CC BY
31
УДК 658.38
ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА НА МАГИСТРАЛЯХ Г. ТАМБОВА* В.И. Вигдорович, Н.В. Вервекина, А.Ю. Пудовкина, А.С. Евсеев
Кафедра «Аналитическая химия и экология»,
Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина
Представлена членом редколлегии профессором В.И. Коноваловым
Ключевые слова и фразы: атмосферный воздух; карбюраторный, дизельный двигатели; метеоусловия; предельно-допустимые концентрации; экотоксиканты.
Аннотация: Изучено содержание ряда экотоксикантов в атмосферном воздухе г. Тамбова. Результаты фактической концентрации полютантов представлены в единицах среднесуточной ПДК экотоксикантов. Рассмотрено влияние метеоусловий, в том числе скорости ветра на фактическую концентрацию загрязнителей в атмосферном воздухе.
Введение
При оценке состояния атмосферного воздуха г. Тамбова контролирующими службами, как правило, учитываются лишь выбросы от стационарных источников [1]. Это существенно искажает оценку истинной ситуации, так как вклад нестационарных источников и, прежде всего, автомобильного транспорта в загрязнение окружающей среды не только сближен с выбросами стационарных источников, но и может их существенно превышать.
В связи с этим сотрудниками кафедры аналитической химии и экологии предпринята попытка оценить вклад именно автомобильного транспорта. С этой целью проведены заборы воздуха на наиболее оживленных транспортных магистралях областного центра, и результаты аналитического контроля сопоставлены с метеоусловиями, транспортным потоком, временем суток и днями недели. Кроме того, сделана попытка раздельно оценить влияние автотранспортных средств с карбюраторным и дизельным двигателями.
Анализ экспериментальных данных по SO2, NO2 и CO проведен в предположении, что основным источником загрязнения воздуха в городе является автотранспорт. И если в этом случае имеет место некоторая систематическая ошибка, связанная с выбросами от стационарных источников, то в изменении фактической концентрации в дневное (рабочее) время их вклад близок к нулю.
Краткая характеристика токсичности загрязнителей
Оксид углерода (II) - газ без цвета и запаха, реагирует с гемоглобином в 210 раз быстрее, чем кислород, что приводит к развитию кислородной недостаточности. Увеличенные среднесуточные концентрации СО способствуют возрастанию смертности лиц с сердечно-сосудистыми заболеваниями [2].
* Принято к печати 21.10.2006 г.
Оксиды азота N0, играют основную роль в образовании фотохимического «смога», влияют на разрушение озонового слоя, ведут к образованию кислотных дождей. С повышением температуры количество оксидов азота значительно увеличивается.
Одним из способов уменьшения выброса оксидов азота является циркуляция выхлопных газов. Образование их в двигателе зависит от двух факторов: максимальной температуры и концентрации кислорода в сгорающих газах. Связывают механизм влияния рециркуляции на ограничение выбросов оксидов азота с повышением общей теплоемкости рабочих газов в цилиндре и снижением их максимальной температуры. Количество рециркуляционных газов обычно составляет 20...25 % от общего расхода выхлопных газов. Содержание N0;,; при этом может быть снижено на 70.80 %.
Выбросы S02 являются причиной выпадения сернокислотных осадков, способствующих закислению почвы, воды и разрушению облицовки зданий. Длительное воздействие даже относительно низких концентраций этого экотоксиканта увеличивает вероятность летальных исходов от сердечно-сосудистых заболеваний, способствует возникновению бронхитов, астмы и других респираторных заболеваний. Продолжительность существования сернистого газа в атмосфере - в пределах 10 часов [2].
Методика эксперимента
Анализы на содержание СО, N0^ S02 проводились посредством комплект-лаборатории «Пчелка-Р» весной и осенью 2005 года на магистралях г. Тамбова три раза в день в 9, 13 и 18 часов.
Пробы атмосферного воздуха отбирались в следующих контрольных точках:
- улица Г астелло;
- улица Бастионная;
- улица Мичуринская, магазин «Океан».
Комплект-лаборатория «Пчелка-Р» (паспорт КРМФ.416900.001 ПС) предназначен для экспертной оценки химических загрязнений воздушной среды и промышленных газовых выбросов с помощью индикаторных трубок и насоса-пробоотборника НП-3М. Контроль проводится без применения электропотребляющего оборудования.
Определение загруженности улиц автотранспортом
Измерения проводились на определенных участках разных улиц с двусторонним движением с замерами в 9, 13 и 18 часов. Интенсивность движения автотранспорта производилась методом подсчета автомобилей разных типов три раза по 20 минут в каждом из замеров.
Запись велась следующим образом:
Время Тип автомобиля Число единиц
Тяжелый грузовой (дизельный)
Автобус
Легковой
Автомобили разделяют на две категории: с карбюраторным и дизельным двигателями. Производится оценка движения транспорта по отдельным улицам.
Экспериментальные результаты и их обсуждение
Известно, что автотранспорт выбрасывает в воздушную среду более 200 компонентов, среди которых оксид углерода (II), углекислый газ, оксиды азота и серы, альдегиды и канцерогенная группа углеводородов (бенз(а)пирен и
бенз(а)антрацен). При этом наибольшее количество токсичных веществ выбрасывается автотранспортом в воздух на малом ходу, на перекрестках, остановках перед светофорами. Подсчитано, что среднегодовой пробег каждого автомобиля 15000 км. В среднем за это время он обедняет атмосферу на 4350 кг кислорода и насыщает ее 3250 кг углекислого газа, 530 кг угарного газа, 93 кг углеводородов и 7 кг оксидов азота.
Предельно-допустимые концентрации изученных экотоксикантов приведены в табл. 1.
Фактическую концентрацию экотоксикантов целесообразней сопоставлять со среднесуточной ПДК, то есть оценить отношение
К = Сфакт(вещества) / ПДКсс (вещества).
Соответствующие данные для СО в воздухе представлены на рис. 1, а-в и в табл. 2 (измерения проведены весной 2005 года). Экспериментальные данные в табл. 2-4 характеризуют связь метеоусловий с фактической концентрацией соответствующего вещества К, приведенной в единицах ПДКсс.
Превышения концентраций СО были незначительны и достигали 2 ПДК. Максимальное превышение зафиксировано 26 мая на ул. Бастионной.
Главным образом воздействию токсических составляющих отработанных газов подвергается водитель автомобиля. В кабинах транспортных средств концентрация СО может значительно превышать предельно-допустимые нормы.
Результаты оценки фактической концентрации оксида азота (IV) Сфакт(КО2) представлены на рис. 2-3, а в табл. 3 приведены коэффициенты превышения. Абсолютные значения Сфакт(КО2) - от 0,15 мг/м3 (что составляет 1,8 ПДК) до 0,6 мг/м3 (превышение ПДК в 7,1 раза). За весь период времени превышение ПДК по КО2 в воздухе наблюдались на всех контролируемых участках.
На улице Бастионная в весеннее время (рис. 2, б) наблюдается четкая тенденция нарастания фактической концентрации КО2 от понедельника к пятнице и снижения ее к выходным дням. Видимо, это связано с тем, что в этом районе располагается большое количество торговых баз. Обратная картина имеет место на улице Мичуринская, возле магазина «Океан» (рис. 2, в).
Необходимо отметить, что весной в период взятия проб атмосферного воздуха не было дождей. Стояла достаточно жаркая и безветренная погода, что способствовало накоплению КО2 в воздухе.
На рис. 4, а показана зависимость количества автомобилей от времени суток на перекрестке улиц Гастелло и Гагарина (кривая 1) и на улице Мичуринская (магазин «Океан») (кривая 2).
Несмотря на то, что загруженность автотранспортом на последнем пункте превышает таковую на перекрестке улиц Г астелло и Г агарина, концентрация КО2 на последнем участке выше. Это можно объяснить тем, что контрольная точка возле магазина «Океан» - одно из наиболее высоких и продуваемых мест города.
Наибольшие превышения были зафиксированы на улице Бастионная, что связано с загруженностью этой улицы автотранспортом с дизельным двигателем (рис. 5).
В основном прослеживается обратно пропорциональная связь концентраций СО, КО2, 8О2 от скорости ветра (рис. 6): чем меньше сила ветра (кривая 1), тем больше концентрация экотоксиканта (кривая 2).
Таблица 1
ПДК изучаемых веществ
Вещество ПДКр.з., мг/мЗ ПДКге, мг/мЗ
no2 2 0,085
SO2 10 0,050
CO 20 З,000
С (СО), мг!мЗ
б-
Ф-
,в!11,и 11,и 11,1аН,и 11,и ІІ,и ІІ,віІ 1,и И, День
5 б 7 1 2 З 4 5 б 7 недели
а)
С (СО),
мг/м'
6 б
З
0 рЯ.и.МДЯДНДНДНДН,Ш,и, День
5 б 7 1 2 З 4 5 б 7 недели
б)
С (СО), мг!мЗ
бт
4-
День
5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 недели
в)
Рис. 1. Динамика изменения концентрации оксида углерода (II) во времени (май 2005 г.):
а - перекресток ул. Гастелло и Гагарина; б - ул. Бастионная; в - ул. Мичуринская, магазин «Океан» (сплошная линия, параллельная оси абсцисс, указывает величину ПДКсс вещества; числа на оси абсцисс - дни недели: 1 - понедельник, 2 - вторник, 3 - среда, 4 - четверг, 5 - пятница, 6 - суббота, 7 - воскресенье; время отбора проб, ч: 0- 9Ш □ - 1300 Э - 18—)
2
0
Дата Время отбора проб т, ч Скорость ветра V, м/с Т °С 1 возд, ср> К
* П1 П2 П3
900 6. 9 1,2 1,3 1,3
20.05 1300 6.. 11 +25 _** 1,4 1,4
18оо 6. 11 - 1,3 1,2
900 3. 5 1,3 1,5 1,33
21.05 1300 5. 10 +26 1,1 1,4 1,50
1800 6. 11 1,1 1,2 1,23
9оо 5. .7 1,7 1,5 1,4
22.05 13°о 7. 9 +27 1,3 1,5 1,7
18°о 3. .6 1,6 1,3 1,3
9оо 4. .6 1,1 1,7 1,2
23.05 13°о 3. 5 +27 1,3 1,7 1,3
18°о 2. 4 - 1,5 1,2
9оо Безветрие 1,3 1,5 1,2
24.05 13°о 2. 5 +27 - 1,5 1,3
18— 2. 6 1,1 1,3 1,2
9оо 1,3 1,7 1,3
25.05 13°о Безветрие +28 - 1,6 1,2
1800 - 1,5 1,3
9оо 2. .3 1,2 1,8 1,3
26.05 1300 2. 3 +25 - 1,7 1,3
1800 4. 7 1,2 1,5 1,5
9оо 2. .4 1,2 1,7 1,33
27.05 1300 2. 5 +20 1,1 1,5 1,50
1800 3. 6 1,2 1,3 1,60
9оо 3. .5 1,3 1,5 1,5
28.05 1300 6. .8 +23 1,2 1,5 1,7
1800 7. 12 1,2 1,3 1,5
9оо 5. .8 1,5 1,5 1,7
29.05 1300 6. 12 +23 1,3 1,7 1,7
18- 6. 12 1,2 1,5 1,6
* Здесь и далее в табл. 3 и 4: П - перекресток улиц Гастелло и Гагарина; П2 и П3 - соответственно улицы Бастионная и Мичуринская (магазин «Океан»).
** - Превышения ПДКсс не обнаружено.
Дата Время Скорость К
отбора проб т, ч ветра о, м/с Твозд, ср, С П1 П2 П3
900 6. .9 5,9 4,1 3,5
20.05 13- 6.. .11 +25 4,1 4,7 4,7
18- 6. 11 4,7 5,3 2,4
900 3. .5 5,9 3,5 1,8
21.05 1300 5. 10 +26 3,5 4,1 3,5
1800 6. 11 5,9 2,4 5,3
900 5. .7 7,1 2,4 4,7
22.05 1300 7. 9 +27 4,7 4,1 5,9
18— 3. .6 5,9 3,5 5,3
900 4. .6 4,7 4,7 2,4
23.05 1300 3. 5 +27 5,9 5,9 4,7
18°о 2. 4 4,1 4,1 3,5
900 Безветрие 2,9 5,9 3,5
24.05 13°о 2. 5 +27 4,7 7,1 2,9
18°о 2. 6 5,3 5,3 4,7
900 3,5 4,7 4,7
25.05 13°о Безветрие +28 5,3 5,9 4,1
18°о 5,9 5,3 3,5
900 2. .3 5,9 7,1 2,4
26.05 13°о 2. 3 +25 7,1 5,3 3,5
18°о 4. 7 4,7 5,9 2,9
9оо 2. .4 5,3 4,7 4,7
27.05 13°о 2. 5 +20 5,9 5,3 3,5
18- 3. .6 3,5 5,9 4,1
9оо 3. .5 4,7 4,7 4,7
28.05 1300 6. 8 +23 3,5 3,5 4,1
1800 7. 12 5,9 4,1 5,9
9оо 5. .8 7,1 2,4 5,3
29.05 13— 6. 12 +23 4,7 3,5 4,7
1800 6. 12 5,9 2,9 6,5
9оо 3. .6 2,4 3,5 1,8
7.10 1300 3. 5 +10 4,7 2,4 2,9
18°о 2. 5 4,1 3,5 3,5
9оо 2. .3 3,5 4,7 2,4
8.10 1300 2. 4 +9 2,4 4,1 4,1
18°о 3. 7 2,9 2,4 2,9
9оо 2. .4 4,7 4,1 3,5
9.10 1300 4. 6 +10 5,3 4,7 2,9
18- 2. 6 3,5 3,5 2,9
9оо 2. .5 4,1 3,5 3,5
10.10 1300 3. 4 +11 3,5 2,4 4,1
1800 2. 4 4,7 2,9 2,4
Дата Время Скор ость К
отбора проб т, ч ветра v, м/с * возд, ср С П1 П2 П3
900 6. 9 26 42 14
20.05 13- 6.. 11 +25 28 52 18
1800 6. 11 18 46 18
900 3. 5 22 46 16
21.05 1300 5. 10 +26 32 42 26
18- 6. 11 54 54 20
900 5. 7 46 50 16
22.05 1300 7. 9 +27 56 40 32
1800 3. 6 54 38 26
900 4. 6 36 38 32
23.05 1300 3. 5 +27 28 50 46
1800 2. 4 20 42 50
900 Безветрие 26 26 36
24.05 1300 2. 5 +27 20 46 44
18— 2. 6 24 40 50
900 16 20 26
25.05 1300 Безветрие +28 26 44 38
18°о 20 36 32
900 2. 3 22 26 32
26.05 13°о 2. 3 +25 34 40 36
18°о 4. 7 26 50 26
900 2. 4 32 32 24
27.05 13°о 2. 5 +20 26 38 26
18°о 3. 6 28 36 32
900 3. 5 46 40 20
28.05 1300 6. 8 +23 36 50 18
18°о 7. 12 40 46 26
9оо 5. 8 46 50 16
29.05 13°о 6. 12 +23 32 56 12
18- 6. 12 26 46 20
9оо 3. 6 16 26 14
7.10 13°о 3. 5 +10 26 42 18
1800 2. 5 32 36 12
9оо 2. 3 20 26 12
8.10 13— 2. 4 +9 26 34 20
18°о 3. 7 18 32 26
9оо 2. 4 12 20 16
9.10 1300 4. 6 +10 18 26 16
1800 2. 6 16 30 24
9оо 2. 5 16 24 14
10.10 1300 3. 4 +11 24 30 12
18°о 2. 4 14 26 20
0,81
0,6'
0,4'
0,2'
0 ^I День 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 недели
а)
С (NO2),
мг/м3 0,8'
0,6'
0,4'
0,2'
-и-н-и-з-
0 |H ,Н Н,Н И, День
5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 недели
б)
С (NO2), мг/м3
0,6
0,4.
0,2.
И и
о |И"@|И,@,И@,И,,@|И,@|1Я|3|И,@|1>?Ш ,И и,И и, День 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 недели
в)
Рис. 2. Динамика изменения концентрации оксида азота (IV) во времени (май 2005 г.):
а - перекресток ул. Гастелло и Гагарина; б - ул. Бастионная; в - ул. Мичуринская, магазин «Океан» (сплошная линия, параллельная оси абсцисс, указывает величину ПДКсс вещества; числа на оси абсцисс - дни недели: 1 - понедельник, 2 - вторник, 3 - среда, 4 - четверг, 5 - пятница, 6 - суббота, 7 - воскресенье; время отбора проб, ч: й- 900 □ - 13°° В - 18°°)
С (no2),
мг/м3 ' ' 0,6
0,4'
0,2'
т День недели
а)
С (NO2), мг/м3
0,6'
0,4'
0,2'
Ш И
| День 1 недели
б)
С (no2),
мг/м3
0,6
0,4
0,2
День
недели
в)
Рис. 3. Динамика изменения концентрации оксида азота (IV) во времени (октябрь 2005 г.):
а - перекресток ул. Гастелло и Гагарина; б - ул. Бастионная; в - ул. Мичуринская, магазин «Океан» (сплошная линия, параллельная оси абсцисс, указывает величину ПДКсс вещества; числа на оси абсцисс - дни недели: 1 - понедельник, 2 - вторник, 3 - среда, 4 - четверг, 5 - пятница, 6 - суббота, 7 - воскресенье; время отбора проб, ч: 0- 922 И - 1300 в - і800)
5
6
Т
5
6
Т
І
Число
автомобилей, п
Число
автомобилей, п
а) б)
Число
автомобилей, п
в)
Рис. 4. Зависимость количества автомобилей от времени суток:
а - 1 - перекресток ул. Гастелло и Гагарина; 2 - ул. Мичуринская, магазин «Океан»; б - перекресток ул. Гастелло и Гагарина (1 - автомобили с дизельным двигателем; 2 - автомобили с карбюраторным двигателем); в - ул. Мичуринская, магазин «Океан» (1 - автомобили с дизельным двигателем; 2 - автомобили с карбюраторным двигателем)
Число 3
_ „ С (СО), мг/м V, м/с
автомобилей, п
6001 2 81 і т
800' 6. ■ ■
400' у 4, 2
Время 2 1
І8 суток, ч 9 ІЗ І 8
Время суток, ч
Рис. 5. Зависимость количества автомобилей на ул. Бастионная от времени суток:
1 - автомобили с дизельным двигателем; 2 - автомобили с карбюраторным двигателем
Рис. 6. Зависимость скорости ветра и концентрации оксида углерода (II) на ул. Бастионная от времени суток:
1 - скорость ветра;
2 - концентрация экотоксиканта
0 т-------1 і гґп і і і гґіі 1-І , ті п , ™ 1-І , ІЛІ 1-І , \<« 1-І І іт п , ігп п , т 'і День
5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 недели
С (SC2),
мг/м3
а)
і День
5 6 Т 1 2 3 4 5 6 Т недели
С (SC2), мг/м3
б)
1-
і----День
5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 недели
в)
Рис. 7. Динамика изменения концентрации оксида серы (IV) во времени (май 2005 г.):
а - перекресток ул. Гастелло и Гагарина; б - ул. Бастионная; в - ул. Мичуринская, магазин «Океан» (сплошная линия, параллельная оси абсцисс, указывает величину ПДКсс вещества; числа на оси абсцисс - дни недели: 1 - понедельник, 2 - вторник,
3 - среда, 4 - четверг, 5 - пятница, 6 - суббота, 7 - воскресенье; время отбора проб, ч: 0- 9Ш □ - 1300 В - 18—)
2 ■
6 Т а)
1
День
недели
с ^о2),
мг/м3
б)
С ^О2), мг/м3
2
1 -
6 Т в)
День
недели
Рис. 8. Динамика изменения концентрации оксида серы (IV) во времени (октябрь 2005 г.):
а - перекресток ул. Гастелло и Гагарина; б - ул. Бастионная; в - ул. Мичуринская, магазин «Океан» (сплошная линия,
параллельная оси абсцисс, указывает величину ПДКсс вещества; числа на оси абсцисс - дни недели: 1 - понедельник, 2 - вторник, 3 - среда, 4 - четверг, 5 - пятница, 6 - суббота, 7 - воскресенье; время отбора проб, ч:
0- 900 □ - 13— а - 1800)
1
5
1
0
5
1
На рис. 7-8 представлено изменение концентрации оксида серы (IV) во времени. Можно заметить, что превышение ПДКсс веществами в пробах весеннего периода несколько больше таковых осеннего (см. табл. 4).
Выводы
1. Учитывая влияние метеоусловий на фактические концентрации всех изученных загрязнителей, целесообразно брать пробы при наиболее неблагоприятных условиях (скорость ветра до 2 м/с, относительная влажность воздуха не более 85 %). Особенно не рекомендуется брать пробы воздуха сразу после дождя.
2. Следует ужесточить контроль за содержанием СО и Ы02 в выхлопных газах автомобилей независимо от характера двигателя по типу зажигания.
3. Учитывая, что столь большое превышение ПДКсс (802) в воздухе г. Тамбова не может быть обусловлено содержанием оксида серы (IV) в выхлопных газах автотранспорта, целесообразно:
а) установить непосредственно источник 802;
б) обязать источник 802 существенно улучшить поглощение этого оксида в его выбросах. Целесообразно наладить специальную химическую очистку выбросов.
Список литературы
1. Доклад о состоянии и охране окружающей среды на территории Тамбовской области в 2004 г. / С.В. Бодягина [и др.]. - Тамбов : Тамбовполиграфиздат. -2005. - 204 с.
2. Вредные вещества в промышленности / под ред. Н.В. Лазарева. - Л. : Химия, 1971. - Ч. 2. - 624 с.
Air Pollution on the Highways of Tambov V.I. Vigdorovich, N.V. Vervekina, A.Yu. Pudovkina, A.S. Evseev
Department “Analytical Chemistry and Ecology ”,
Tambow State University after G.R. Derzhavin
Key words and phrases: air; ecotoxines; gasoline, diesel engines; maximum permissible concentrations; meteorological conditions.
Abstract: The content of the number of ecotoxines in the air of Tambov is studied. The results of real concentration of polluters are presented in the form of average maximum permissible concentrations of ecotoxines. The influence of meteorological conditions including the speed of wind on actual concentration of polluters in the air is considered.
Verschmutzung der atmospharischen Luft auf den Magistralen der Stadt Tambow
Zusammenfassung: Es ist die Erhaltung der Ekotoxikanten in der atmospharischen Luft in der Stadt Tambow untersucht. Die Ergebnisse der tatsachlichen Kon-zentration der Polytanten sind in den Einheiten der mittelltaglichen nutzlichen Konzent-ration der Ekotoxikanten vorgestellt. Es ist der Einfluss der Meteovoraussetzungen, ein-schliefllich der Geschwindigkeit des Windes auf die tatsachliche Konzentration der Im-missionenin der atmospharischen Luft untersucht.
Pollution de l’air atmospherque sur les routes de Tambov
Resume: Est etudie le contenu d’une serie des ecotoxiquants dans l’air atmospherque de Tambov. Les resultats de la cocentration reelle des polluants sont presentes dans les unites de la cocentration limitee admissible de mi-jour des ecotoxiquants. Est examinee l’influence de la meteo y compris de la vitesse du vent sur la cocentration reelle des polluants dans l’air atmospherque.
