ИССЛЕДОВАНИЕ НЕДЕЛЬНОГО ЦИКЛА И СУТОЧНОГО ХОДА ОКСИДОВ АЗОТА И ОЗОНА В ГОРОДСКОМ ВОЗДУХЕ Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

Краткие сообщения

УДК 6)4.71:546.2141-07

Н. А. Гуревич, И. Я. Сигал, Э. П. Домбровская, А. М. Куклин

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕДЕЛЬНОГО ЦИКЛА И СУТОЧНОГО ХОДА ОКСИДОВ АЗОТА И ОЗОНА В ГОРОДСКОМ ВОЗДУХЕ

Институт газа АН УССР

В настоящей работе впервые представлены результаты систематических измерений содержания озона (03) и оксидов азота (N0, КОо) в городском воздухе, поскольку эти три компонента образуют взаимосвязанную систему. Раздельное измерение N0 и М02 в городском всздухе выполнялось и ранее [3, 5, 6], однако без одновременного измерения количества озона.

В ходе изучения физико-химических закономерностей доокисления N0 в N02 в воздухе установлена определяющая роль атмосферного 03 в процессе образования диоксида азота [1, 4), токсичность которого в несколько раз больше, чем N0. Наши исследования показали, что выброс оксидов азота приводит к снижению содержания и ускоренному стоку 03 в приземной атмосфере. Такая динамика системы 03 — N0 — Г\'02, по-видимому, вообще характерна для расположенных в северных широтах городов с умеренной интенсивностью движения автотранспорта.

Контрольная точка, в которой выполнены измерения, расположена па высоте 15 м внутри городского квартала, ограниченного с четырех сторон автомагистралями. Независимо от направления ветра контрольная точка всегда находилась с подветренной стороны одной из дорог (расстояние до ближайшей автомагистрали 50 м, до наиболее удаленной 350 м). Концентрацию 03 регистрировали непрерывно газоанализатором «Атмосфера-II». Проверку озоно-метра проводили по образцовому генератору озона 652 ГС-01. Концентрации Ы02 и N0 измеряли дискретно (через каждые 2 ч при длительности отбора пробы 45 мин) колориметрическим методом [2].

На рис. 1 показан типичный недельный цикл осреднен-ных концентраций оксидов азота и 03. Концентрации выражены в частях на миллиард частей (наночастях — нч), осреднены с 10 до 20 ч местного времени и, следовательно, отражают среднедневное содержание рассматриваемых компонентов. Как видно, в городском воздухе суммарный уровень оксидов азота изменяется практически

а б

Рис. 2. Суточный ход концентраций 03, N0 и Ы02 з городском воздухе.

По оси абсцисс — часы суток, полдень (/), заход (//). восход (III) солнца: по осп ординат — концентрация (в нч); а — зоскресенье — понедельник (6—7 мая 1984 г.); б — пятница — суббота (18—19 мая 1984 г.).

Пн Вт Ср Чт Пг Сб Вс

Рис. 1. Недельный цикл содержания оксидов азота и 03

в городском воздухе. По оси абсцисс — дни недели; по осн ординат — наночастн (слева) и число единиц в час (справа); а — интенсивность движения автотранспорта (М) и содержание суммы оксидов азота (МОх); б — содержание 03 и диоксида азота (1 нч=<2 мкг/м3=0,002 мг/м3).

так же, как и дзижение автотранспорта с довольно резким уменьшением грузопотока в конце недели (см. рис. I, а). Взаимно противоположный характер имеет изменение содержания 03 и диоксида азота (см. рис. 1, б), причем сумма концентраций 03 и Ы02 (показана пунктиром) обнаруживает явную тенденцию к постоянству, во всяком случае изменяется существенно слабее по сравнению с ее компонентами. Это однозначно указывает на то, что образование М02 в данном случае обусловлено именно атмосферным озоном, а не другими окислителями [1].

Суточный ход концентраций 03, ¡\Ю2 и N0 в сравнительно чистом и умеренно загрязшунюм воздухе показан на рис. 2. Следует обратить внимание на следующие об- . стоятельства. Ночью всегда наблюдается сток 03 со ско- Щ, ростыо, прямо пропорциональной уровню N0^, однако со- * отношение между N0 и М02 мало изменяется, так что степень доокисления не превышает 85 %• В чистом воздухе 03 присутствует круглосуточно; ночной сток 03 восстанавливается в утренние часы, и поддерживается высокий уровень озона в дневное время. В воздухе, загрязненном оксидами азота, суточные колебания концентрации 03 ста-

Усредненные данные о содержании 03, N0 и К02 в город-^цском воздухе

Показатели Единица Дни недели

измерения рабочие выходные

Концентрация в воздухе:

о. мг/м3 0,061 0,122

нч 30 60

N0, мг/м3 0,041 0,013

нч 22 7

N0 мг/м3 0,016 0,004

нч 13 3

Интенсивность движения

автотранспорта ед./ч 1800 1000

Степень дооксиления N0 в

N02

N0 + N0. % 63 70

новятся более резкими с уменьшением его содержания до нуля в утренние часы.

Анализ суточного хода концентраций 03, N0 и К02 в другие дни показал, что указанные тенденции сохраняются и могут быть обобщены (см. таблицу), хотя количественные отклонения возможны уже потому, что наиболее ди-ч намичный компонент системы 03 имеет, кроме суточного, щеще и годичный цикл с максимумом содержания весной и минимумом осенью.

Рассмотрим подробнее соотношение между N0 и N02, тем более что этот вопрос приобрел важное практическое значение после ввода в 1982 г. раздельных ПДК N0 и Ы02.

Обработка всех полученных нами данных (255 проб), часть которых приведена на рис. 3, показала, что полного доокисления N0 в ¡Ч'02 никогда не наблюдается. Особый интерес представляют показатели в ночное время (см. рис. 2, а), из которых следует, что оксид азота и 03 регистрируются приборами в течение нескольких часов, хотя при большом избытке 03 (80 нч) по сравнению с N0 (2—3 нч) время 99 % доокисления N0 по реакции

ЫО+Оз-йМОг+Ог, ¿=1,3 (нч-ч)-1 составляет всего

1п 100

%= п = 0,044 ч (2,5 мин).

80

ВО

40

• 20

О

о ю го зо <ю 5о

Рис. 3. Степень доокисления N0 в \Ю2 в городском воздухе.

По оси абсцисс — количество 1ч'Ох (п нч); по оси ординат — процент ГЮ2 в сумме МОх, кружки и крестики — выходные и рабочие дни соответственно.

Достижение равновесия наиболее вероятно во второй половине дня (16—18 ч), когда концентрация 03 в воздухе приближается к максимуму, а зависящее от высоты подъ-

к+

ема солнца [4] отношение констант -¡т—еще достаточно велико. В этот период равновесная степень доокисления N0 в Ы02 следующая:

40

30

'го

ю

и 1\и2 контролируется реакциями Аг N0 03 —Ш2+02

N0, + Оз

N0 + 202

20,

30,

т. е. оксиды азота способствуют стоку 03 из атмосферы без полного доокисления N0 в Ы02.

В дневное время полному доокислению N0 в М02 препятствует обратимый характер реакции темповой канал, к

N0+0,

световой канал, к +

N0., + 02.

Под действием солнечного света равновесие темповой и световой реакций смещается в сторону фотолиза N0* и генерации 03 (особенно в городах, расположенных в южных широтах). Равновесное соотношение оксидов азота определяется равенством

" (N0) 1 к+ (N0») ] ~ |-(03) '

(И

где к+ и к- — константы скорости светового и темпового каналов обратимой реакции соответственно.

/

^к.__ }т N0, У

4 | в I

/г

¡в

гО | 24 I

ш

40 30 20 10

_/ V. / &0

4 | в I

12

16

20 | 24 Л

* \ Ж

Рис. 4. Суточный ход концентраций 03, N0 и Ы02 в г. Назарове.

По осям абсцисс п ординат — то же, что на рис. 2; а — суббота —■ воскресенье (9—10 июня 1984 г.); б — вторник — среда (5—6 нюня 1981 г.).

о X

о ( <И 00 °° ; 1 хО*х° : X Г** Xх г х х X X X X

X X

[ф] = ■

(03) + -гг"

(2)

Например, для данных, приведенных на рис. 2, зна-

к+

чения определяющих параметров: 03 = 80 нч, —=19 нч

к+

в выходной день и 03 = 25 нч, —=20 нч в рабочий день.

Равновесная степень доокисления в первом случае 81 % (экспериментальное значение 68—69 %), а во втором 56% (45-39 %).

В 1984 г. изучены концентрации 03, N0 и Ы02 в г. Назарове Красноярского края. Контрольная точка, в которой сделаны измерения, расположена на высоте 15 м в центре города со слабым движением автотранспорта.

Характерный суточный ход 03 изображен на рнс. 4, а. Концентрации 03 возрастали от 0—3 нч в утренние часы до 30 нч днем. После захода солнца они снова снижались до 0—3 нч. Малые ночные концентрации 03 объясняются тем, что поступление его из верхних, богатых им атмосферных слоев ночью прекращается вследствие низкой интенсивности перемешивания атмосферного воздуха (обычно скорость ветра ночью не превышает 1 м/с) и ускоренного стока 03 из атмосферы.

Во время натурных исследований зарегистрировано резкое увеличение концентрации 03 в ночное время (рис. 4, б), что следует рассматривать как аномальное явление. Это, по-видимому, объясняется прорывом воздушных масс из верхних слоев атмосферы. Суточный ход 03 в этот день отличался от других дней резким скачком концентраций в ночные часы. Получена самая высокая концентрация 03 за весь период измерений: 0™ах =47 нч (время 2 ч 15 мин). По данным метеорологической станции в эти же часы наблюдалось резкое увеличение скорости ветра до 6—9 м/с (на уровне 2,5 м).

Концентрации оксидов азота невысоки: КЮ2 2—10 нч, N0 1—7 нч. Интересно отметить, что изменения фоновых концентраций 03, N0 и Ы02 не имеют недельного цикла,

характерного для крупных городов (см. рис. 1). Концентрации 03, N0 и КЮ2 в выходные и рабочие дни находи-^, лись примерно на одинаковом уровне. Это объясняете^' сравнительно низкой концентрацией промышленных предприятий и маломощными потоками автотранспорта в изученном районе.

Выводы. 1. Недельный цикл изменения концентраций 03, N0 и КЮ2 в городском воздухе характеризуется ростом концентраций N0 и Ы02 в рабочие дни недели и соответствующим уменьшением концентрации 03. В выходные дни городская атмосфера проветривается и содержание 03 восстанавливается.

2. В городах, расположенных в северных широтах, с умеренной интенсивностью движения автотранспорта выброс оксидов азста приводит к снижению содержания атмосферного 03, который расходуется на доокисление N0 в КЮ2. Уровень О; в городской атмосфере служит показателем чистоты воздуха.

3. Для оценки и прогнозирования экологической ситуации в городах, в частности для определения степени окисления N0 в КЮ5, необходимо контролировать содержание 03 в городском воздухе.

Литература

1. Гуревич Н. А., Домбровская Э. П., Сигал И. Я. — Теплоэнергетика, 1983, № 9, с. 15—19.

2. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. Л., 1979. ф

3. Сигал И. Я-, Андрейчук Г. С., Домбровская Э. П!у, и др. — В кн.: Проблемы контроля и защиты атмосферы от загрязнения. Киев, 1977, т. 3, с. 61—66.

4. Сигал И. Я., Гуревич Н. А.. Домбровская Э. П. — Теплоэнергетика, 1980, № 11, с. 6—9.

5. Сигал И. Я., Домбровская Э. П., Сорокопуд А. — В кн.: Организация контроля за технологическими выбросами, загрязняющими атмосферу. М., 1978, с. 50—63.

6. Филонов В. П . Шпилевский Э. М., Соколов С. М. — Гиг. и сан., 1984, № 3, с. 71—73.

Поступила 05.12.85

УДК 614.71/.73:66]-07

А. М. Доценко, Т. М. Басанцева, М. Н. Абдулина, Г. В. Кондрацкая

ОЦЕНКА И РАНЖИРОВАНИЕ ИСТОЧНИКОВ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ ПРОМЫШЛЕННОГО РЕГИОНА

Донецкий филиал ВНИПИЧсрметэнергоочистка

Для контроля состояния окружающей среды и управления природопользованием, а также при разработке территориальных комплексных схем охраны природы необходимо проводить оценки и ранжирование источников выбросов вредных веществ в атмосферу.

Органы статистики на основании результатов обработки данных формы № 2-ТП (воздух) об источниках и их выбросах дают оценку степени антропогенного воздействия на природную среду каждым источником, предприятием, министерством. В качестве показателя они используют годовую мощность выбросов в тоннах. При этом не учитывается токсичность вещества, что иногда приводит к неправильному ранжированию источников выбросов. Часты случаи, когда при одинаковых условиях и параметрах источников выбросы одного ингредиента мощностью М загрязняют атмосферу в пределах допустимых норм, а выбросы другого ингредиента такой же мощности создают превышение ПДК в сотни раз.

Нами разработан и апробирован метод оценки и ранжирования источников выбросов, учитывающий параметры выбросов, их токсичность и размер территории, подверженной загрязнению.

Для оценки /-источника выбросов используется^ средняя

расчетная концентрация примеси в атмосфере (Сср). Ее

расчет основан на формуле № 28—32 СН 369—74 и сре£?^ нем значении / (с) переменной / (х)

(1>

После соответствующих преобразований получено, что

"1/0,13

МЗРм

сср =

у\, 13^-1 - "1/о,13 д.-

Интегрированием выражения (2) находим, что (У 1,13^-1+0,24)

+ 1

сср = с

(2>

(3>

где см — максимальная концентрация ¿-ой примеси в атмосфере, См/ПДК; хы — расстояние по оси факела от ис-