CC BY
26
Исследование загрязнения мелкодисперсной пылью РМ10 и РМ2.5 воздушной среды города Волгограда
12 ' 3
А.Н.Васильев , Р.С.Кагриев , Е.Ю.Козловцева , А.Л.Гараев
'Волгоградский государственный технический университет, Волгоград 2Аварийно-спасательное формирование «Экоспас», Волгоград 3 ООО Инженерный центр «Энергопрогресс», Казань
Аннотация: Одной из важных проблем современной экологии для большого количества населенных пунктов является загрязнение воздуха. Исследования российских и зарубежных ученых показывают, что наиболее негативное влияние на организм человека оказывают частицы размером до 10 мкм, поэтому контролируются содержание твердых взвешенных частиц РМ10 и РМ2.5 (концентрации). В статье приводятся результаты исследований загрязнения воздушной среды мелкодисперсной пылью в зимнее время года.
Ключевые слова: пыль, дисперсные материалы, твердые взвешенные частицы, РМ2.5, РМ10, атмосфера, воздушная среда, экология, экология урбанизированных территорий, экологическая безопасность.
Введение
Процесс быстрой урбанизации, который сопровождается концентрацией технико-экономического и интеллектуального потенциала в городах, ростом их крупности и повышением значения в жизни страны -объективный процесс, который является результатом и фактором развития общества на данном этапе. Созданная человеком городская среда стала новым условием жизни основной части населения [1]. Однако техногенная цивилизация несет людям не только одни блага. Важной проблемой современной экологии является загрязнение воздуха для большинства крупных городов. Рассмотрим характеристику экологической обстановки города Волгограда, в т.ч. основные источники загрязнения воздушной среды.
Характеристика экологического состояния воздушной среды города Волгограда
Экологическая ситуация на территории Волгоградской области характеризуется рядом показателей, одним из которых является состояние атмосферного воздуха, качество которого формируется в результате
сложного взаимодействия природных и антропогенных факторов. Естественная топография местности, городская застройка и климатические параметры определяют условия, влияющие на качество воздуха [2]. Уровни концентраций различных примесей формируются под влиянием переноса, рассеивания и вымывания вредных веществ, поступающих в атмосферу с выбросами от стационарных и передвижных источников. На территории Волгограда расположено много промышленных предприятий, оказывающих негативное воздействие на состояние воздушной среды: ООО «Газпром трансгаз Волгоград», АО «Каустик», ООО «ЛУКОЙЛ -Волгограднефтепереработка» и другие, также сосредоточено большое количество автомобильного транспорта. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от автотранспорта по Волгоградской области за 2018 г. составили 302,3 тыс. т. [3]. На рис. 1 приведена динамика валовых выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух Волгоградской области согласно данным [3].
200 150 100 50 0
5 159,9 161,4 138 141
143,6 149,9 1525-^5 1?9Л 134,9
9,95 10 8,9 8,7 6,6
2014 г. 2015 г. 2016 г. 2017 г. 2018 г.
^^всего ^—твердые ^—газообразные и жидкие
Рис. 1. - Динамика валовых выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух Волгоградской области
Волгоград является крупным промышленным центром. В настоящее время длина городского полукольца достигает примерно 80 км при ширине
от 3 до 10 км. При линейной планировочной организации урбанизированные территории вытягиваются на десятки километров в продольном направлении при небольших параметрах поперечных размеров (рис. 2). Продольные связи в таких случаях приобретают системообразующее значение как главный элемент каркаса и требуют использования нескольких параллельных скоростных коммуникаций и разных видов транспорта. Главными композиционными осями плана линейных ГС являются продольные линии (магистрали общегородского значения), проходящие вдоль территории всего города [4].
Рис. 2. - Линейная планировочная структура, г. Волгоград
Теоретически возможно предположить возникновение опасных превышений значений концентраций загрязняющих веществ вдоль главной продольной оси, однако, чрезмерные концентрации могут возникать и в районах города, отдаленных от главных магистралей общегородского значения.
Результаты исследований
Для гигиенической оценки уровней загрязнения атмосферного воздуха населенных пунктов и установления приоритетных источников выбросов твердых частиц на территории жилой застройки были выбраны контрастные
:
функциональные зоны: зона воздействия выбросов автотранспорта и «условно чистая» селитебная зона. Для изучения экологической ситуации были выбраны территории жилой застройки и примагистральные территории в Центральном районе Волгограда в зимнее время года (рис. 3).
21 июня 2010 года в России были введены в действие гигиенические нормативы ГН 2.1.6.2604-10, которые устанавливают ПДК загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест в мг/м3 для взвешенных веществ частиц размером менее 10 мкм (РМ10) максимальная разовая - 300
33
мкг/м , средне-суточная - 60 мкг/м , и для частиц размером менее 2,5 мкм
33
(РМ2 5) максимальная разовая - 160 мкг/м , средне-суточная - 35 мкг/м . Результаты измерения концентраций частиц пыли различных фракций (PM0,5; PM1; PM2,5; PM5; PM10) и общей концентрации ТРМ в воздушной среде представлены в таблице 1 и на рис. 4. Отбор проб проводился с помощью ручного счётчика частиц HANDHELD 3016 IAQ в режиме реального времени (с ежеминутной детекцией). Время отбора проб и период усреднения при определении максимальных разовых концентраций составляло 20 мин, каждую минуту фиксировались единичные значения. Прибор размещался на высоте 1,5 м.
Рис. 3. - Контрольные точки замеров, г. Волгоград
Таблица № 1
Результаты измерений концентраций РМ ручным счётчиком частиц
HANDHELD 3016 IAQ
№ Название точек Концентрации по фракциям (усредненные значения), мкг/м3
РМ0,5 PM1 PM2,5 PM5 PM10 TPM
1 Перекресток ТЦ «Диамант» (ул. Комсомольская 3) 4,2 6,6 11,4 52,2 176,0 421,5
2 Жилой квартал, ул. Коммунальная 6 3,8 5,5 8,2 19,0 34,3 58,3
3 Административные здания, ул. Коммунистическая 62 7,8 13,7 19,3 35,5 66,1 94,8
4 ЖК «Арбат» (ул. Бакинская 2) 4,1 6,1 9,5 25,5 40,7 63,8
5 «Дом Павлова» (ул. Советская 39) 4,3 6,5 10,0 29,3 76,5 200,9
6 Парк Саши Филиппова 3,9 6,0 8,6 16,6 26,1 47,8
7 Перекресток, ул. Советская 20 и ул. Им. Соколова 4,3 6,8 13,9 54,5 127,3 187,8
8 Жилой квартал, ул. М Балонина 5 4,5 6,9 10,9 21,7 36,0 42,5
9 Жилой квартал, ул. Пархоменко 59а 3,3 5,0 7,7 17,1 28,6 40,6
Рис. 4. - Доля концентраций фракций РМ2,5 и РМ10 в общей концентрации
ТРМ
Анализ результатов исследований концентраций PM0,5; PM1; PM2,5; PM5; PM10 и ТРМ в атмосферном воздухе урбанизированных территорий показывает значительную вариабельность данных по фактическим уровням проведенных измерений. Загрязнение атмосферного воздуха территорий жилой застройки мелкодисперсными твердыми частицами характеризуется допустимой степенью в зоне воздействия выбросов автотранспорта, и слабой степенью - на территории «условно чистой» селитебной зоны. На территории жилой застройки, расположенной в зоне воздействия выбросов автотранспорта, максимальные разовые концентрации РМ2,5 и РМ10 не превышают гигиенический норматив. Анализ фракционного состава твердых частиц показал, что доля твердых частиц фракции РМ2,5 и РМ10 в составе ТРМ составляет от 2 % до 26 % для РМ2,5 и от 38% до 85% для РМ10 соответственно.
Таким образом, можно охарактеризовать точки измерений 1, 5, 7 как расположенные близи главной автомагистрали (проспект Ленина), а точки 2,
3, 4, 6, 8 и 9 - удаленные от главной автомагистрали. Наибольшие значения концентраций зафиксированы в точках 1, 5 и 7. Перекресток ТЦ «Диамант» характеризуется интенсивным транспортным потоком со светофорами. Транспортный поток составляют только автомобили. При этом на холостом ходу автомобиль выбрасывает 5-7% оксида углерода к объему всего выхлопа, а в процессе движения с постоянной нагрузкой - только 1-2,5% [5]. Следовательно, больше всего выхлопных газов приходится на остановки автомобиля: трогание с места, стоянка на красном светофоре и т.п. Эти данные подтверждают измерения британских ученых [6], согласно которым максимальная медианная концентрация пылевых частиц PM10, PM2.5 и PM1 у светофора в 29 раз больше, чем просто на дороге. Таким образом, чем ближе к светофору, тем больше загрязнения. «Дом Павлова» расположен рядом с остановкой «Остановка Площадь Ленина», где останавливаются маршрутные такси, автобусы и автомобили. Перекресток на пересечении улиц Советская и им. Соколова также характеризуется интенсивным транспортным потоком.
Обработка результатов экспериментальных исследований позволила получить диапазоны фракционного состава измеряемых пылевых частиц в вероятностно-логарифмической сетке, аналогично работам [7-12] (рис. 4.).
Рассматривая город Волгоград как город с линейной планировочной структурой, и проводя мониторинг загрязнения воздушной среды можно выделить 2 типа территорий: «примагистральные» и «удаленные от магистрали». Как видно, доля мелкодисперсной пыли в общей концентрации меньше в точках измерений «примагистральных» территорий.
8
3
— л
/ --- fi
л
1 х-——
| \
t vi /
тЛ
——у
3 4 5 6 7 8 9 10
Рис. 4. - Интегральные кривые распределения массы частиц РМ по диаметрам в вероятностно-логарифмической сетке, где D (dm) — содержание частиц пыли, %, в определяемом дисперсионном диапазоне, установленном по размеру (диаметру) пылевидных частиц dm.
Литература
1. Хомич В.А. Экология городской среды: учебное пособие. - М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2006. - 240 с.
2. Иванова Ю.П., Надер Б.Ю., Мишаков В.А., Шаповалова Ю.А., Иванова О.О., Азаров В.Н. Влияние метеорологических условий на рассеивание вредных выбросов в городской среде // Инженерный вестник Дона, 2020, № 1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N1y2020/6263.
3. Доклад «О состоянии окружающей среды Волгоградской области в 2018 году»/ Ред. колл.: Сазонов В.Е. [и др.]; комитет природных ресурсов, лесного хозяйства и экологии Волгоградской области. - Ижевск: ООО «Принт», 2019. - 300 с.
4. Антюфеев А. В., Птичникова Г.А. Линейный город. Градостроительная система «Большой Волгоград»: монография; М-во образования и науки Рос. Федерации, Волгогр. гос. техн. ун-т. — Волгоград: ВолгГТУ, 2018. — 196, [1] с.
5. Денисов В.В., Денисова И.А., Гутенев В.В., Фесенко Л.Н. Основы инженерной экологии: учеб. пособие / под ред. проф. Денисова В.В. -Ростов-на-Дону: Феникс, 2013. - 624 с.
6. Goel, A., Kumar, P. Characterisation of nanoparticle emissions and exposure at traffic intersections through fast-response mobile and sequential measurements, Atmospheric Environment, 2015, V. 107, pp. 374-390. doi: 10.1016/j.atmosenv.2015.02.002.
7. Азаров В.Н., Ребров В.А., Козловцева Е.Ю., Азаров А.В., Добринский Д.Р., Тертишников И.В., Поляков И.В., Абухба Б.А. О совершенствовании алгоритма компьютерной программы анализа дисперсного состава пыли в воздушной среде // Инженерный вестник Дона, 2018, № 2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N2y2018/4976.
8. Kuzmichev А.А. Loboyko V.F. Impact of the Polluted Air on the Appearance of Buildings and Architectural Monuments in the Area of Town Planning // Procedia Engineering. Vol. 150: 2nd International Conference on Industrial Engineering (ICIE-2016) / ed. by Radionov A.A. [Elsevier publishing], 2016. - pp. 2095-2101.
9. Kozlovtseva E.Yu., Azarov V.N., Stefanenko I.V. Analysis of the dust particles distribution and ventilation as a way to improve indoor air quality // Energy Management of Municipal Transportation Facilities and Transport -EMMFT 2017, 10-13 April 2017 : IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science / Far Eastern State Transport University, Russian Federation. - 2017. -Vol. 90. - 6 p. - URL: iopscience.iop.org/article/10.1088/1755-1315/90/1/012025/pdf.
10. Стреляева А.Б., Маринин Н.А., Лопатина Т.Н. Оценка РМ10 и РМ2,5 внутри жилых помещений при различных параметрах загрязнения // Качество внутреннего воздуха и окружающей среды = Indoor air and environmental quality: матер. XI Междунар. науч. конф., 23 марта-5 апр. 2013 г., г. Ханой / ВолгГАСУ. - Волгоград, 2013. - C. 25-28.
References
1. Khomich V.A. Ekologiya gorodskoy sredy: uchebnoye posobiye [Ecology of the urban environment: a training manual]. M.: Izdatel'stvo Assotsiatsii stroitel'nykh vuzov, 2006. 240 p.
2. Ivanova YU.P., Nader B.YU., Mishakov V.A., Shapovalova YU.A., Ivanova O.O., Azarov V.N. Inzhenernyj vestnik Dona, 2020, № 1, URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N1y2020/6263.
3. Doklad «O sostoyanii okruzhayushchey sredy Volgogradskoy oblasti v 2018 godu» [Report "On the state of the environment of the Volgograd region in 2018"]. Red. koll.: Sazonov V.Ye.; komitet prirodnykh resursov, lesnogo khozyaystva i ekologii Volgogradskoy oblasti. Izhevsk: OOO «Print», 2019. 300 p.
4. Antyufeyev A. V., Ptichnikova G.A. Lineynyy gorod. Gradostroitel'naya sistema «Bol'shoy Volgograd»: monografiya. [Linear city. Town-planning system "Big Volgograd": monograph]. M-vo obrazovaniya i nauki Ros. Federatsii, Volgogr. gos. tekhn. un-t. Volgograd: VolgGTU, 2018. 196 p.
5. Denisov V.V., Denisova I.A., Gutenev V.V., Fesenko L.N. Osnovy inzhenernoy ekologii: ucheb. Posobiye [Fundamentals of Environmental Engineering: a tutorial], pod red. prof. Denisova V.V. Rostov-na-Donu: Feniks, 2013. 624 p.
6. Goel, A., Kumar, P. Characterisation of nanoparticle emissions and exposure at traffic intersections through fast-response mobile and sequential measurements, Atmospheric Environment, 2015, V. 107, pp. 374-390. doi: 10.1016/j.atmosenv.2015.02.002.
7. Azarov V.N., Rebrov V.A., Kozlovtseva E.Yu., Azarov A.V., Dobrinskiy D.R., Tertishnikov I.V., Polyakov I.V., Abukhba B.A. Inzhenernyj vestnik Dona, 2018, № 2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N2y2018/4976.
8. Kuzmichev A.A. Loboyko V.F. Procedia Engineering. Vol. 150 : 2nd International Conference on Industrial Engineering (ICIE-2016) ed. by A.A. Radionov, 2016. pp. 2095-2101.
9. Kozlovtseva E.Yu., Azarov V.N., Stefanenko I.V. Energy Management of Municipal Transportation Facilities and Transport - EMMFT 2017, 10-13 April 2017 : IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. Far Eastern State Transport University, Russian Federation. 2017. Vol. 90. 6 p. URL: iopscience.iop.org/article/10.1088/1755-1315/90/1/012025/pdf.
10. Strelyayeva A.B., Marinin N.A., Lopatina T.N. Kachestvo vnutrennego vozdukha i okruzhayushchey sredy = Indoor air and environmental quality: mater. XI Mezhdunar. nauch. konf., 23 marta-5 apr. 2013 g., g. Khanoy. VolgGASU. Volgograd, 2013. pp. 25 -28.
