CC BY
18
УДК вИ.71/.73:в29.731-07
Д. И. Смелянская, А. И. Запорожец, В. И. Токарев оценка выброса загрязняющих веществ самолетами
гражданской авиации в районе аэропортов
Киевский НИИ обшей и коммунальной гигиены нм. А. Н. Марзеева
Несмотря на то что доля авиации в общем загрязнении атмосферы от промышленности и транспорта достаточно мала — около 1 %, уровни загрязнения воздуха в районе аэропортов сравнимы с уровнем загрязнения воздуха в больших индустриальных городах. Наибольший объем загрязняющих веществ (ЗВ) в районе аэропорта выбрасывается в результате эмиссии авиационных двигателей — до 75% от общей массы выбросов ЗВ авиапредприятия. Другими существенными источниками загрязнения атмосферного воздуха в районе аэропорта являются спецавтотранспорт, котельные установки, склады горюче-смазочных материалов. Преобладание самолетов над другими источниками загрязнения аэропорта объясняется большими расходами топ-* лива авиадвигателями и высокой температурой сгорания топливной смеси в камерах сгорания авиадвигателей.
При изучении проблемы загрязнения атмосферного воздуха, образующегося в результате эксплуатации самолетов, границы района аэропорта определяются удалением воздушных судов от аэродрома при осуществлении полетов в пределах высоты атмосферного пограничного слоя (ж900 м). Весь цикл движения самолета в районе аэропорта можно разделить на ряд этапов: при взлете самолета — запуск двигателей, руление от места стоянки до взлетно-посадочной полосы (ВПП), разбег по ней, набор высоты 900 м, при посадке самолета — снижение с высоты 900 м до высоты круга, полет по кругу, снижение по глиссаде, пробег по ВПП, руление до места стоянки. Для каждого этапа движения самолета характерен конкретный режим работы двигателей, определяемый требованиями руководств по ф летной эксплуатации самолета для воздушных
участков движения и расстоянием от мест стоянки до ВПП при рулении самолета. В среднем период руления перед взлетом 10 мин, а после посадки 5 мин. Поскольку масса выброса загрязняющих веществ определяется с помощью простой зависимости вида
М, = Г^л. о
(где Qi — производительность выброса ЗВ, Т — рассматриваемый период, й — дифференциал, т — переменная времени), можно построить достаточно простые номограммы для определения массы выброса ЗВ самолетами при движении в районе аэропорта. В качестве примера на рис. 1 и 2 приведены номограммы расчета массы выброса ЗВ самолетом Як-40, оборудованным тремя турбореактивными двухконтурными двигателями (ДТРД) и самолетом Ан-24, оборудованным турбовинтовыми двигателями (ТРД). В качестве аргументов использован вес самолета — От и время руления — Т, мин. Так как часовой расход топлива для ТРД значительно меньше, чем для ДТРД, масса выброса ЗВ для Ан-24 в результате выполнения взлетного или посадочного цикла движения почти втрое меньше, чем для самолета Як-40. Следующим важным выводом из анализа номограмм расчета массы выброса ЗВ является то, что на наземном участке взлетно-посадочного цикла движения самолета в районе аэропорта (запуск — руление + разбег при взлете и пробег -1- руление при посадке) образуется 60—70 % суммарной массы выброса ЗВ и более 90 % от этого приходится на продукты неполного сгорания топлива. Масса выброса окислов азота определяется главным образом этапами разбега и начального набора высоты самолета. Местами ожидаемых максималь-
Рис. 2. Номограмма расчета массы выброса загрязняющих веществ самолетом Ан-24 в течение взлетно-посадочного цикла движения в районе аэропорта.
Рис. 1. Номограмма расчета массы выброса загрязняющих веществ самолетом Як-40 в течение взлетно-посадочного цикла движения в районе аэропорта.
Здесь и на рис. 2.: а — взлетный цикл; б — посадочный цикл; в — руление.
ных концентраций ЗВ при эксплуатации самолетов являются места стоянки самолетов и запуска двигателей, предварительного старта (прогрева авиадвигателей), старта самолета на ВПП.
Использование номограмм расчета массы выброса ЗВ самолетами гражданской авиации позволяет осуществить сравнительную оценку выброса ЗВ в районе аэропортов различного класса. В качестве примера рассмотрены аэропорты I и II классов Киева. Масса выброса ЗВ в районе аэропорта определяется типами эксплуатируемых самолетов и интенсивностью их движения. Транспортные перевозки, выполняемые из аэропорта I класса, производятся самолетами Ту-154, Ту-134, Ан-24, Як-40, Ил-62, Ил-76Т, причем более 80 % перевозок приходится на самолеты Ту-154 и Ту-134. В аэропорту II класса эксплуатируются самолеты Як-40, Ан-24, Ан-26 и Ан-32. Поскольку на двух последних установлены такие же двигатели, как на Ан-24, их можно объединить в одну группу. Более 70 % взлетно-посадочных операций в районе аэропорта II класса выполняется самолетами типа Ан-24.
Интенсивность движения самолетов в районе аэропорта является переменной величиной и зависит от сезона, дня недели, времени суток. Интенсивность движения в осенне-зимний период на 30—50 % ниже, чем в весенне-летний сезон эксплуатации воздушных судов. Наиболее загруженный месяц года — август.
Для аэропорта I класса среднесуточная интенсивность движения летом около 70 взлетно-по-садочных операций. Максимальная нагрузка в течение недели приходится на понедельник и пятницу. В течение суток интенсивность движения самолетов также неравномерна: максимум приходится на период с 10 до 11 ч и равняется 10 взлетам и посадкам. В итоге масса выброса ЗВ самолетами в районе аэропорта I класса за сутки во время сезона максимальной загруженности: МСо= 1800 кг, Mсп = 470 кг, Млгох = 520 кг. Годовой объем выброса ЗВ самолетами в районе аэропорта МСо = 520 т, Мен =135 т, MNOx= = 150 т.
Аэропорт II класса характеризуется значительно большей интенсивностью движения самолетов— 155—160 взлетно-посадочных операций за сутки. Наиболее загруженным днем недели является пятница, наиболее загруженное время суток — с 12 до 14 ч (число взлетов за час достигает 18—20). Из-за высокой интенсивности движения самолетов масса выброса ЗВ в районе аэропорта II класса сравнима с таковой в районе аэропорта I класса (особенно продуктов неполного сгорания топлива), хотя производительность выброса ЗВ для самолетов Ан-24 и Як-40 значительно ниже, чем для самолетов, эксплуатируемых в аэропорту I класса. В среднем за сутки самолеты в районе аэропорта II класса выбрасывают Мсо= 1550 кг, МСн = 450 кг.
Мцох =85 кг. Годовой выброс ЗВ в районе аэропорта II класса 440, 135 и 25 т соответственно. Степень неблагоприятного воздействия загрязнения атмосферного воздуха определяется величиной превышения концентрации ЗВ, предельно допустимой концентрации, определенной для заданного периода времени,— 30 мин, 8 ч, 1 сут, 1 мес, 1 год. Между концентрацией <?,• и массой выброса ЗВ М существует функциональная связь в виде = гре <р— функция распространения примеси ЗВ в атмосферном воздухе, зависящая от параметров эксплуатации самолета и метеорологических факторов.
При этом следует иметь в виду, что связь между уровнем загрязнения воздуха и метеорологическими условиями очень сложная. Поэтому при изучении причин формирования повышенного уровня загрязнения атмосферы более удобно использовать не отдельные метеорологические характеристики, а комплексные параметры, соответствующие определенной метеорологической ситуации.
На состояние атмосферы в городе большое влияние оказывает приземная инверсия температуры в сочетании со слабыми ветрами, т. е. застой воздуха, а также туманы, осадки, радиационный режим и турбулентный обмен. Совокупность перечисленных факторов определяет способность атмосферы рассеивать продукты выбросов и формировать некоторый уровень ее загрязнения. Большое значение имеет повторяемость приподнятых инверсий, образование которых над крупным городом часто обусловлено разрушением приземных инверсий. Весной, особенно утром, приподнятые инверсии с нижней границей 0,01—0,25 км, но имеющие большое горизонтальное и вертикальное протяжение, могут способствовать накоплению примесей в приземном слое от высоких источников выбросов, в том числе самолетов.
Рассмотрим климатические условия рассеивания примесей в Киеве. По данным Л. 3. Про-ха ', преобладающими для этого города являются ветры западного, северо-западного и юго-восточного направлений. Один из аэропортов находится на юго-западе от города, другой — на юго-востоке. При соответствующих условиях выбросы от аэропортов могут переноситься на город. Зимой западные ветры сопровождаются туманами, низкой облачностью, под которой формируются инверсии, способствующие накоплению выбросов, ветер переносит их в сторону города.
Летом на Украине, по данным этого же автора, повторяемость приземных инверсий такая же, как и зимой («30%). и если зимой возникновение приземных инверсий в большинстве случаев связано с распространением сибирского антициклона, то летом они имеют радиационное происхождение, возникают после захода солн-
1 Юнмат Киева. Киев, 1973, с. 61.
^ на. Повторяемость слабых ветров (0,1 и менее 2 мс) плавно возрастает от зимы к лету, максимальной она бывает в сентябре.
Осадки летом в Киеве крайне неоднородны: во время одного ливня может выпасть месячная норма осадков, хотя число дней с осадками летом намного меньше, чем зимой.
В связи с особенностями климата в Киеве в разные периоды года создаются примерно одинаковые условия как для рассеивания, так и для накопления примесей в приземном слое воздуха. Таким образом, повышенный уровень загрязнения атмосферы может отмечаться как в зимний, так и в летний период.
Поступила 15.03.84
УДК «13.5+614.371:678
В. И. Чекаль, В. И. Ляшенко
о прогнозировании санитарно-химических свойств полимерных материалов
Киевский НИИ общей н коммунальной гигиены им. А. Н. Марзеева
Одной из актуальных проблем гигиенической регламентации применения полимерных строительных материалов (ПСМ) является прогнозирование их санитарно-химических свойств. К последним относятся качественный и количествен-ф ный состав выделяющихся из ПСМ вредных ве-^ ществ и время снижения их миграции до предельно допустимых концентраций.
С точки зрения изменения энергии, процесс миграции индивидуальных летучих компонентов из ПСМ в воздушную среду связан с изменением стандартного изохорного потенциала (АF) следующим уравнением:
&F = 0— THS" = — RTlnK, (1)
где Q — теплота десорбции (диффузии) летучих компонентов из ПСМ; Т — абсолютная температура; AS"—изменение энтропии; R — универсальная газовая постоянная; К — константа ди-дузионного равновесия ПСМ ^ воздушная среда.
Изменение содержания летучих компонентов в ПСМ в зависимости от температуры определяется чистой теплотой диффузии (Q — L):
Q-L
\C=qe кт , (2)
где L — теплота испарения летучих компонен-^ tob; q — энтропийный множитель [2].
В предыдущих работах [1, 3] модель прогнозирования санитарно-химических свойств ПСМ основана на предположении о том, что миграцию химических веществ из ПСМ в воздушную среду лимитируют явления их диффузии внутри полимерного материала. Тем не менее следует отметить, что корректная модель прогнозирования основной санитарно-химической характеристики ПСМ (времени достижения ПДК) может быть построена по-разному в зависимости от определяющих процесс загрязнения явлений: «диффузионная» модель — если превалирующий вклад в изменение энергии вносится за счет диффузии химических веществ внутри ПСМ (т. е. величиной AQ, вклад L ничтожно мал), «равновесно-кинетическая»— если учитываются одновремен-
но изменения энергии при диффузии и испарении веществ (С? +
Прямым доказательством, указывающим на доминирующий характер диффузионных явлений или испарения химических веществ при их миграции из ПСМ в воздушную среду, могло бы послужить сравнение экспериментально найденных показателей теплоты испарения летучих компонентов с поверхности ПСМ при изменении энергии активации. К сожалению, следует констатировать, что прямое определение теплоты, испарения химических веществ с поверхности ПСМ представляет большие трудности. Однако имеющиеся в литературе данные о теплоте испарения индивидуальных химических веществ [4] и найденные экспериментально в результате кинетических измерений энергии активации при миграции летучих компонентов из ПСМ свидетельствуют о том, что основной энергетической составляющей характеристикой этого процесса является теплота испарения химических веществ, вклад которой в общий энергетический баланс достигает 75—90 %• Вклад же диффузионной составляющей (Д<2) для различных рулонных материалов (линолеумов) практически не изменяется.
При анализе результатов собственных исследований и данных Т. В. Васильева и В. В. Мальцева [1] нами установлено, что энергия активации находится в хорошей линейной зависимости от температуры кипения индивидуальных летучих компонентов. Это еще раз подтверждает правильность предположения о том, что определяющими миграцию химических веществ из ПСМ в воздушную среду являются процессы их испарения, лимитированные диффузией из глубинных слоев полимерного материала (см. таблицу). Процессы диффузии и испарения находятся при этом в термодинамическом равновесии. Этот факт подтверждается и изменениями энтропии, рассчитанной нами из экспериментально найденных констант скорости миграции. Последние связаны с изменением концентрации ве-
