CC BY
28
______________________________Исследование приземного аэрозоля Барнаупа
УДК 535.536
Т.В. Андрухова, А.С. Самойлов Исследование приземного аэрозоля Барнаула
Проблема загрязнения приземного атмосферного аэрозоля особенно актуальна в крупных городах и промышленных центрах. Изучение данной проблемы постоянно ведется различными исследователями многих стран мира [1-3]. Цель проведенных нами исследований - мониторинг состояния городского аэрозоля Барнаула в период с октября 2003 г. по октябрь 2004 г. Кроме этого, была решена прикладная задача - изучено влияние «павильонного эффекта» на репрезентативность отбираемых проб. Для решения этой задачи в данный период наблюдалась динамика счетной концентрации в зависимости от времени суток и метеоусловий, а также распределение аэрозольных частиц по размерам и по форме. Для отбора проб использовался комплекс аппаратуры, включающий в себя установку для отбора проб на бумажные фильтры, электрофильтр и прибор контроля запыленности воздуха ПКЗВ-906. Для определения элементного состава отобранных проб использовалась модификация ИВС -28, возбуждающая эмиссионный спектр дугой постоянного тока. Для регистрации полученного при помощи ИВС-28 спектра использовался дифракционный спектрограф ДФС-452 высокой разрешающей способности. В спектрограф ДФС-452 встроен двигатель, при помощи которого осуществляется поворот дифракционной решетки. Для регистрации спектра использовался фотоумножитель ФЭУ-9 со способностью разрешать в диапазоне длин волн 180-700 нм. Сигналы с выхода ФЭУ и выхода усилителя меток поступают на вход самописца «ЭНДИМ». Отбор проб для определения массовой концентрации аэрозоля осуществлялся на фильтры типа АФА-ХА-20, взвешенные до и после экспонирования. Взвешенные фильтры растворялись в парах ацетона для последующего их микрофотографирования. Полученные таким образом негативы проецировались на экран для визуальной оценки размеров, количества и формы частиц. Кроме того, измерения счетной концентрации аэрозоля проводились при помощи прибора ПКЗВ-906. Данные регистрировались по семи каналам с граничными размерами 0,3-0,4; 0,4-0,5; 0,5-1; 1-2; 2-5; 5-10; 10-100 мкм с по-
грешностями измерений 30%, 30%, 30%, 40%, 40%, соответственно по второму, третьему, четвертому, пятому и шестому каналам, по первому и последнему не нормируемыми. Рассмотрим результаты некоторых наиболее интересных наблюдений. На рисунке 1 представлен временной ход массовой концентрации частиц аэрозоля Ст в течение суток 25-26 марта 2004 г.
Ст, мг/м3
1,8 I
1'61
1.4 - /
1.2 -1 -0,8 0.6 ■
0.4 0,2 \
О -I-----.----.----->—
12:00 18:00
Измерения производились 25 марта 2004 г. с 12:00 по 24:00 и 26 марта 2004 г. с 0:00 по 10:00 на проспекте Красноармейском, 90. Этот район находится в деловом центре Барнаула, вблизи пересечения крупных транспортных артерий города - ул. Молодежной и пр. Красноармейского. Через каждый фильтр прокачивалось 600 л воздуха на высоте 10 м от поверхности земли. Величина массовой концентрации в течение суток варьировала в интервале 0,3-1,7 мг/мЗ, причем максимальное ее значение получено в 18:00, а минимальное - в 2:00. Результаты проведенных нами в этом же опорном пункте суточных наблюдений весной 2003 г. [4] хорошо согласуются с новыми данными. Так, практически совпадает время получения предельных значений концентраций (18:00 и 18:00, 0:00 и 2:00 в 2003 и 2004 гг., соответственно), а интервал всех значений незначительно сузился по сравнению с прошлым годом (0,1-1,75 мг/мЗ). Значения массовой концентрации, полученные в ходе проведенных эк-
Рис. 1. Временной ход массовой концентрации в течение суток 25-26 марта 2004 г.
ФИЗИКА
спериментов (0,3-1,8 мг/мЗ), не превышают максимальную разовую ПДК (2,96 мг/мЗ) для городов с численностью населения от 500 тыс. до 1 млн чел. [5], в число которых входит и Барнаул. Измерения счетной концентрации методом микрофотографирования позволили судить о процентном содержании в приземной атмосфере частиц различных фракций (рис. 2).
N. %
0-1 1.2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 10-100
МКМ МКМ МКМ мкм мкм мкм мкм мкм мкм мкм МКМ
Рис. 2. Распределение аэрозольных частиц по размерам
Как видно из этой диаграммы, более 60% приземного аэрозоля содержат частицы опасных респирабельных фракций, входящих в интервал 0,3-3 мкм [6]. Изучение полученных проб методом атомно-эмиссионной спектроскопии выявило содержание в приземной атмосфере вблизи опорного пункта наличие таких элементов, как Ре, Си, Сг, Бп, Хг, У, Ро, N1, Т1, Об, Вь Влияние «павильонного эффекта» на репрезентативность отбираемых проб аэрозоля периодически изучалось в ходе всех проведенных измерений, и, кроме того, был проведен недельный эксперимент, нацеленный на более тщательное изучение этого эффекта. Для этого эксперимента пробы по всем каналам ПКЗВ-906 отбирались на фиксированных расстояниях 0,3 и 1 м от стены здания поочередно в одно и то же время каждый день в течение недели 1—7 июня 2004 г. Полученные данные обрабатывались следующим образом. Из рассмотрения исключались значения, не превышающие систематическую ошибку прибора для каждого канала. В таблицу 1 заносился модуль разности Д между двумя полученными на разных расстояниях (0,3 и 1 м) концентрациями. Так как первый и последний каналы ПКЗВ-906 обладают ненормируемыми погрешностями,
логично данные по этим каналам из рассмотрения исключить. Для остальных каналов примерно в половине случаев (48%) значения счетной концентрации на расстоянии 1 м от стены здагаи превышали значения, полученные на расстоянга
0,3 м. Это происходило, в основном, при нреоб ладании южного ветра. При смещении вектор направления ветра в сторону северо-запада с» туация становилась обратной - концентрацш измеренная на расстоянии 0,3 м, превышала дай ный параметр, зафиксированный на удалении] м от здания. Очевидно, что минимальное разли чие в опытных данных при изучении «павильонного эффекта» ограничено снизу величиной погрешности для каждого из каналов. Так как эти погрешности достигают 30-40%, можно говорить только о 37% случаев, когда погрешность, обусловленная влиянием «павильонного эффекта», превышает систематическую погрешность прибора. Рассмотрим случаи, когда счетная концентрация тем выше, чем больше расстояние от здания (48% случаев). Минимальное различие в значениях, полученных на разных расстояниях от стены здания, зафиксировано 7 июня при температуре атмосферного воздуха + 28°С, юго-западном ветре 1-3 м/с на канале 1-2 мкм. Разница в полученных значениях составила 33%. Максимальное различие замечено 5 июня при температуре атмосферного воздуха + 23°С, юго-западном ветре 5-9 м/с на| канале 2-5 мкм и составило 145%. В среднем для всех значений разница составила 46%. Рассмотрим теперь ситуации, когда счетная концентрация тем выше, чем меньше расстояние от здания (52% случаев). Минимальная разница счетных концентраций зафиксирована 4 июня при +22°С, юго-западном ветре 1~3 м/с на канале 1-2 мкм и составила 31%. Максимальное различие зарегистрировано в этот же день нг канале 0,4-0,5 мкм и составило 52%. В средне» для всех значений разница составила 73,1% Итак, в наших экспериментах «павильонны! эффект» в наибольшей степени проявился следующим образом: при приближении воздухо' заборника к стене здания регистрируемые значения счетной концентрации имеют тенденции к завышению. Исходя из этого, для получени) наиболее достоверных данных следует забо] проб осуществлять на достаточно удаленно! расстоянии от здания.
Исследование приземного аэрозоля Барнаула Литература
1. Володин Н.И. Защита атмосферы от газовых выбросов / Н.И. Володин, В.П. Пашков, И.В. Чмых, В.А. Субботин // Экология и промышленность России. 2001.
2. Turnbull Alan В., Harrison Roy М. Major component contributions to PM 10 composition in the UK atmosphere// Atmos. Environ. 2000. 34. №19.
3. Muraleedharan T.R., Radojevic M. Personal particle exposure monitoring using nephelometry during haze in Brunei // Atmos. Environ. 2000. 34. №17.
4. Букатый В.И. Микрофизические характеристики городского приземного аэрозоля / В.И. Букатый, А С. Самойлов, И.А. Суторихин // Ползуновский вестник. №2. 2004.
5. Атмосфера : справочник / под ред. Ю.С. Седу-нова. Л., 1991.
6. Булдаков Л. А. Радиоактивные вещества и человек. М., 1980.
