ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАПЫЛЕННОСТИ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ ВБЛИЗИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Статья поступила в редакцию 18.09.13. Ред. рег. № 1767

The article has entered in publishing office 18.09.13 . Ed. reg. No. 1767

УДК 628.511.1 : 628.71.8

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАПЫЛЕННОСТИ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ ВБЛИЗИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

1 2 Н. С. Барикаева , Д.А. Николенко

волгоградский государственный архитектурно-строительный университет Ул. Академическая, 1, г. Волгоград, 400074, Россия Тел.: (8442) 96-98-26, факс (8442) 97-49-33, e-mail: [email protected] 2Ростовский государственный строительный университет Ул. Социалистическая, 162, Ростов-на-Дону, 344022, Россия Тел.: (863)201-91-65, e-mail: [email protected]

Заключение совета рецензентов: 25.09.13 Заключение совета экспертов: 30.09.13 Принято к публикации: 05.10.13

Представлены результаты дисперсного анализа пыли в воздушной среде г. Волгограда. Рассмотрены вопросы запыленности примагистральных территорий и факторы, влияющие на концентрацию и дисперсный состав пыли. Обоснована актуальность проведения мониторинга мелкодисперсной пыли вблизи автомобильных дорог.

Ключевые слова: загрязняющие вещества, пыль, РМ10, РМ2,5, дисперсный состав, дисперсный анализ, концентрация, автомобильный транспорт.

RESEARCH OF DUST CONTENT OF URBAN ENVIRONMENT NEAR HIGHWAYS

N.S. Barikaeva1, D.A. Nikolenko2

Volgograd State University of Architecture and Civil Engineering 1 Academic St., Volgograd, 400074, Russia Tel.: (8442) 96-98-26, fax (8442) 97-49-33, e-mail: [email protected] 'Rostov State University of Civil Engineering 162 Socialisticheskaya St., Rostov-on Don, 344022, Russia Tel.: (863)201-91-65, e-mail: [email protected]

Referred: 25.09.13 Expertise: 30.09.13 Accepted: 05.10.13

Results of a disperse analysis of dust in the air environment of the city of Volgograd are presented. Issues of dust content of territories near highways and factors influencing concentration and disperse structure of dust are considered. Relevance of monitoring of fine dust near highways is proved.

Keywords: polluting substances, dust, PM10, PM2,5, disperse structure, disperse analysis, concentration, motor transport.

Сведения об авторе: ассистент кафедры «Безопасность жизнедеятельности в техносфере» Волгоградского гос. архитектурно-строительного университета.

Область научных интересов:

экологическая безопасность строительства и городского хозяйства.

Публикации: 10.

Сведения об авторе: канд. техн. наук, доцент автомобильных дорог, директор НИИ проблем дорожно-транспортного комплекса (Дор-ТрансНИИ РГСУ), доц. кафедры «Автомобильные дороги» Область научных интересов:

экологическая безопасность строительства и городского хозяйства. Публикации: более 20.

Нелли Сергеевна Барикаева

Денис Александрович Николенко

Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 11 (133) 2013 © Научно-технический центр «TATA», 2013

Введение

Качество жизни населения во многом зависит от уровня развития промышленности и транспорта. Транспорт является необходимым условием функционирования современного индустриального общества. Однако ежегодно автотранспортными средствами выбрасывается в атмосферу более 12 млн. т различных загрязняющих веществ: оксидов углерода, оксидов азота и серы, углеводородов, сажи и других. Во многих крупных городах на долю автотранспорта приходится 70% и более от общего количества выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.

Кроме того, автомобильный транспорт является одним из источников загрязнения окружающей среды мелкодисперсной пылью. Нефтепродукты, продукты износа шин и тормозных накладок, сыпучие и пылящие грузы, антиобледенители дорожных покрытий загрязняют придорожные полосы и водные объекты. Огромное количество пыли от износа шин, оседающей на поверхности магистральных дорог и прилегающих территориях, оказывает пагубное воздействие на водителей и население. В результате износа протектора шин в атмосферу попадают большие количества пылеобразных продуктов, содержащих канцерогенные полиароматические углеводороды, Ж-нитрозоамины и другие вредные для организма вещества. Частицы, отделяющиеся от шины при движении автомобиля по асфальтовому и цементированному покрытию, настолько малы, что могут глубоко проникать в легкие человека и вызывать аллергические реакции [5].

Результаты и обсуждение

Авторами были проведены исследования изменения концентрации и дисперсного состава пыли в зависимости от различных факторов в воздушной среде г. Волгограда. Измерения проводились в 8 районах города в жилой зоне на пересечении автомобильных дорог с интенсивным движением транспорта.

Для исследования дисперсного состава пыли в воздушной среде г. Волгограда в различных районах проводились измерения с использованием методики микроскопического анализа [6]. Данная методика применяется для определения концентрации пыли по фракционному составу, выделяющейся от технологического оборудования в воздух рабочей и санитарно-защитной зон и инженерно-экологи-ческие системы в промышленности [1]. Результаты представлены в виде интегральной функции распределения массы частиц по диаметрам в вероятностно-логарифмической сетке (рис. 1, а и Ь) [3, 4].

99,9

ОМ.). %

d, мкм

Dfdy, % 99,9

95

60

20

0,1

///

JI

Til

я t

A fl

h V

1 fj У

1 / L f

ft 7 T

J ъ 1

(J и {

yj / 7

j V /

/ r / r

/f /

Л Y

10

d, мкм

20

b

Рис. 1. Интегральные функции распределения массы частиц по диаметру для пыли, отобранной на пересечении автомобильных дорог в Центральном районе г. Волгограда: a - в период с 8.00 до 11.00 (V = 8 м/с, ш = 50%, N = 3331 авт./ч); b - в период с 17.00 до 19.00 (V = 6 м/с,

Ф = 40%, N = 3844 авт./ч) Fig. 1. Integrated functions of particles weight distribution on diameter for dust selected on highway crossings in Central

district of Volgograd: a - during the period of 8.00 to 11.00 (V = 8 m/s, ш = 50%, N = 3331 autos/h); b - during the period of 17.00 to 19.00 V = 6 m/s, ш = 40%, N = 3844 autos/h)

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 11 (133) 2013

© Scientific Technical Centre «TATA», 2013

a

Н.С. Барикаева, Д.А. Николенко. Исследование запыленности городской среды вблизи автомобильных дорог

Анализ результатов, полученных в утренние часы пик, показал, что в воздухе городской среды вблизи автомобильных дорог присутствуют 80-99% пыли менее 10 мкм (РМ10), а в вечернее время содержание РМ10 составляет 75-96%.

Концентрация пыли в атмосферном воздухе зависит от множества факторов, таких как климатологические, факторы режима движения транспортных потоков, наличие стационарных источников выбросов загрязняющих веществ и удаленность от них.

При исследовании уровня запыленности городской среды анализировались следующие климатологические факторы:

- скорость ветра в различные промежутки времени;

- средняя температура воздуха в различные промежутки времени;

- относительная влажность воздуха;

- атмосферное давление.

Одним из основных факторов, влияющих на концентрацию пыли в воздушной среде, является скорость ветра, при которой частицы способны подниматься в воздух. Затишья и слабые ветры, инверсионные слои в атмосфере, туманы способствуют увеличению концентраций примесей, создавая над отдельными регионами значительное загрязнение атмосферы. Умеренные и сильные ветры приводят к рассеиванию примесей и их переносу на большие расстояния. Необходимо отметить, что концентрация мелкодисперсной пыли возрастает при увеличении скорости ветра.

Рис. 3. Зависимость концентрации пыли и РМ10

вблизи магистралей от скорости ветра Fig. 3. Wind speed dependence of dust and PM10 concentration near highways

Таким образом, получена зависимость концентрации пыли и РМ10 от скорости ветра (рис. 3), которые описываются уравнениями (1, 2)

С = 0,2651ln V + 0,2236

PM10 = 0,0999ln V + 0,1174,

(1) (2)

где Сп - концентрация пыли в атмосферном воздухе, мг/м3; РМ10 - концентрация частиц менее 10 мкм, мг/м3; Уъ - скорость ветра, м/с.

При этом достоверность апроксимации Я равна 0,7051 и 0,9653 для пыли РМ10, что свидетельствует о достаточно высокой степени тесноты связей.

Наибольшее влияние на запыленность оказывает относительная влажность воздуха. Она способствует коагуляции мелких частиц, их утяжелению и последующему быстрому оседанию. Соответственно, в засушливую погоду концентрация пыли выше. Зависимость концентрации пыли от влажности представлена на рис. 4 и описывается уравнениями (3, 4). Кроме того, необходимо отметить, что данная зависимость определяется высокой теснотой связи и для концентрации пыли в целом, и конкретно для РМ10 - Я2 = 0,8056 и 0,6883 соответственно.

С = -0,0072ю + 0,9812;

PM10 = -0,0012ю +0,4532,

(3)

(4)

где ю - влажность атмосферного воздуха, %.

Рис. 4. Зависимость концентрации пыли и РМ10 вблизи магистралей от влажности атмосферного воздуха Fig. 4. Humidity of atmospheric air dependence of dust and PM10 concentration near highways

Параметры режима транспортных потоков являются одними из наиболее существенных факторов, влияющих на содержание пыли в атмосферном воздухе городских улиц. Необходимо отметить, что работа автомобильного транспорта, особенно в городских условиях, характеризуется частой сменой скоростных и нагрузочных режимов.

Рис. 5. Зависимость концентрации пыли и РМ10 вблизи магистралей от интенсивности движения автотранспорта Fig. 5. Intensity of motor transport movement dependence of dust and PM10 concentration near highways

Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 11 (133) 2013 © Научно-технический центр «TATA», 2013

Поскольку речь идет о запыленности примагист-ральных территорий, одним из значимых факторов является интенсивность и состав движения. В результате исследований были получены данные по концентрации пыли в атмосферном воздухе при различных значениях интенсивности. Эта информация была использована при анализе взаимосвязи концентрации пыли от интенсивности транспортного потока (рис. 5). В результате чего были получены стохастические зависимости, которые представляют собой линейные уравнения [2]

C = 0,0004N - 0,8589;

РМ10 = 0,0002N - 0,1727,

(5)

(6)

где N - интенсивность движения транспорта по автомагистрали, авт./ч.

Выводы

ПДК для пыли в воздухе жилых зон, согласно гигиеническим нормативам, составляет 0,5 мг/м3, РМ10 - 0,3 мг/м3, РМ2,5 - 0,16 мг/м3. Из приведенных результатов исследования дисперсного состава пыли, концентрация РМ10 при определенных условиях превышает нормативные значения. Увеличение концентрации в воздухе мелкодисперсной пыли отмечается при повышении скорости ветра и интенсивности движения. Необходимо отметить, что концентрация РМ2,5 (частицы менее 2,5 мкм) в городской среде, согласно исследованиям, не превышает нормативные значения.

Таким образом, необходимо учитывать уровень экологической безопасности жилой зоны вблизи автомагистралей, в том числе концентрацию и размер частиц пыли. С этой целью необходимо проведение мониторинга воздушной среды и придорожных территорий с учетом влияния климатологических факторов и факторов режима движения.

Список литературы

1. Азаров В.Н. Комплексная оценка пылевой обстановки и разработка мер по снижению запылённости воздушной среды промышленных предприятий. Автореф. дис. ... д-ра техн. наук. Ростов-на-Дону. 2004.

2. Азаров В.Н., Барикаева Н.С. Учет пылевого загрязнения атмосферного воздуха при размещении и организации объектов городской среды // Вестник ВолгГАСУ. Сер. Стр-во и архитектура. 2012. Вып. 29(48). С. 213-217.

3. Азаров В.Н., Калюжина Е.А. Об организации мониторинга РМ10 и РМ2,5 на примере г. Волгограда // Вестн. ВолгГАСУ. Сер. Стр-во и архитектура. 2011. Вып. 25(44). С. 398-402.

4. Азаров В.Н., Маринин Н.А., Жоголева Д.А. Об оценке концентрации мелкодисперсной пыли (РМцз и РМ2,5) в атмосфере городов // Изв. Юго-Западного гос. университета. 2011. № 5(38). Ч. 2. Курск. С. 144149.

5. Третьяков О.Б. и др. Автомобильные шины. Конструкция, механика, свойства, эксплуатация. М.: КолосС. Химия, 2007.

6. Азаров В.Н., Сергина Н.М. Методика микроскопического анализа дисперсного состава пыли с применением персонального компьютера (ПК). Деп. в ВИНИТИ. №1332-80002. 15.07.2002.

References

1. Azarov V.N. Kompleksnaa ocenka pylevoj obstanovki i razrabotka mer po snizeniü zapyténnosti vozdusnoj sredy promyslennyh predpriatij. Avtoref. dis. ... d-ra tehn. nauk. Rostov-na-Donu. 2004.

2. Azarov V.N., Barikaeva N.S. Ucet pylevogo zagraznenia atmosfernogo vozduha pri razmesenii i organizacii ob"ektov gorodskoj sredy // Vestnik VolgGASU. Ser. Str-vo i arhitektura. 2012. Vyp. 29(48). S. 213-217.

3. Azarov V.N., Kalüzina E.A. Ob organizacii monitoringa RM10 i RM2,5 na primere g. Volgograda // Vestn. VolgGASU. Ser. Str-vo i arhitektura. 2011. Vyp. 25(44). S. 398-402.

4. Azarov V.N., Marinin N.A., Zogoleva D.A. Ob ocenke koncentracii melkodispersnoj pyli (RM10 i RM2,5) v atmosfere gorodov // Izv. Ügo-Zapadnogo gos. universiteta. 2011. № 5(38). C. 2. Kursk. S. 144-149.

5. Tret'akov O.B. i dr. Avtomobil'nye siny. Konstrukcia, mehanika, svojstva, ekspluatacia. M.: KolosS. Himia, 2007.

6. Azarov V.N., Sergina N.M. Metodika mikroskopiceskogo analiza dispersnogo sostava pyli s primeneniem personal'nogo komp'ütera (PK). Dep. v VINITI. №1332-80002. 15.07.2002.

Транслитерация по ISO 9:1995

Г.-": — TATA — í >

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 11 (133) 2013

© Scientific Technical Centre «TATA», 2013