (1), где параметр случайной функции — диаметр частиц. Это особенно характерно для атмосферного аэрозоля городской среды (ААГС) [14]. Еще в 1957 г. М.М. Федоров под руководством А.Н. Колмогорова показал, что желательно исследовать характер распределения частиц по размерам для гетерогенных аэрозолей, содержащих частицы различного происхождения. Таким гетерогенным аэрозолем является нижний слой

атмосферного воздуха в индустриальном городе [15]. ААГС представляет собой как частицы пыли природного и антропогенного происхождения, так и целый спектр загрязняющих веществ, среди которых бактерии, сажа, вирусы и прочие контаминан-ты. Нами осуществлена проверка подчиняемости дисперсного состава ААГС логарифмически нормальному закону распределения. Натурные исследования загрязнения воздуха ААГС

Основываясь на методике учета межрайонного переноса загрязняющих веществ, в частности пыли, наибольшую удельную нагрузку загрязнений на атмосферный воздух г. Волгограда испытывают Центральный, Ворошиловский, Краснооктябрьский и Тракторозаводский районы [16] (рис. 1).

В данных районах города расположено большое количество промышленных предприятий, а так-

N (У О О N (У

Г?«

К О

0 3

> (Л

с и

1 ™ Ш 1Л

г 1

CD

О 3

со со

о О

Ю О

S3 Й

о ЕЕ

СП ~

т- ^

со со

О 3

if W

sg

s X

i =

О tfl

ф ф

to >

Рис. 1. Удельная нагрузка загрязнений на атмосферный воздух районов г. Волгограда Fig. 1. Atmosphere air pollution intensity in Volgograd districts

Рис. 2. Гистограмма распределения объема частиц пыли по эквивалентным диаметрам, отобранной с вертикальных поверхностей зданий и сооружений: а — осенью 2015 г в урбанизированной среде; Ь — осенью 2016 г. в неурбанизированной среде

Fig. 2. Column chart of dust particle sizes over equivalent diameters. Dust particles sampled from vertical surfaces of buildings and structures: a — in an urban environment in autumn 2015; b — in a non-urban environment in autumn 2016

же основных автомобильных дорог, выбросы от которых негативно влияют не только на атмосферный воздух, но, в частности, и на внешний облик различных архитектурных объектов, представляющих собой исторический и культурный интерес. Рассмотрены образцы пыли, отобранные с вертикальных поверхностей зданий и сооружений в урбанизированной среде (Центральный район г. Волгограда) и в неурбанизированной среде (Среднеахтубинский район Волгоградской области) за многолетний период наблюдений (рис. 2). На рис. 2, а представлена гистограмма распределения объема частиц пыли по эквивалентным диаметрам, отобранной осенью 2015 г. с вертикальных поверхностей зданий и сооружений в урбанизированной среде. Размер измеренных частиц находится в диапазоне 0,8-57 мкм. Преобладающими размерами твердых частиц являются 2,5-5 мкм [1]. На рис. 2, б представлена гистограмма распределения объема частиц пыли по эквивалентным диаметрам, отобранной осенью 2016 г. с вертикальных поверхностей зданий и сооружений в неурбанизированной среде. Размер измеренных частиц находится в диапазоне: 1,25-43 мкм. Преобладающими размерами твердых частиц являются 8-10 мкм [1]. Поскольку полученные в ППП STATISTICA [17] экспериментальные значения критерия Колмогорова, а также критерия согласия Пирсона меньше их теоретических значений, то выборки подчиняются логарифмически нормальному закону распределения [18]. Установлено, что размер частиц в неурбанизированной среде более крупный [1, 2].

Осуществлено сравнение результатов практических исследований с результатами других авторов, полученных ранее. Изучен дисперсный состав кремниевой пыли, которая встречается в горнорудной, абразивной, химической, каменноугольной и других отраслях промышленности и является со-

ставной частью ААГС. Размер измеренных частиц находится в диапазоне от 0,5 до 450 мкм. Преобладающими размерами твердых частиц являются 5—20 мкм. Крупный размер частиц объясняется тем, что в производственной среде частицы кремнеземистой пыли объединяются в конгломераты кремнийсодер-жащей пыли [19, 20]. Так как экспериментальные значения критерия Колмогорова, а также критерия согласия Пирсона меньше их теоретических значений, то исследуемые выборки кремнийсодержащей пыли подчиняются логарифмически нормальному закону распределения. Сравнение результатов практических исследований с полученными ранее результатами других авторов демонстрирует их согласованность, что позволяет говорить об адекватности и достоверности полученных результатов исследований.

Исследование возможности применения усеченного логарифмически нормального закона распределения для характеристики дисперсного состава ААГС

Ученые В.В. Недин и О.Д. Нейков при проведении своих исследований установили, что представление частиц пыли, поступающей от технологических процессов, связанных с переработкой железосодержащих руд, в виде единой логарифмической прямой невозможно. По мнению Г.Г. Селиванова, дисперсный состав описывается кусочно-линейными функциями, т. е. в вероятностно-логарифмической системе координат это ломаная линия. О.Д. Нейков и И.Н. Логачев в своих трудах предоставляли результаты анализа дисперсного состава пыли железа, которая образуется от технологического оборудования на нескольких стадиях технологического процесса. Так, распределение представлено в виде кривых линий в вероятностно-логарифмической системе координат. Р.Х. Халилова

< п

(D ф t О

i мМ

G Г s С

Со

У

0 со

n СО

1 2 y 1

J CD

U

^ I

n °

2 3 о

=! (

о n

CO CO

n 2 n 0 2 6 r 6

c о

2 )

H ® 0

01 В

T

s У с о <D Ж W W

2 2 О О 2 2 О О

о о

сч N

о о

сч сч

(О (О к (V и з

> (Л С И

он in jj

<U ф

о ё —■

о

о £J CD <

8 «

CO CO

E w

si £ *

U in Ф Ш

u >

в своих работах подчеркивает, что дисперсный состав пыли имеет логарифмически нормальное распределение, но возможно его представление в виде кривых [21].

Зарубежные и отечественные ученые Е. Рамблер, И. Свенсон, П. Розин, Г.И. Ромашов, В.А. Мин-ко, Е.И. Богуславский и др. описывали теоретические зависимости распределения и предложили методы построения кривой распределения частиц пыли по диаметрам. В работах В.Н. Азарова, Е.Ю. Тетере-вой, Е.А. Калюжиной, М.Е. Горбуновой, Н.С. Жуковой и др. было показано, что пыль, поступающая в атмосферу в результате деятельности производств строительной отрасли, подчиняется усеченному логарифмически нормальному распределению [21].

На рис. 3 представлены интегральные функции распределения объема частиц ААГС по эквивалентным диаметрам в часы пиковой нагрузки: функции усеченного логарифмически нормального распределения объема частиц в виде кривых 2-4 и функция логарифмически нормального распределения объема частиц в виде прямой (касательной) линии 1. Интегральная функция 1 демонстрирует, что до размера частиц 15 мкм распределение дисперсного состава твердых частиц подчиняется логарифмически нормальному закону и выражению (2). При размере твердых частиц более 15 мкм распределение их дисперсного состава подчиняется усеченному логарифмически нормальному закону.

Представленные выше результаты подтверждаются многолетними исследованиями авторов. Рассмотрим интегральные функции распределения объема частиц по эквивалентным диаметрам для пыли, отобранной с вертикальных поверхностей, расположенных в урбанизированной и неурбанизированной средах за осенний период наблюдения с 2015 по 2018 г. (рис. 4). Данные о диапазоне изменения размеров частиц содержатся в табл. 1.

Интегральные кривые на рис. 3 (кривые 2-4) и 4 могут быть описаны кусочным логарифмически нормальным распределением. В ранее проведенных исследованиях рассмотрены различные методы характеристики интегральных функций распределения. Если сравнить методы характеристики функции распределения объема частиц по эквивалентным диаметрам, то можно сделать вывод, что наиболее точно кривые могут быть описаны трехзвенным сплайном (линейная функция, парабола, гипербола). В результате такой аппроксимации сумма квадратов отклонений будет меньше, чем при использовании двухзвенного сплайна (линейная функция, гипербола) [22-24]. В целом данные интегральные кривые имеют вид усеченного логарифмически нормального распределения: верхняя граница диапазона изменения случайной функции составляет 40 мкм, нижняя граница диапазона изменения случайной функции составляет 70 мкм.

Усеченное логарифмически нормальное распределение образовано из классического логариф-

<л

(Л

Е о

DL ° ^ с Ю О

S «

сэ Е

О) ^ т- ^

Рис. 3. Интегральные функции распределения объема частиц городской пыли по эквивалентным диаметрам в вероятностно-логарифмической системе координат в часы пиковой нагрузки: 1 — функция логарифмически нормального распределения в виде прямой (касательной) линии; 2-4 — функции усеченного логарифмически нормального распределения частиц в виде кривых; 3 — верхняя граница диапазона изменения случайной функции; 4 — нижняя граница диапазона изменения случайной функции

Fig. 3. Integral distribution functions describing urban dust particle size over equivalent diameters in the probabilistic -logarithmic coordinate system during peak hours: 1 — log normal distribution function in the form of a straight (tangent) line; 2-4 — truncated log normal distribution functions of particles in the form of curves; 3 — upper limit of the random function range; 4 — lower limit of the random function range

мически нормального распределения, ограничивая интервал значений случайной величины — диаметра частиц, мкм. В общем случае усечение может быть: левым — (0; +да), двусторонним — (51; 52). Плотность распределения усеченного логарифмически нормального закона имеет вид [25]:

f ( x) =

C • f (x), x е [Ömin ; ömax ];

0.

[S

min ; Smax

(3)

Рис. 4. Интегральные функции распределения объема частиц пыли по эквивалентным диаметрам за осенний период в урбанизированной среде: 1 — 2015 г.; 2 — 2016 г.; 3 — 2017 г.; 4 — 2018 г.; в неурбанизированной среде: 5 — 2015 г.; 6 — 2016 г.; 7 — 2017 г.; 8 — 2018 г. Fig. 4. Integral distribution functions describing dust particle size distribution over equivalent diameters in an urban environment in autumn: 1 — 2015; 2 — 2016; 3 — 2017; 4 — 2018; in a non-urban environment: 5 — 2015; 6 — 2016; 7 — 2017; 8 — 2018

где /х) — плотность распределения логарифмически нормального распределения; С — нормирующий множитель, определяемый из условия, что площадь под кривой равна 1. Дисперсный состав ААГС как случайная функция

Проведены исследования дорожной пыли, которая является неотъемлемой частью ААГС. Ее состав формируется из выхлопных газов, износа колес и тормозных колодок автомобилей, износа проезжей части и т.д. [26-29]. На рис. 5, а представлены интегральные функции распределения объема частиц по эквивалентным диаметрам для пыли, отобранной в воздухе урбанизированной среды вблизи автомобильных дорог в Центральном районе г. Волгограда с 19 до 22 часов. На рис. 5, Ь приведена гистограмма и теоретическая кривая распределения максимальной суточной концентрации частиц РМ10, также отобранных в воздухе городской среды вблизи автомобильных дорог в Центральном районе г. Волгограда с 19 до 22 ч. Анализ выборочных данных и гистограммы распределения показал, что значения максимальных суточных концентраций частиц

Табл. 1. Размеры частиц пыли, отобранной с вертикальных поверхностей зданий и сооружений, расположенных в урбанизированной и неурбанизированной средах круглый год с 2015 по 2018 г.

Table 1. The sizes of dust particles sampled from vertical surfaces of buildings and structures located in urban and non-urban environments in winter, spring, summer and autumn observation periods in 2015-2018

Сезон / Площадка наблюдений / Observation environment Размеры частиц за периоды наблюде-

Season ний, мкм / Particle size in observation

periods, um

2015 г. 2016 г. 2017 г. 2018 г.

Зима / Урбанизированная среда / Urban environment мин. / min. 0,65 0,70 0,85 0,73

Winter макс. / max. 65 70 58 63

Неурбанизированная среда / Non-urban environment мин. / min. 2,5 2,4 2,3 2,6

макс. / max. 51 55 50 45

Весна / Урбанизированная среда / Urban environment мин. / min. 0,75 0,80 0,68 0,73

Spring макс. / max. 44 58 45 53

Неурбанизированная среда / Non-urban environment мин. / min. 1,73 1,68 1,70 1,75

макс. / max. 48 45 53 44

Лето / Урбанизированная среда / Urban environment мин. / min. 0,50 0,56 0,45 0,50

Summer макс. / max. 65 81 73 67

Неурбанизированная среда / Non-urban environment мин. / min. 0,65 0,63 0,72 0,80

макс. / max. 53 62 60 55

Осень / Урбанизированная среда / Urban environment мин. / min. 0,80 0,60 0,85 0,75

Autumn макс. / max. 57 62 55 58

Неурбанизированная среда / Non-urban environment мин. / min. 1,77 1,25 1,53 1,48

макс. / max. 48 43 52 55

< П

8 8 =. H

G Г go

C У

y

J со

H 0 0

Л 8

О СЛ

о?

s)

t I u S

t со

o Л

О 4

СЛ ^

rr 6

c о ? 0

to t

e o

œ cd

I®

1 ЛЛ

СЛ В " T

ис

с о о я

WW

2 2 О о ГО Is) о о

x

D(dX%fD(dp

3 4 5 6 78910 мкм, % / Dv

20 30 50 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22 0.24 0.26 0.28 0.30 0.32 0.34 0.36

^ шп, % РМ10

a b

Рис. 5. Исследование пыли в воздухе урбанизированной среды вблизи автомобильных дорог в Центральном районе г. Волгограда: а — интегральные функции распределения объема частиц пыли по эквивалентным диаметрам; b — гистограмма и теоретическая кривая распределения максимальной суточной концентрации пыли РМ10 Fig. 5. The study of dust in the air of an urban environment near motor roads in the Tsentralny district of Volgograd: a — integral functions describing dust particle size distribution over equivalent diameters; b — column chart and theoretical curve describing the distribution of maximal daily dust concentration DM10

О о

гч гч

о о

гч сч

С0<0 И Ф

0 3 > (Л Е Я

1 ~

BQ Ю

ij Т £

Ф d)

Л !з

о Ш

---

о ^ О О СО <

а =

Z ■ i

со Ц

92 ё ^ w

с

С О

it ° ^ с

ю о

CD « ° §

о ^

со со

* а

0 3 L. W

ч £ *

1 £

О (Я ф ф

со >

РМ10 в воздушной среде вблизи автомобильных дорог согласуются с логарифмически нормальным законом распределения.

Кривые, представленные на рис. 6, являются реализацией функции распределения объема частиц ААГС, которые отобраны в воздушной среде Центрального района г. Волгограда (пересечение пр-та им. В.И. Ленина и ул. Комсомольская) в две смены: утренняя смена (8:00-12:00) при температуре воздуха Т = -2,6° и относительной влажности воздуха Ш = 83 %; вечерняя смена (17:00-21:00) при Т=-1,8°, Ш = 76 %. Кривые 1 и 2 имеют вид усеченного логарифмически нормального распределения с двусторонним усечением: слева граница усечения — 0,3 мкм, справа граница усечения — 10 мкм.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

На основании многолетних исследований установлено, что дисперсный состав ААГС подчиняется усеченному логарифмически нормальному закону распределения. Дисперсный состав ААГС можно рассматривать как случайную функцию, а значения концентрации ААГС, в том числе мелкодисперсных частиц РМ10 и РМ2.5, — как случайные величины. Возможно получение характеристик дисперсного состава пыли в воздушной среде, а также определение дополнительных показателей, а именно среднее время пребывания фракционной концентрации выше заданного уровня, среднее число выходов фракционной концентрации в единицу времени за фиксированный уровень и др.

Рис. 6. Реализация функции распределения объема частиц по эквивалентным диаметрам для пыли, отобранной на пересечении пр-та им. В.И. Ленина и ул. Комсомольская: 1 — в утренний период наблюдений; 2 — в вечерний период наблюдений Fig. 6. Implementation of the particle size distribution function over equivalent diameters for dust sampled at the intersection of V.I. Lenin Avenue and Komsomolskaya st.: 1 — in the morning observation period; 2 — in the evening observation period

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБСУЖДЕНИЕ

Вопросы, связанные с изучением дисперсного состава ААГС, способствуют решению целого ряда задач, связанных с повышением экологической безопасности городской среды, охраной и укреплением здоровья населения. Это возможно за счет снижения концентрации ААГС в том числе и во внутренней воздушной среде зданий (жилые дома, школы, университеты, торговые и деловые центры и др.), так как в этих помещениях нахождение людей носит постоянный или продолжительный характер. Снижение концентрации ААГС в воздушной городской

среде обеспечивает сохранение внешнего облика зданий и сооружений, что в свою очередь способствует формированию комфортной для населения визуальной среды. С позиции визуальной экологии ухудшение внешнего вида строительных объектов негативно отражается на здоровье человека посредством его психоэмоционального восприятия увиденного. Таким образом, снижение загрязнения атмосферы городов решает проблемы здоровья и экологии человека, а также способствует сохранению объектов городской среды, демонстрирующих архитектурные и конструктивные особенности различных исторических периодов развития страны.

ЛИТЕРАТУРА

1. Kuzmichev A.A., Azarov V.N., Kuzmichev A.V. The research of contamination regularities of historical buildings and architectural monuments by methods of computer modeling // MATEC Web of Conferences. 2017. Vol. 129. P. 05002. DOI: 10.1051/matecco-nf/201712905002

2. Kuzmichev A.A., Loboyko V.F. Impact of the Polluted Air on the Appearance of Buildings and Architectural Monuments in the Area of Town Planning // Procedia Engineering. 2016. Vol. 150. P. 2095-2101. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.07.244

3. Health risks of particulate matter from long-range transboundary air pollution. Joint WHO/Convention Task Force on the Health Aspects of Air Pollution. European Centre for Environment and Health Bonn Office. Copenhagen: WHO Regional Office for Europe, 2006.

4. Slesarev M.Yu., Telichenko V.I. The computer modeling concept in the paradigm of green standardization of ecological construction // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 456. P. 012126. DOI: 10.1088/1757-899X/456/1/012126

5. Azarov V., Barikaeva N, Solovyeva T. Monitoring of Fine Particulate Air Pollution as a Factor in Urban Planning Decisions // Procedia Engineering. 2016. Vol. 150. P. 2001-2007. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.07.279

6. Теличенко В.И., Бенуж А.А., Мочалов И.В. Формирование комфортной городской среды // Недвижимость: экономика, управление. 2017. № 1. С. 30-33. URL: https://elibrary.ru/item. asp?id=29993249

7. Теличенко В.И. Строительная наука в формировании среды жизнедеятельности // Academia. Архитектура и строительство. 2017. № 1. С. 98-100.

8. Бакаева Н.В., Чайковская Л.В., Кормина А.А. Градоустройство как комплексная деятельность по созданию социально-ориентированной городской среды // Биосферная совместимость: человек, регион, технологии. 2019. № 1 (25). С. 94-106. DOI: 10.21869/23-11-1518-2019-25-1-94-106

9. Бакаева Н.В., Бунина О.В., Натарова А.Ю, Игин А.Ю. Методика оценки состояния жилищного фонда с позиции его комфортности // Биосферная совместимость: человек, регион, технологии. 2017. № 1 (17). С. 37-46.

10. Ельчищева Т.Ф. Безопасная эксплуатация наружных ограждающих конструкций зданий при ^ п неблагоприятном воздействии среды // Вестник ® ® МГСУ. 2019. Т. 14. № 5 (128). С. 570-588. DOI: ■? £ 10.22227/1997-0935.2019.5.570-588 к К

9 "

11. Князев Д.К. Экологическое обоснование формирования системы озеленения крупного и о города // Вестник МГСУ. 2018. Т. 13. № 8 (119). . Я С. 973-983. Б01: 10.22227/1997-0935.2018.8.973-983 0 Й

12. Колмогоров А.Н. О логарифмическом нор- ^ — мальном законе распределения размеров частиц при ^ 9 дроблении // Доклады Академии наук СССР. 1941. Г — Т. 31. № 2. С. 99-101. |§

— со

13. Коузов П.А. Основы анализа дисперсного § ( состава промышленных пылей и измельченных о § материалов. 3-е изд., перераб. Л. : Химия, 1987. 263 с.

14. Андреева И.С., Куценогий К.П. Аэрозоли с й Сибири / отв. ред. К.П. Куценогий. Новосибирск : 0 2 Изд-во СО РАН, 2006. 547 с. §0

15. Федоров М.М. О распределении по разме- — 6 рам частиц пыли и дыма в воздухе индустриально- с 0 го города // Доклады Академии наук СССР. 1958. е 00 Т. 118. № 4. С. 691-693. а^

16. Донцова Т.В. Балансовый метод оценки • ) загрязнения воздушной среды крупных городов < Т на принципах биосферной совместимости : дис. ... ¡о канд. техн. наук. Волгоград, 2016. 24 с. 3 ^

Ф 5

17. Буреева Н.Н. Многомерный статистический ^ . анализ с использованием ППП <^ТАТ^Т1СА». 5я Ы Нижний Новгород, 2007. 112 с. «Т у

18. Ельчищева Т.Ф., Миронова Е.Н. Оптимиза- § ^ ция обработки экспериментальных данных экологи- ы ы

ческого мониторинга // Биосферная совместимость: 2 2

о о

человек, регион, технологии. 2017. № 4 (20). С. 86-95. 0 0

о о

сч N

о о

сч N

(О (О

к <и

U 3 > (Л С И

U in

¡1

ф <u

о % —■

о

О U со <

8 « 5

<Л (Л

о О

ю со

О)

о

I

О) О)

(Л (Л

¡1 w

£ S

Es

ü to Ф Ф СО >

19. Жукова Н.С., Остаали М., Хегай Д.С. О фракционном проскоке пыли для выбросов в атмосферу после действующих циклонов // Биосферная совместимость: человек, регион, технологии. 2016. № 1 (13). С. 68-76.

20. Богомолов А.Н., Жукова Н.С., Азаров Д.В., Хегай Д.С. Оценка пылевого фактора в воздухе рабочей зоны на предприятиях по производству мела // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Строительство и архитектура. 2016. № 43 (62). С. 175-188.

21. Маринин Н.А. Исследование дисперсного состава пыли в инженерно-экологических системах и выбросах в атмосферу предприятий стройинду-стрии : дис. ... канд. техн. наук. Волгоград, 2014. 20 с.

22. Калюжина Е.А., Киреееа А.И., Маринин H.A., Гладкое Е.В., Михайловская Ю.С. Об аппроксимации интегральных функций дисперсного состава пыли в воздушной среде // Альтернативная энергетика и экология. 2013. № 14 (136). С. 52-56.

23. Пономарева Н.С. Совершенствование систем защиты от пыли с применением аппаратов ВЗП на строительных предприятиях по производству мела : автореф. дис. .канд. техн. наук. Волгоград, 2011. 20 с.

24. Барикаева Н.С. Совершенствование системы мониторинга загрязнения воздуха придорожных

Поступила в редакцию 11 декабря 2019 г. Принята в доработанном виде 16 января 2020 г. Одобрена для публикации 27 февраля 2020 г.

территорий городов мелкодисперсной пылью : дис. ... канд. техн. наук. Волгоград, 2017. 21 с.

25. Нечаев Д.Ю., Чекмарев Ю.В. Надежность информационных систем. М. : ДМК Пресс, 2012. 62 с.

26. Барикаева Н.С. О методах снижения негативного воздействия автомобильного транспорта на качество атмосферного воздуха городской среды // Ресурсоэнергоэффективные технологии в строительном комплексе региона. 2017. № 8. С. 327-329.

27. Николенко Д.А., Насими М.Х., Барикаева Н.С. Сравнительный анализ загрязнения мелкодисперсной пылью атмосферы городов Волгограда и Кабула // Инженерный вестник Дона. 2017. № 4 (47). С. 184.

28. Zhukova N.S., Dobrinskij D.R., Azarov A.V. Reduction of pollutant concentrations under adverse weather conditions with optical dynamic measurement systems // International conference on industrial engineering, applications and manufacturing (ICIEAM). 2017. DOI: 10.1109/ICIEAM.2017.8076488

29. Bakaeva N.V., Chernyaeva I.V. Criterion for estimation of ecological safety of objects of urban transport construction // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2017. Vol. 262. P. 012192. DOI: 10.1088/1757-899X/262/1/012192

Об авторах: Валерий Николаевич Азаров — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой безопасности жизнедеятельности в строительстве и городском хозяйстве; Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ); 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, д. 1; РИНЦ ID: 148320, Scopus: 7004170297, Researcher ID: N-2168-2018, ORCID: 0000-0001-7948-3049; azarovpubl@mail.ru;

Андрей Александрович Кузьмичев — кандидат технических наук, инженер кафедры безопасности жизнедеятельности в строительстве и городском хозяйстве; Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ); 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, д. 1; РИНЦ ID: 856738, Scopus: 57190962923, ResearcherID: H-7075-2017; ORCID: 0000-0001-9784-4928; andrew_9207@mail.ru;

Денис Александрович Николенко — кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой автомобильные дороги; Донской государственный технический университет (ДГТУ); 344000, г. Ростов-на-Дону, площадь Гагарина, д. 1; РИНЦ ID: 396295, Scopus: 57205862811, ResearcherID: AAG-7381-2019, ORCID: 0000-0002-7119-002X; d.a.nikolenko@mail.ru;

Анатолий Николаевич Васильев — председатель комитета транспорта и дорожного хозяйства Волгоградской области; Комитет транспорта и дорожного хозяйства Волгоградской области; 400120, г. Волгоград, ул. Елецкая, д. 1а, пом. 16; auto@volganet.ru;

Елена Юрьевна Козловцева — аспирант кафедры безопасности жизнедеятельности в строительстве и городском хозяйстве; Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ); 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, д. 1; РИНЦ ID: 847170, Scopus: 57190964949, ResearcherID: AAF-8039-2019, ORCID: 0000-0001-6881-1529; elenakozlovtseva@gmail.com.

REFERENCES

1. Kuzmichev A.A., Azarov V.N., Kuzmi-chev A.V. The research of contamination regularities of historical buildings and architectural monuments by methods of computer modeling. MATEC Web of Conferences. 2017; 129:05002. DOI: 10.1051/matec-conf/201712905002

2. Kuzmichev A.A., Loboyko V.F. Impact of the Polluted Air on the Appearance of Buildings and Architectural Monuments in the Area of Town Planning. Procedía Engineering. 2016; 150:2095-2101. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.07.244

3. Health risks of particulate matter from long-range transboundary air pollution. Joint WHO / Convention Task Force on the Health Aspects of Air Pollution. European Centre for Environment and Health Bonn Office. Copenhagen: WHO Regional Office for Europe; 2006.

4. Slesarev M.Yu., Telichenko V.I. The computer modeling concept in the paradigm of green standardization of ecological construction. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018; 456:012126. DOI: 10.1088/1757-899X/456/1/012126

5. Azarov V., Barikaeva N., Solovyeva T. Monitoring of Fine Particulate Air Pollution as a Factor in Urban Planning Decisions. Procedia Engineering. 2016; 150:2001-2007. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.07.279

6. Telichenko V.I., Benuzh A.A., Mochalov I.V. Shaping Comfortable Urban Environment. Realty: economy, management. 2017; 1:30-33. URL: https://elibrary. ru/item.asp?id=29993249 (rus.).

7. Telichenko V.I. Construction Science in the Formation of Living Environment. Academia. Architecture and Construction. 2017; 1:98-100. (rus.).

8. Bakaeva N.V., Chaikovskaya L.V., Kormi-na A.A. The urban planning as a complex activity oriented at the foundation of socially oriented city environment. Biosphere compatibility: people, regions, technologies. 2019; 1(25):94-106. DOI: 10.21869/2311-1518-2019-25-1-94-106 (rus.).

9. Bakaeva N.V., Bunina O.V., Natarova A.Yu., Igin A.Yu. Methodology of assessment of housing stock from the position of its comfort. Biosphere compatibility: people, regions, technologies. 2017; 1(17):37-46. (rus.).

10. Elchishcheva T.F. Safe usage of external enclosures under adverse environmental exposure. Vest-nik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2019; 14(5):(128): 570-588. DOI: 10.22227/1997-0935.2019.5.570-588 (rus.).

11. Knyazev D.K. Ecological substantiation of formation of the large city planting system. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2018; 13(8):(119):973-983. DOI: 10.22227/1997-0935.2018.8.973-983 (rus.).

12. Kolmogorov A.N. On the log-normal law of particle size distribution during crushing. Reports of the USSR Academy of Sciences. 1941; 31(2):99-101. (rus.).

13. Kouzov P.A. Fundamentals of the analysis of the dispersed composition of industrial dusts and crushed materials. Leningrad, Chemistry, 1987; 264. (rus.).

14. Andreeva I.S., Kutsenogiy K.P. Aerosols of Siberia. Novosibirsk, Publishing House of the SB RAS, 2006; 548. (rus.).

15. Fedorov M.M. On the size distribution of dust and smoke particles in the air of an industrial city. Reports of the USSR Academy of Sciences. 1958; 118(4):691-693. (rus.).

16. Dontsova T.V. The balance methodfor assessing the air pollution of large cities on the principles of biosphere compatibility : dis ... of the Candidate of Technical Science. Volgograd, 2016; 24. (rus.).

17. Bureeva N.N. Multivariate statistical analysis using PPP STATISTICA. Nizhny Novgorod, 2007; 112. (rus.).

18. Elchishcheva T.F., Mironova E.N. Optimization of the processing of experimental data of ecological monitoring. Biosphere compatibility: people, regions, technologies. 2017; 4(20):86-95. (rus.).

19. Zhukova N.S., Ostaali M., Khegay D.S. About fractional breakthrough dust for emissions to atmosphere after a cyclone. Biosphere compatibility: people, regions, technologies. 2016; 1(13):68-76. (rus.).

20. Bogomolov A.N., Zhukova N.S., Azarov D.V., Khegai D.S. Assessment of dust factor in air of the working zone at the enterprises of chalk production. Bulletin of Volgograd State University of Architecture and Civil Engineering. Series: Civil Engineering and Architecture. 2016; 43(62):175-188. (rus.).

21. Marinin N.A. Study of the dispersed composition of dust in environmental engineering systems and atmospheric emissions of construction industry enterprises : dis. ... of the Candidate of Technical Science. Volgograd, 2014; 20. (rus.).

22. Kalyuzhina E.A., Kireyeva A.I., Marinin N.A., Gladkov E.V., Mikhailovskaya Yu.S. About approximation of integrated functions of disperse structure of a dust in the air environment. Alternative Energy and Ecology. 2013; 14(136):52-56. (rus.).

23. Ponomareva N.S. Improving the dust protection system with the use of CDW devices at construction enterprises producing chalk: thesis of dis.... of the Candidate of Technical Science. Volgograd, 2011; 20. (rus.).

24. Barikaeva N.S. Improving the monitoring system for air pollution of roadside territories of cities with fine dust: dis. ... of the Candidate of Technical Science. Volgograd, 2017; 159. (rus.).

25. Nechaev D.Yu., Chekmarev Yu.V. Reliability of information systems. Moscow, DMK Press, 2012; 62. (rus.).

26. Barikaeva N.S. About methods to reduce the negative impact of road transport on the atmospheric

< 00

<d е t с

i H

G Г сС

У

0 со

§ СО y 1

J со

^ I

n °

D> 3 o

zs (

01

о §

E w

§ 2

n 0

D 6

A CD

Г 6 t (

CD ) ¡¡

<D

01

« DO

■ T

(Л У

с о <D X WW

2 2 О О 2 2 О О

air quality of the urban environment. Resource-energy- weather conditions with optical dynamic measurement

efficient technologies in the construction complex of the systems. International conference on industrial engi-

region. 2017; 8:327-329. (rus.). neering, applications and manufacturing (ICIEAM).

27. Nikolenko D.A., Nasimi M.H., Barikaeva N.S. 2017. DOI: 10.1109/ICIEAM.2017.8076488

A comparative analysis of fine dust pollution in the at- 29. Bakaeva N.V., Chernyaeva I.V. Criterion

mosphere of the cities of Volgograd and Kabul. Engi- for estimation of ecological safety of objects of urban

neering Journal of Don. 2017; 4(47):184. (rus.). transport construction. IOP Conference Series: Materi-

28. Zhukova N.S., Dobrinskij D.R., Azarov A.V. als Science and Engineering. 2017; 262: 012192. DOI: Reduction of pollutant concentrations under adverse 10.1088/1757-899X/262/1/012192

Received December 11, 2019.

Adopted in a revised form on January 16, 2020.

Approved for publication February 27, 2020.

Bionotes: Valeriy N. Azarov — Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of Life Safety in Civil Engineering and Municipal Economy; Volgograd State Technical University (VSTU); 1 Akademicheskaya st., Volgograd, 400074, Russian Federation; ID RISC: 148320, Scopus: 7004170297, ResearcherlD: N-2168-2018, ORCID: 0000-0001-7948-3049; azarovpubl@mail.ru;

Andrey A. Kuzmichev — Candidate of Technical Sciences, Engineer of the Department of Life Safety in Civil Engineering and Municipal Economy; Volgograd State Technical University (VSTU); 1 Akademicheskaya st., Volgograd, 400074, Russian Federation; ID RISC: 856738, Scopus: 57190962923, ResearcherID: H-7075-2017; ORCID: 0000-0001-9784-4928; andrew_9207@mail.ru;

Denis A. Nikolenko — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Head of the Department of 0 q Highways; Don State Technical University (DSTU); 1 Gagarin Square, Rostov-on-Don, 344000, Russian Federation;

ID RISC: 396295, Scopus: 57205862811, ResearcherID: AAG-7381-2019, ORCID: 0000-0002-7119-002X; d.a.nikolenko@mail.ru;

(O (O

£ q Anatoliy N. Vasilev — Chairman; Committee of Transport and Road Facilities of the Volgograd Region;

> In 1a Eletskaya st., Volgograd, 400120, Russian Federation; auto@volganet.ru;

с и U in

in

<v £

о ё —■

о

о cj CD <f

S = 5

CO CO

о

о

ю со

О)

о

I

О) О)

(Л (Л

¡1 w

£ * is

О (П ф ф

СО >

Elena Yu. Kozlovtseva — graduate student at the Department of Life Safety in Civil Engineering and Municipal Economy; Volgograd State Technical University (VSTU); 1 Akademicheskaya st., Volgograd, 400074, Russian Federation; ID RISC: 847170, Scopus: 57190964949, ResearcherID: AAF-8039-2019, ORCID: 0000-0001-6881-1529;

elenakozlovtseva@gmail.com.

i ?

<D ф