CC BY
19
Интеллект. Инновации. Инвестиции /Intellect. Innovations. Investments • № 2, 2020
УДК 504:656.13:502.3.054, 504.064.36 DOI: 10.25198/2077-7175-2020-2-134
ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ АВТОТРАНСПОРТНЫХ ПОТОКОВ ПО КОНЦЕНТРАЦИЯМ ДИСПЕРСНЫХ ЧАСТИЦ С УЧЁТОМ ИХ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА (НА ПРИМЕРЕ ОРЕНБУРГА)
Л. Н. Третьяк1, А. С. Вольнов2
Оренбургский государственный университет, Оренбург, Россия 'e-mail: [email protected] 2e-mail: [email protected]
Аннотация. Актуальность оценки экологической безопасности автотранспортных потоков в г. Оренбурге обусловлена необходимостью учёта концентраций дисперсных частиц, образующихся в отработавших газах двигателей автомобилей, а также в процессе эксплуатационного изнашивания шин, тормозных механизмов и дорожного покрытия.
Цель исследования - провести оценку экологической безопасности автотранспортных потоков по концентрациям дисперсных частиц с учётом их гранулометрического состава (на примере Оренбурга).
Показаны основные источники выбросов дисперсных частиц, приведена их количественная и качественная характеристика. На основе комплексного подхода разработан алгоритм оценки экологической безопасности автотранспортных потоков по концентрациям дисперсных частиц с учётом их гранулометрического состава. С использованием стандартизованных и аттестованных методик и оборудования определены концентрации дисперсных частиц с учётом их гранулометрического состава (на примере Оренбурга). Составлены экологическая карта и рейтинг наиболее загрязнённых участков улично-до-рожной сети г. Оренбурга дисперсными частицами размером 2,5 и 10 мкм. Получены зависимости концентраций дисперсных частиц с учётом их гранулометрического состава от времени суток, скорости ветра и интенсивности автотранспортного потока на перекрёстках г. Оренбурга. Установлено, что концентрации дисперсных частиц размером 2,5 и 10 мкм на перекрёстках г. Оренбурга не превышают предельно-допустимых значений, однако их суммарная концентрация превышена от 4 до 6 раз. Причем, концентрации дисперсных частиц на перекрестках в 2,5-4 раза выше, чем на перегоне. Показано, что идентификация гранулометрического состава дисперсных частиц, образующихся от автотранспортного потока, позволит уточнить причинно-следственные связи между степенью загрязнения приземного слоя атмосферы и здоровьем населения, проживающего в непосредственной близости от автомобильных дорог. Практическая значимость полученных результатов состоит в возможности прогнозирования концентраций дисперсных частиц и информирования участников дорожного движения о степени загрязнения приземного слоя атмосферы. Результаты проведенного исследования могут быть использованы при экологическом мониторинге автотранспортных потоков с учётом изменения структуры парка автотранспортных средств по экологическим классам, грузоподъемности, расходу топлива, а также при планировании и реализации организационно-технических мероприятий по снижению негативного влияния автотранспортных потоков на приземный слой атмосферы.
Ключевые слова: экологическая безопасность, автотранспортные потоки, выбросы, дисперсные частицы, оценка, гранулометрический состав, приземной слой атмосферы, экологическая карта, улично-дорожная сеть.
Для цитирования: Третьяк Л. Н., Вольнов А. С. Оценка экологической безопасности автотранспортных потоков по концентрациям дисперсных частиц с учётом их гранулометрического состава (на примере Оренбурга) // Интеллект. Инновации. Инвестиции. - 2020. - № 2. - С. 134-147. DOI: 10.25198/2077-71752020-2-134.
ENVIRONMENTAL SAFETY ASSESSMENT OF MOTOR TRANSPORT FLOWS BY CONCENTRATIONS OF DISPERSED PARTICLES WITH ACCOUNT OF THEIR GRANULOMETRIC COMPOSITION (ON THE EXAMPLE OF ORENBURG)
L. N. Tretyak1, A. S. Volnov2
Orenburg State University, Orenburg, Russia •e-mail: [email protected] 2e-mail: [email protected]
Abstract. The relevance of assessing the environmental safety of motor flows in the city of Orenburg is due to the need to take into account the concentrations of dispersed particles generated in the exhaust gases of automobile engines, as well as in the process of operational wear of tires, braking mechanisms and road surfaces.
The purpose of the study was to assess the environmental safety of motor flows by the concentration of dispersed particles, taking into account their particle size distribution (using the example of Orenburg).
The main sources of emissions of dispersedparticles are shown, their quantitative and qualitative characteristics are given. Based on an integrated approach, an algorithm has been developed for assessing the environmental safety ofmotorflows by the concentration ofdispersed particles, taking into account their particle size distribution. Using standardized and certified methods and equipment, the concentrations of dispersed particles were determined taking into account their particle size distribution (using the example of Orenburg). An ecological map and a rating of the most polluted sections of the Orenburg city road network have been compiled with dispersed particles of 2,5 and 10 microns in size. The dependences of the concentrations of dispersed particles taking into account their particle size distribution on the time of day, wind speed and traffic intensity at the intersections of Orenburg are obtained. It was established that the concentrations ofdispersed particles of sizes 2,5 and 10 ¡m at the intersections of Orenburg do not exceed the maximum permissible values, but their total concentration is exceeded from 4 to 6 times. Moreover, the concentration of dispersed particles at intersections is 2,5-4 times higher than on the haul. It is shown that the identification of the particle size distribution of dispersed particles formedfrom the motor stream will allow us to clarify the cause-effect relationships between the degree of pollution of the surface layer of the atmosphere and the health of the population living in close proximity to roads. The practical significance of the obtained results consists in the possibility of predicting the concentrations of dispersed particles and informing road users about the degree ofpollution of the surface layer of the atmosphere. The results of the study can be used in environmental monitoring of traffic flows, taking into account changes in the structure of the fleet of vehicles by environmental classes, capacity, fuel consumption, as well as in the planning and implementation of organizational and technical measures to reduce the negative impact of traffic flows on the surface layer of the atmosphere.
Keywords: environmental safety, traffic flows, emissions, dispersed particles, estimation, particle size distribution, surface layer of the atmosphere, environmental map, road network.
Cite as: Tretyak, L. N., Volnov, A. S. (2020) [Environmental safety assessment of motor transport flows by concentrations of dispersed particles with account of their granulometric composition (on the example of Orenburg)]. Intellekt. Innovatsii. Investitsii [Intellect. Innovations. Investments]. Vol. 2, pp. 134-147. DOI: 10.25198/2077-7175-2020-2-134.
Введение
В условиях непрерывно возрастающей численности автомобильного парка РФ обеспечение экологической безопасности автотранспортных потоков и снижение их негативного воздействия на окружающую среду - одна из приоритетных задач экологической политики страны. При этом удельный вес автотранспортных средств (АТС) в загрязнении приземного слоя атмосферы крупных городов составляет 40-70 %, а вклад отдельных компонентов вредных веществ (ВВ) достигает 70-80 % [5]. Например, загрязнение воздушного бассейна в Набережных Челнах на участках улично-дорож-ной сети (с различными уровнями загрязнения) формируется в основном за счет автотранспортных потоков (более 70 %) [17]. Выброс ВВ от АТС происходит преимущественно в населенной зоне и представляет серьезную опасность для здоровья людей. Согласно результатам исследования аналитического агентства «АВТОСТАТ»1 по состоянию на 1 января 2019 года в РФ из 43,5 млн легковых автомобилей 29,2 % не удовлетворяют нормам токсичности 2 экологического класса. Нор-
мам 5 экологического класса и выше соответствуют только 16,4 % парка. Второму экологическому классу в сегменте легких коммерческих автомобилей из 4,1 млн машин не удовлетворяют 42,9 %, а из зарегистрированных 3,8 млн грузовых автомобилей - 62,9 %.
Введение законодательных норм, применение альтернативных видов топлива оказывает существенное влияние на дальнейшее развитие и совершенствование конструкций АТС и их двигателей, что улучшает экологические параметры, также требует повышения культуры их технической эксплуатации. Так, согласно постановлению Правительства РФ № 832 от 12 июля 2017 г. с 1 июля 2018 г. в городах России начали применять понятие «Зона с ограничением экологического класса механических транспортных средств». Согласно новой редакции правил дорожного движения введены знаки (5.35, 5.36 и др.) которые обозначают зоны, куда запрещено въезжать АТС с низким экологическим классом. Однако перечень показателей для контроля ВВ, установленный ТР ТС 018/2011 при выпуске АТС и ГОСТ 33997-2016, при эксплу-
2 Структура российского парка транспортных средств по нормам токсичности / ООО «Автомобильная статистика» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.autostat.ru/infographics/38216/ (дата обращения: 20.12.2019).
атации АТС не учитывают выбросы дисперсных частиц (ДЧ) размером 2,5 (ДЧ2,5) и 10 мкм (ДЧ10), задача оценки которых и изучения их вредного воздействия на население в окрестности крупных автомагистралей в настоящее время становится более актуальной.
Обзор литературы
По мнению международных и отечественных учёных [4, 11-13, 15, 16], проблема выбросов ДЧ может приобрести чрезвычайный характер в мегаполисах, сопровождающийся многократным превышением предельно-допустимых концентраций (ПДК) токсичных веществ, адсорбирующихся на поверхности ДЧ и поступающих в придорожную территорию крупных автомагистралей. На автомобильной дороге, в отличие от промышленных (организованных) источников выбросов ДЧ, их образование и накопление происходит за счёт отработавших газов (ОГ) двигателей автомобилей,
разрушения слоя дорожного полотна, истирания тормозных механизмов, автомобильных шин и продуктов их взаимодействия (рисунки 1, 2), а также привнесенных извне частиц грунта, антигололёдных реагентов и др. [1-3, 7, 8, 12].
Проведённая сотрудниками кафедры МСиС ОГУ оценка концентраций и количества ДЧ от продуктов изнашивания дисковых тормозных механизмов АТС счётчиком частиц позволили установить, что около 60 % ДЧ выделяется с аэродинамическим диаметром менее 10 мкм (от 2,5 до 10 мкм - грубая фракция). При этом из общей массы их выбросов 65,5 % ДЧ2,5 и 54,0 % ДЧ10 оседают на внутренней поверхности штампованного колёсного диска, а соответственно 34,5 % ДЧ2,5 и 46,0% ДЧ10 поступают в окружающую среду. Причём барабанные тормозные механизмы (за счёт их конструкции) практически не выделяют ДЧ, а, следовательно, и значительно меньше загрязняют окружающую среду [9].
а)
б)
Рисунок 1. Соотношение состава и концентраций ВВ в ОГ двигателей с принудительным зажиганием (а) и с воспламенением от сжатия (б)
so4
Fe iV 0,99 % 4,18 0/с I'64 %
К
N03
0,11 % Другие вещества 35,87 %
в)
Элементарный углерод 2,35 %
Рисунок 2. Соотношение состава и концентраций ВВ в продуктах изнашивания шин при температуре 90°С (а), тормозных накладок (б) и дорожного покрытия (в)
Результаты измерений концентраций ДЧ10 и ДЧ2,5 в ОГ грузовых автомобилей и спецтехники с дизельными двигателями показали, что почти у всех АТС концентрации ДЧ2,5 и ДЧ10 превышают ПДК (ПДКм.р.дЧ10 = 0,300 мг/м\ ОДК^^ = 0,160 мг/м3). Максимальные концентрации ДЧ зафиксированы в ОГ АТС на повышенных частотах вращения коленчатого вала 1500 об./мин погрузчика LW300F (ДЧ2,5 = 0,682 мг/м3, ДЧ10 = 1,445 мг/м3), самосвалов Скания Я440 (ДЧ2,5 = 0,243 мг/м3, ДЧ10 = 0,692 мг/м3) и SHACMAN F2000 (ДЧ2,5 = 0,573 мг/м3, ДЧ10 = 1,133 мг/м3). Проведённое нами обобщение позволило установить, что с основными компонентами их состава в атмосферу выбрасываются канцерогенные вещества (провоцирующие онкологические заболевания), альдегиды, сажа, бензол, толуол, формальдегид и прочие компоненты (рисунки 1, 2), адсорбирующиеся на ДЧ и переносящиеся на большие расстояния.
Дальнейший процесс эмиссии ДЧ в приземном слое атмосферы автомобильных дорог зависит от многочисленных физических факторов: турбулентных завихрений, порывов ветра над дорогой с движущимися по ней АТС, которые зависят от режима их движения и геометрических параметров (высота, ширина и длина). Известно, что степень загрязнения приземного слоя атмосферы также определяется процессами химического взаимодействия источников выбросов, геометрической конфигурации прилегающих препятствий и другими факторами. При этом, рециркуляция воздуха между домами в уличном пространстве под напором ветра над крышами прижимает к земле ДЧ от автотранспортного потока, создавая их повышенные концентрации [14]. При этом интенсивность выноса зависит от скорости движения и плотности автотранспортного потока [11, 13]. Как показали специальные иссле-
дования [4] в воздухе вблизи автомобильных дорог в Санкт-Петербурге выявлено 69 ВВ, так или иначе связанных с ВВ из состава ОГ двигателей, продуктами изнашивания шин, тормозных механизмов и дорожного покрытия, являющихся продуктами их вторичного взаимодействия с озоном воздуха. Из этого следует, что для каждого населенного пункта в зависимости от климатических условий, особенностей застройки и параметров автотранспортного потока следует определять свои характерные индикаторные химические вещества, характеризующие степень опасности атмосферных загрязнений, которые по рейтингу вредности могут быть отличными от выявленных в Оренбурге, Москве или в Санкт-Петербурге.
Таким образом, в связи с возможностью появления на автомобильных дорогах с интенсивным движением АТС высоких концентраций ДЧ задача идентификации основных источников выбросов ДЧ10 и ДЧ2,5 и прогнозирования их состава и концентрации в приземном слое атмосферы является актуальной при оценке экологической безопасности автотранспортных потоков.
Теоретико-методический подход. Для определения содержания концентраций ДЧ10 и ДЧ2,5 от автотранспортных потоков нами разработан алгоритм оценки экологической безопасности автотранспортных потоков по концентрациям ДЧ с учётом их гранулометрического состава (рисунок 3).
Согласно предложенному алгоритму измерения концентраций ДЧ с учётом их гранулометрического состава должны проводиться на участках улично-дорожной сети (УДС) г. Оренбурга с высокой интенсивностью автотранспортного потока. При этом на каждом участке УДС должен быть проведён расчёт подвижного состава с учетом категории АТС и средней интенсивности автотранспортного потока.
Подсчёт проходящих АТС по данному участку автомобильной дороги рекомендуется проводить в течение 5 минут с дальнейшим пересчётом в часы. Для фиксации количества АТС нами использовались секундомер и специально разработанные формы.
На исследуемых перекрёстках также нами рекомендуется фиксировать следующие параметры: ширина проезжей части (в метрах); количество полос движения в каждом направлении; протяжённость зоны перекрёстка, а также особенности застройки на придорожной территории автомобильных дорог. При отборе проб согласно требованиям РД 52.04.186-89 нами фиксировались такие метеорологические факторы как направление и скорость ветра (индукционный ручной анемометр АРИ-49), а также температура и влажность воздуха (психрометр Ассмана) и др. Концентрацию ДЧ определяли с помощью счётчика частиц №-9600. Также
дополнительно проводили измерения суммарных концентраций ДЧ в приземном слое атмосферы автомобильных дорог г. Оренбурга гравиметрическим методом. Для определения массовой концентрации ДЧ гравиметрическим методом применялось следующее оборудование: аспиратор ПУ ЗЭ/12; набор фильтров АФА; эксикаторы; силикагель КСКГ
(ГОСТ 3956-76); весы первого класса точности (МС-210Р) и др. Обезвоживание фильтров должно проводиться в герметичном эксикаторе не менее 24 часов. Массу исходных фильтров после обезвоживания определяли на весах электронных 1 разряда МС 210Р (заводской номер № 81205169, свидетельство о поверке весов № 12/4-5-2019).
Рисунок 3. Предлагаемый алгоритм оценки экологической безопасности автотранспортных потоков по концентрациям ДЧ
Результаты исследования
Исследования состава и концентраций ДЧ10 и ДЧ2,5 нами проводились в тёплый период года на придорожной территории 36 перекрёстков автомобильных дорог г. Оренбурга с наиболее интенсивным движением. При измерении концентраций ДЧ от автотранспортного потока на каждом участке УДС фиксировалось по 5 результатов наблюдений,
после чего были рассчитаны средние концентрации ДЧ10 и ДЧ2,5 и составлена экологическая карта ДЧ от автотранспортных потоков г. Оренбурга (рисунок 4). По результатам исследования установлены наиболее загрязнённые участки УДС г. Оренбурга: перекрёстки пр-т Гагарина/ул. Мира, ул. Чкалова/ ул. Уральская, пр-т Победы/ул. М Жукова, ул. Те-решковой/ул. Орская (таблица 1).
Рисунок 4. Фрагмент экологической карты ДЧ от автотранспортного потока г. Оренбурга (первая цифра - концентрация ДЧ 2,5, вторая - ДЧ10)
Таблица 1. Рейтинг наиболее загрязнённых участков ДЧ на УДС г. Оренбурга
Точки на карте и название перекрестка Средние концентрации ДЧ, мкг/м3 Количество ДЧ, ед./л Климатические параметры
ДЧ 2,5 ДЧ 10 0,3 мкм 2,5 мкм 10 мкм температура, °С давление, мм рт. ст. влажность, % скорость ветра, м/с
30 пр-т Гагарина / ул. Мира 17 44 89800 297 28 30,6 751 22,1 2,0
22 ул. Чкалова / ул. Уральская 13 32 69000 253 21 31,9 751 47,3 1,7
15 пр-т Победы / ул. М Жукова 12 31 70667 223 20 29,9 751 43,5 1,3
18 ул. Терешковой / ул. Орская 13 29 69667 277 19 28,8 751 43,8 1,5
4 ул. Терешковой / пр-т Победы/ул. Постникова 10 29 61000 187 16 31,2 751 36,6 1,3
29 ул. Комсомольская / ул. Володарского 11 26 60667 190 15 30,4 751 51,1 1,0
17 ул. Терешковой / ул. Рыбаковская 9 26 60333 207 17 33,2 751 37,0 0,7
32 пр-т Бр. Коростелевых / ул. Невельская 9 26 61000 203 14 34,0 751 31,5 0,5
5 пр. Парковый / ул. Постникова 8 26 62333 197 13 32,3 751 34,6 1,5
12 пр-т Парковый / ул. Рыбаковская 9 25 51667 170 11 31,3 751 30,9 1,0
При этом необходимо отметить, что концентрации дисперсных частиц существенно менялись в зависимости от порывов ветра, состава и интенсивности автотранспортного потока. Данные на карте показаны с учётом фоновых концентраций ДЧ2,5 = 2 мкг/м3, ДЧ10 = 4,333 мкг/м3.
Для исследования закономерностей выбросов мелкодисперсных частиц от времени суток и степени их рассеивания нами проведено более подробное исследование концентраций ДЧ10 и ДЧ2,5
на перекрестке ул. Терешковой / ул. Орская (таблица 2). Результаты расчёта интенсивности автотранспортного потока с учетом категории АТС на перекрестке ул. Терешковой и ул. Орская приведены в таблице 3.
Повышенные концентрации ДЧ ожидаемо были зафиксированы в «часы пик». В этих временных диапазонах на перекрёстке были проведены дополнительные измерения концентрации и количества ДЧ в 14 точках (рисунок 5, таблица 4).
Время Расстояние от автомобильной дороги,м Концентрации ДЧ, мкг/м3 Количество ДЧ, ед./л Климатические параметры
ДЧ 2,5 ДЧ 10 0,3 мкм 2,5 мкм 10 мкм температура, °C давление, мм рт. ст. влажность, % скорость ветра, м/с
1 6 19 59667 117 10 23,8 747 43,7 1,6
08:00 5 4 16 58000 100 8 24,9 747 41,9 1,6
10 4 15 48667 103 9 25,7 747 40,2 1,6
1 5 13 44667 130 11 23,0 747 37,5 6,0
13:00 5 4 11 56000 173 15 24,9 747 33,8 6,0
10 2 8 22294 73 5 28,5 747 28,3 6,0
Таблица 2. Результаты средних значений ДЧ в зависимости от времени суток и расстоянии от перекрестка ул. Терешковой и ул. Орская (фрагмент)
Время Расстояние от автомобильной дороги,м Концентрации ДЧ, мкг/м3 Количество ДЧ, ед./л Климатические параметры
ДЧ 2,5 ДЧ 10 0,3 мкм 2,5 мкм 10 мкм температура, °C давление, мм рт. ст. влажность, % скорость ветра, м/с
1 5 13 42667 140 11 29,4 747 29,2 4,3
17:00 5 4 11 32667 90 6 30,7 747 27,9 4,3
10 3 9 22211 63 4 31,1 747 28,8 4,3
1 16 45 64000 187 16 22,3 746 41,9 5,6
21:00 5 13 37 77667 233 19 22,2 746 43,6 5,6
10 14 40 116333 373 31 21,7 746 45,5 5,6
Таблица 3. Результаты расчёта интенсивности автотранспортного потока на перекрестке ул. Терешковой и ул. Орская (фрагмент)
Время наблюдения Количество АТС по категориям за 5 мин., ед. Расчетная интенсивность потока, авт./ч
М1 М3 N1 N2 N3
08:00 380 11 20 9 4 - 5088
13:00 271 13 7 4 1 - 3552
17:00 239 7 10 4 1 - 3132
21:00 214 6 13 - - - 2796
В каждой точке на перекрестке выполнено по 5 наблюдений количества и концентрации ДЧ, с последующим расчетом средних значений. Анализ результатов исследований показал, что существенные концентрации ДЧ10 и ДЧ2,5 накапливаются именно в центральной части перекрёстков. Несмотря на то что, концентрации ДЧ не превышают гигиенических нормативов, они существенно изменяются от времени суток в зависимости от интенсивности АТС и скорости ветра. Нами установлено, что при неблагоприятных погодных условиях их содержа-
ние достигает 75 мкг/м3 для ДЧ10 и 20 мкг/м3 для ДЧ2,5. С целью совершенствования информационных систем мониторинга и прогнозирования чрезвычайного загрязнения ДЧ атмосферного воздуха на урбанизированных территориях нами проведено компьютерное моделирование с помощью программы SigmaPlot 11.0 и установлены зависимости концентраций ДЧ10 и ДЧ 2,5 от интенсивности автотранспортного потока и скорости ветра на перекрёстках г. Оренбурга (рисунок 8).
Точки на карте Время Концентрации ДЧ, мкг/м3 Количество ДЧ, ед./л Климатические параметры
ДЧ2,5 ДЧ10 0,3 мкм 2,5 мкм 10 мкм температура, °С давление, мм рт. ст. влажность, % скорость ветра, м/с
1 08:00 5 21 56667 153 14 22,433 752 53,233 2,000
12:00 4 16 33333 100 9 31,833 752 40,500 3,333
20:00 5 15 43333 113 11 37,167 749 20,567 4,000
7 08:00 5 18 52667 180 16 24,067 752 50,400 2,000
12:00 4 13 31333 83 7 34,033 752 41,000 3,333
20:00 6 14 38333 100 9 35,533 749 24,600 4,000
14 08:00 4 17 44000 117 11 23,867 752 53,333 2,000
12:00 4 12 36000 113 10 33,000 752 42,033 3,333
20:00 3 10 29333 87 6 34,033 749 25,067 4,000
Таблица 4. Средние значения концентраций ДЧ в 14 точках на перекрестке ул. Терешковой / ул. Орская (фрагмент)
Рисунок 5. Участки загрязнения ДЧ10 на перекрёстке ул. Терешковой / ул. Орская
Рисунок 6. Зависимости концентраций ДЧ2,5 от времени суток на перекрёстке ул. Терешковой / ул. Ор-ская
Для оценки суммарных концентраций ДЧ АФА ДЧ в нулевой момент времени (таблица 5) в придорожной территории автомобильных дорог и определены зависимости массы фильтра от вре-г. Оренбурга нами на основе гравиметрического мени взвешивания до и после отбора ДЧ на переметода рассчитана масса осаждённых на фильтре крестках г. Оренбурга (рисунок 9).
Рисунок 7. Зависимости концентраций ДЧ10 от времени суток на перекрёстке ул. Терешковой / ул. Ор-ская
Рисунок 8. Зависимости концентраций ДЧ10 от скорости ветра и интенсивности автотранспортного потока на участках УДС г. Оренбурга
Рисунок 9. Зависимости массы фильтра до и после отбора ДЧ на перекрестке ул. Терешковой / ул. Ор-
Таблица 5. Результаты расчёта суммарной концентрации ДЧ на перекрёстках г. Оренбурга (фрагмент)
Номер фильтра и уравнение для исходного фильтра после обезвоживания Уравнение для исходного фильтра после обезвоживания с осаждёнными ДЧ Масса исходного фильтра после обезвоживания в момент времени t = 0, мг Масса фильтра с ДЧ после обезвоживания в момент времени t = 0, мг Разница в массах между исходными фильтрами до и после отбора проб, мг Суммарная концентрация ДЧ, мг/м3
1) у = 0,104х + 401,05 у = 0,302х + 407,05 401,05 407,05 6,00 1,86
2) у = 0,138х + 411,79 у = 0,262х + 419,09 411,79 419,09 7,30 3,16
3) у = 0,15х + 409,78 у = 0,242х + 416,06 409,78 416,06 6,28 2,14
4) у = 0,113х + 400,87 у = 0,141х + 405,01 400,87 405,01 4,14 -
Номера перекрёстков: 1 - просп. Победы / ул. Орская, 2 - ул. Терешковой / ул. Орская; 3 - просп. Победы / ул. Шевченко; 4 - фоновые концентрации
Обсуждение и заключение
Установлено, что на автомагистралях г. Оренбурга с различной интенсивностью движения массовые концентрации ДЧ2,5 и ДЧ10 на остановках и перекрестках не превышали установленных гигиенических нормативов, однако их суммарное содержание было превышено от 4 до 6 раз. Кроме того, выявлена тенденция превышения концентраций ДЧ10 и ДЧ2,5 в 2,5-4 раза на перекрестках по сравнению с перегонами.
С учетом полученных результатов нами рекомендуется проводить непрерывный мониторинг среднесуточных, а также максимально-разовых концентраций ДЧ вблизи крупных автомагистра-
лей с интенсивностью свыше 2000 АТС в час и более. Причём оценку экологической безопасности автотранспортных потоков по концентрациям ДЧ с учётом их гранулометрического состава нами рекомендуется проводить не только в тёплый, но и холодный период года, для которого характерны повышенный расход топлива, износ трущихся поверхностей тормозной системы, износ автомобильных шин, что значительно повышает содержание ДЧ10 и ДЧ2,5 в придорожной территории автомобильных дорог.
Установленные зависимости между концентрацией ДЧ, интенсивностью автотранспортного потока и скоростью ветра позволят прогнозировать
уровень загрязнения атмосферы в зонах торможения и разгона АТС. Для снижения концентраций ДЧ и обеспечения экологической безопасности автотранспортных потоков в придорожной территории автомобильных дорог необходима разработка современных правовых и организационно-техни-
ческих мероприятий, обоснованных нами ранее [10]. Выполненные исследования также могут лечь в основу последующего расчета рисков здоровью населения от воздействия выбросов ДЧ10 и ДЧ2,5 и объективной оценки их содержания в придорожной территории автомобильных дорог г. Оренбурга.
Литература
1. Азаров В. К. Разработка комплексной методики исследований и оценки экологической безопасности и энергоэффективности автомобилей: дис. ... канд. техн. наук: 05.05.03. - Москва, 2014. - 136 с.
2. Барикова Н. С. Совершенствование системы мониторинга загрязнения воздуха придорожных территорий городов мелкодисперсной пылью: дис. ... канд. техн. наук: 05.23.19. - Волгоград, 2017. - 159 с.
3. Вольнов А. С. Математическая модель для оценки загрязнения автотранспортными потоками приземного слоя атмосферы на перекрёстках внутригородских автомобильных дорог // Интеллект. Инновации. Инвестиции. - 2016. - № 7. - С. 103-111.
4. Другов Ю. С., Родин А. А. Пробоподготовка в экологическом анализе: монография. - СПб.: Анатолия, 2002. - 755 с.
5. Ерохов В. И., Николаенко А. В. Оценка экологической безопасности современных автотранспортных средств [Электронный ресурс] // Журнал «Транспорт на альтернативном топливе». - 2009. - № 1 (7). - Режим доступа: https://cyberleninka.rU/article/n/otsenka-ekologicheskoy-bezopasnostisovremen nyh-avtotransportnyh-sredstv (дата обращения: 08.01.2020).
6. Кутенев В. Ф., Азаров В. К., Гайсин С. В. Проблемные вопросы оценки и нормирования национальными и международными правилами ООН выбросов вредных веществ автотранспортными средствами // Механика машин, механизмов и материалов, 2016. - № 3 (36). - С. 15-20.
7. Кутенев В. Ф., Степанов В. В., Азаров В. К. О реальном выбросе твёрдых частиц автомобильным транспортом // Журнал автомобильных инженеров, 2013. - № 4. - С. 45-47.
8. Леванчук А. В. Гигиеническая характеристика воздушной среды в зоне влияния дорожно-авто-мобильного комплекса [Электронный ресурс] // Журнал «Медицина и образование в Сибири». - Режим доступа: http://ngmu.ru/cozo/mos/article/text_full.php?id=1627. (дата обращения: 12.12.2019).
9. Третьяк Л. Н., Вольнов А. С. Совершенствование методов нормирования и оценки экологических показателей тормозных механизмов по составу и концентрациям дисперсных частиц в продуктах их изнашивания // Прогрессивные технологии в транспортных системах: материалы XIII международной научно-практической конференции (15-17 ноября 2017 г., Оренбург) / М-во образования и науки Рос. Федерации, Федер. гос. бюджет. образоват. учреждение высш. образования «Оренбургский гос. ун-т». - Оренбург, 2017. - С. 57-61.
10. Третьяк Л. Н., Вольнов А. С., Косых Д. А. Обеспечение экологической безопасности автотранспортных потоков путём комплексного учёта выбросов вредных веществ и разработки организационно-технических мероприятий // Интеллект. Инновации. Инвестиции. - 2017. - № 11. - С. 40-46.
11. Трофименко Ю. В., Чижова В. С. Оценка загрязнения воздуха аэрозольными частицами размером менее 10 мкм от транспортных потоков на городских автомагистралях // Экология и промышленность России, 2012. - № 9. - С. 41-45.
12. Хесин А. И., Скудатин М. Е., Ушмодин В. Н. Канцерогенная опасность автомобильных шин [Электронный ресурс] // Национальная безопасность и геополитика России, № 10-11(51-52). - 2003. - Режим доступа: http://www.hesin-tech.ru/article21.html (дата обращения: 12.12.2019).
13. Чижова В. С. Повышение экологической безопасности автотранспортного комплекса путем снижения загрязнения воздуха дисперсными частицами размером менее десяти микрометров : диссертация ... кандидата технических наук : 05.22.10. - Москва: Моск. автомобил.-дорож. гос. техн. ун-т (МАДИ), 2016. - 166 с.
14. Berkowicz R. OSPM-apometerized Street pollution model//Kluwer. Academ. Publishers. Netherlands Environmental Monitoring and assessment. -2000. Vol. 65. - P. 341-359.
15. Kukkonen J. et.al Analysis and evaluation of selected local-scale PM10 air pollution episodes in four European cities: Helsinki, London, Milan and Oslo // Atmospheric Environment. - 2005. - Vol. 39 (15). Available at: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1352231005001615 (accessed 19.12.2019).
16. Quincey P., Butterfield D. Ambient air particulate matter PM10 and PM2.5: developments in European measurement methods and legislation // Biomarkers. - 2009. - Vol. 14(S1). - рр. 34-38.
17. Suleimanov, I. F., Moskova, E. V, Sabirov, R. G., Kalimullin, R. F., Filippov, A. A. Organization of vehicle traffic based on environmental monitoring of the air basin // Amazonia Investiga. - 2018. - Т. 7. - № 15. -С. 214-221.
References
1. Azarov, V. K. (2014) Razrabotka kompleksnoj metodiki issledovanij i ocenki ekologicheskoj bezopasnosti i energoeffektivnosti avtomobilej. Dis. ... cand. tech. Sciences [Development of a comprehensive methodology for research and assessment of environmental safety and energy efficiency of cars. Dis. ... cand. tech. Sciences]. Moscow, 136 p.
2. Barikova, N. S. (2017) Sovershenstvovanie sistemy monitoringa zagryazneniya vozduha pridorozhnyh territorij gorodov melkodispersnoj pyl'yu. Dis. ... cand. tech. Sciences [Improving the monitoring system of air pollution of roadside territories of cities with fine dust. Dis. ... cand. tech. Sciences]. Volgograd, 159 p.
3. Volnov, A. S. (2016) [A mathematical model for assessing pollution by road flows of the surface layer of the atmosphere at the intersections of intracity roads]. Intellekt. Innovacii. Investicii [Intellect. Innovation. Investments]. Vol. 7, pp. 103-111. (In Russ.).
4. Drugov, Yu. S., Rodin A. A. (2002) Probopodgotovka v ekologicheskom analize [Sample preparation in environmental analysis]. St. Petersburg: Anatolia, 755 p.
5. Erokhov, V. I., Nikolaenko A. V. (2009) [Environmental safety assessment of modern vehicles]. Zhur-nal «Transport na al'ternativnom toplive» [Journal of «Transport on alternative fuel»]. Vol. 1(7). Available at: https://cyberleninka.ru /article/n/otsenka-ekologicheskoy-bezopasnosti-sovremennyh-avtotransportnyh-sredstv (accessed: 08.01.2020). (In Russ.).
6. Kutenev, V. F., Azarov, V. K., Gaysin S. V. (2016) [Problematic issues of assessment and regulation by national and international UN rules of emissions of harmful substances by vehicles]. Mekhanika mashin, mekha-nizmov i materialov [Mechanics of machines, mechanisms and materials]. Vol. 3 (36), pp. 15-20. (In Russ.).
7. Kutenev, V. F., Stepanov, V. V., Azarov, V. K. (2013) [About the real emission of solid particles by road transport]. Zhurnal avtomobil'nyh inzhenerov [Journal of automotive engineers]. Vol. 4, pp. 45-47. (In Russ.).
8. Levanchuk, A. V (2015) [Hygienic characteristics of the air in the zone of influence of the road-road complex]. Zhurnal «Medicina i obrazovanie v Sibiri» [Journal «Medicine and Education in Siberia»]. Available at: http://ngmu.ru/cozo/mos/article/text_full.php?id=1627 (accessed 12.12.2019). (In Russ.).
9. Tretyak, L. N., Volnov, A. S. (2017) [Improving the methods of standardization and assessment of environmental indicators of inhibitory mechanisms by the composition and concentration of dispersed particles in the products of their wear]. Progressivnye tekhnologii v transportnyh sistemah: materialy XIII mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii 15-17 noyabrya 2017 g., Orenburg [Progressive technologies in transport systems: materials of the XIII international scientific and practical conference November 15-17, 2017, Orenburg]. Moscow State University of Education and Science. Federation, Orenburg state university, Orenburg, pp. 57-61. (In Russ.).
10. Tretyak, L. N., Volnov, A. S., Kosykh, D. A. (2017) [Ensuring the environmental safety of motor flows through integrated accounting of harmful emissions and the development of organizational and technical measures]. Intellekt. Innovacii. Investicii [Intellect. Innovation. Investments]. Vol. 11, pp. 40-46. (In Russ.).
11. Trofimenko, Yu. V., Chizhova, V S. (2012) [Assessment of air pollution by aerosol particles less than 10 microns in size from traffic flows on urban motorways]. Ekologiya ipromyshlennost' Rossii [Ecology and Industry of Russia]. Vol. 9, pp. 41-45. (In Russ.).
12. Khesin, A. I., Skudatin, M. E., Ushmodin, V. N. (2003) [Carcinogenic hazard of car tires]. Nacional'naya bezopasnost'igeopolitikaRossii [National Security and Geopolitics of Russia]. Vol. 10-11 (51-52). Available at: http://www.hesin-tech.ru/article21.html (accessed 12.12.2019). (In Russ.).
13. Chizhova, V. S. (2016) Povyshenie ekologicheskoj bezopasnosti avtotransportnogo kompleksa putem snizheniya zagryazneniya vozduha dispersnymi chasticami razmerom menee desyati mikrometrov Dis. ... cand. tech. Sciences [Improving the environmental safety of the motor transport complex by reducing air pollution with dispersed particles less than ten micrometers in size. Dis. ... cand. tech. Sciences]. Moscow, 166 p.
14. Berkowicz, R. (2000) OSPM-apometerized Street pollution model. Kluwer. Academ. Publishers Netherlands Environmental Monitoring and assessment. Vol. 65, pp. 341-359. (In Eng.).
15. Kukkonen, J. (2005) Analysis and evaluation of selected local-scale PM10 air pollution episodes in four European cities: Helsinki, London, Milan and Oslo. Atmospheric Environment. Vol. 39 (15). Available at: http:// www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1352231005001615, free access. (accessed 19.12.2019). (In Eng.).
16. Quincey, P., Butterfield, D. (2009) Ambient air particulate matter PM10 and PM2.5: developments in European measurement methods and legislation. Biomarkers. Vol. 14. pp. 34-38. (In Eng.).
17. Suleimanov, I. F., Moskova, E. V, Sabirov, R. G., Kalimullin, R. F., Filippov, A. A. (2018) Organization of vehicle traffic based on environmental monitoring of the air basin. Amazonia Investiga. Vol. 7, No. 15, pp. 214-221. (In Eng.).
Информация об авторах:
Людмила Николаевна Третьяк, доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой метрологии, стандартизации и сертификации, Оренбургский государственный университет, Оренбург, Россия ORCID ID: 0000-0003-3410-0782, Researcher ID: F-3228-2019 e-mail: [email protected]
Александр Сергеевич Вольнов, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры метрологии, стандартизации и сертификации, Оренбургский государственный университет, Оренбург, Россия ORCID ID: 0000-0002-6014-4335, Researcher ID: E-4990-2016 e-mail: [email protected]
Статья поступила в редакцию: 25.12.2019; принята в печать: 28.02.2020. Авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.
Information about the authors:
Lyudmila Nikolaevna Tretyak, Doctor of Technical Sciences, Head of the Department of Metrology, Standardization and Certification, Associate Professor, Orenburg State University, Orenburg, Russia ORCID ID: 0000-0003-3410-0782, Researcher ID: F-3228-2019 e-mail: [email protected]
Alexander Sergeevich Volnov, Candidate of Technical Sciences, Senior Lecturer, Department of Metrology, Standardization and Certification, Orenburg State University, Orenburg, Russia ORCID ID: 0000-0002-6014-4335, Researcher ID: E-4990-2016 e-mail: [email protected]
The paper was submitted: 25.12.2019. Accepted for publication: 28.02.2020. The authors have read and approved the final manuscript.
