Помощь студентам в учебе
Пылевое загрязнение атмосферного воздуха города урбанизированной территории ИнноКам
|
Введение 5
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 8
1.1 Источники пылевых выбросов в атмосферный воздух 8
1.2 Негативное влияние твёрдых взвешенных частиц на здоровье
населения 11
1.3 Обзор международных подходов к нормированию содержания твёрдых
взвешенных частиц в атмосферном воздухе 14
1.4 Нормирование содержания твёрдых взвешенных частиц в России 16
1.5 Способы определения концентрации пыли в воздухе 18
1.6 Российские методики определения выбросов от автотранспорта 20
1.7 Патентные исследования 21
Выводы по главе 1 28
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 30
2.1 Используемое оборудование 30
2.2 Свойства аэрозольного пылемера GRIMM Aerosol Spectrometer 1.109.. ..30
2.2.1 Принцип работы аэрозольного пылемера GRIMM Aerosol Spectrometer
1.109 31
2.2.2 Технические характеристики пылемера GRIMM Aerosol Spectrometer
1.109 34
2.2.3 Сопутствующее оборудование: датчик для определения температуры,
относительной влажности и скорость воздушного потока 34
2.3 Программное обеспечение 34
2.4 Измерение концентрации пыли с помощью пылемеров 36
2.5 Организация мониторинга загрязнения атмосферного воздуха города
пылью 37
Выводы по главе 2 39
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 40
3.1 Выбор точек анализа атмосферного воздуха 41
3.2 Оценка превышения ПДК сс в точках отбора проб 42
3.3 Оценка риска неканцерогенных эффектов при острых и хронических
воздействиях 43
3.4 Риск дополнительных случаев смерти 45
3.5 Дисперсный состав пыли в воздухе урбанизированной территории города
Набережные Челны 47
3.6 Определение количества пыли, аккумулируемой на легковом
автомобиле 49
3.7 Корреляционный анализ 50
3.8 Регрессионный анализ 56
3.9 Сравнение концентрации пыли на остановках и в салоне
автомобиля 64
Выводы по главе 3 67
4. РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ УМЕНЬШЕНИЯ ПЫЛИ В АТМОСФЕРЕ ГОРОДА 68
4.1 Создание биогеохимических барьеров 68
4.2 Методика оценки содержания пыли в воздухе урбанизированной
территории 70
4.3 Устройства защиты от пыли население урбанизированных
территорий 71
4.4 Мероприятия по улучшению качества дорожного покрытия и
регулирования режимов движения 72
Выводы по главе 4 74
Общие выводы и результаты работы 75
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 77
Перечень условных сокращений
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 8
1.1 Источники пылевых выбросов в атмосферный воздух 8
1.2 Негативное влияние твёрдых взвешенных частиц на здоровье
населения 11
1.3 Обзор международных подходов к нормированию содержания твёрдых
взвешенных частиц в атмосферном воздухе 14
1.4 Нормирование содержания твёрдых взвешенных частиц в России 16
1.5 Способы определения концентрации пыли в воздухе 18
1.6 Российские методики определения выбросов от автотранспорта 20
1.7 Патентные исследования 21
Выводы по главе 1 28
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 30
2.1 Используемое оборудование 30
2.2 Свойства аэрозольного пылемера GRIMM Aerosol Spectrometer 1.109.. ..30
2.2.1 Принцип работы аэрозольного пылемера GRIMM Aerosol Spectrometer
1.109 31
2.2.2 Технические характеристики пылемера GRIMM Aerosol Spectrometer
1.109 34
2.2.3 Сопутствующее оборудование: датчик для определения температуры,
относительной влажности и скорость воздушного потока 34
2.3 Программное обеспечение 34
2.4 Измерение концентрации пыли с помощью пылемеров 36
2.5 Организация мониторинга загрязнения атмосферного воздуха города
пылью 37
Выводы по главе 2 39
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 40
3.1 Выбор точек анализа атмосферного воздуха 41
3.2 Оценка превышения ПДК сс в точках отбора проб 42
3.3 Оценка риска неканцерогенных эффектов при острых и хронических
воздействиях 43
3.4 Риск дополнительных случаев смерти 45
3.5 Дисперсный состав пыли в воздухе урбанизированной территории города
Набережные Челны 47
3.6 Определение количества пыли, аккумулируемой на легковом
автомобиле 49
3.7 Корреляционный анализ 50
3.8 Регрессионный анализ 56
3.9 Сравнение концентрации пыли на остановках и в салоне
автомобиля 64
Выводы по главе 3 67
4. РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ УМЕНЬШЕНИЯ ПЫЛИ В АТМОСФЕРЕ ГОРОДА 68
4.1 Создание биогеохимических барьеров 68
4.2 Методика оценки содержания пыли в воздухе урбанизированной
территории 70
4.3 Устройства защиты от пыли население урбанизированных
территорий 71
4.4 Мероприятия по улучшению качества дорожного покрытия и
регулирования режимов движения 72
Выводы по главе 4 74
Общие выводы и результаты работы 75
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 77
Перечень условных сокращений
Загрязнение атмосферного воздуха - это всемирная экологическая проблема, которая является одним из главных факторов глобального потепления и сокращения продолжительности жизни. В списке проблем экологической безопасности Республики Татарстан загрязнение атмосферного воздуха занимает второе место.
Иннокам - Камский инновационный территориально-производственный кластер Республики Татарстан, который включает территории Тукаевского, Елабужского, Заинского, Менделеевского и Нижнекамского муниципальных районов и городской округ Набережные Челны. Одной из важнейших целей кластера является снижение выбросов вредных веществ от стационарных и передвижных источников на 19% к 2020 году [1].
В настоящее время пыль является одним из приоритетных загрязнителей воздуха [2]. Частицы пыли обладают высокой адсорбционной способностью с возможностью поглощения вредных примесей, содержащихся в атмосферном воздухе. Для гигиенической оценки вредности пыли большое значение имеет определение размера твёрдых взвешенных частиц, т.е. дисперсность пыли.
Дисперсность определяет степень опасности негативного действия пыли на организм, от которой зависит длительность пребывания пыли в воздухе, глубина проникновения в дыхательные пути и задержка в различных отделах дыхательной системы. Пыль размером 10 мкм и менее долгое время находится в витающем состоянии. Происходит это в связи с тем, что именно при этих размерах частиц вследствие относительно большой поверхности, приходящейся на единицу массы, сила тяжести уравновешивается силой сопротивления воздушной среды. Опасность мелкодисперсной пыли для здоровья обусловлена интенсификацией процессов взаимодействия легочной ткани с мелкодисперсными частицами в связи с наличием большой поверхности контакта. Повышенная биологическая активность мелкодисперсной пыли очевидно объясняется усилением окислительных процессов, происходящих на поверхности контакта, и возрастанием физического разрушения легочной ткани. Постоянные процессы воздействия мелкодисперсной пыли на глубокие отделы органов дыхания являются пусковым механизмом развития хронической патологии не только органов дыхания, но и других систем организма, приводя в конечном итоге к смертельному исходу [3]. В Татарстане ежегодно фиксируется рост онкологических заболеваний и составляет 4,2 % в год. В структуре заболеваемости рак лёгких по-прежнему находится в лидирующем положении (10%) [4, 5].
Несмотря на негативное влияние взвешенных частиц на организм человека в Татарстане отсутствуют данные по контролю взвешенных частиц фракций РМ10 и РМ2,5 в атмосферном воздухе. Кроме того, для объективного контроля воздействия взвешенных частиц на здоровье человека и разработки мероприятий по уменьшению пылеобразования необходимо определение дисперсного состава и концентрации пыли различных фракций.
Цель работы - изучение пылевого загрязнения атмосферного воздуха города взвешенными частицами различных фракций урбанизированной территории «ИнноКам».
Реализация цели осуществлялась решением следующих задач:
- анализ современного состояния системы мониторинга загрязнения атмосферного воздуха твёрдыми взвешенными частицами;
- определение основного источника выбросов взвешенных частиц в атмосферу урбанизированной территории;
- определение концентрации пыли различных фракций с применением лазерного пылемера GRIMM Aerosol Spectrometer 1.109;
- расчёт риска дополнительной смертности населений от взвешенных частиц
- разработка мероприятий по уменьшению негативного влияния пыли на организм.
Объектом исследования данной работы является пылевое загрязнение атмосферного воздуха урбанизированной территории Иннокам.
Предмет исследования - источники пыли, её дисперсный состав и уровень пылевого загрязнения.
Новизна работы заключается в определении дисперсного состава и концентраций взвешенных частиц в атмосферном воздухе г. Набережные Челны, осуществлена оценка влияния гидрометеорологических параметров и интенсивности движения на концентрацию пыли.
Иннокам - Камский инновационный территориально-производственный кластер Республики Татарстан, который включает территории Тукаевского, Елабужского, Заинского, Менделеевского и Нижнекамского муниципальных районов и городской округ Набережные Челны. Одной из важнейших целей кластера является снижение выбросов вредных веществ от стационарных и передвижных источников на 19% к 2020 году [1].
В настоящее время пыль является одним из приоритетных загрязнителей воздуха [2]. Частицы пыли обладают высокой адсорбционной способностью с возможностью поглощения вредных примесей, содержащихся в атмосферном воздухе. Для гигиенической оценки вредности пыли большое значение имеет определение размера твёрдых взвешенных частиц, т.е. дисперсность пыли.
Дисперсность определяет степень опасности негативного действия пыли на организм, от которой зависит длительность пребывания пыли в воздухе, глубина проникновения в дыхательные пути и задержка в различных отделах дыхательной системы. Пыль размером 10 мкм и менее долгое время находится в витающем состоянии. Происходит это в связи с тем, что именно при этих размерах частиц вследствие относительно большой поверхности, приходящейся на единицу массы, сила тяжести уравновешивается силой сопротивления воздушной среды. Опасность мелкодисперсной пыли для здоровья обусловлена интенсификацией процессов взаимодействия легочной ткани с мелкодисперсными частицами в связи с наличием большой поверхности контакта. Повышенная биологическая активность мелкодисперсной пыли очевидно объясняется усилением окислительных процессов, происходящих на поверхности контакта, и возрастанием физического разрушения легочной ткани. Постоянные процессы воздействия мелкодисперсной пыли на глубокие отделы органов дыхания являются пусковым механизмом развития хронической патологии не только органов дыхания, но и других систем организма, приводя в конечном итоге к смертельному исходу [3]. В Татарстане ежегодно фиксируется рост онкологических заболеваний и составляет 4,2 % в год. В структуре заболеваемости рак лёгких по-прежнему находится в лидирующем положении (10%) [4, 5].
Несмотря на негативное влияние взвешенных частиц на организм человека в Татарстане отсутствуют данные по контролю взвешенных частиц фракций РМ10 и РМ2,5 в атмосферном воздухе. Кроме того, для объективного контроля воздействия взвешенных частиц на здоровье человека и разработки мероприятий по уменьшению пылеобразования необходимо определение дисперсного состава и концентрации пыли различных фракций.
Цель работы - изучение пылевого загрязнения атмосферного воздуха города взвешенными частицами различных фракций урбанизированной территории «ИнноКам».
Реализация цели осуществлялась решением следующих задач:
- анализ современного состояния системы мониторинга загрязнения атмосферного воздуха твёрдыми взвешенными частицами;
- определение основного источника выбросов взвешенных частиц в атмосферу урбанизированной территории;
- определение концентрации пыли различных фракций с применением лазерного пылемера GRIMM Aerosol Spectrometer 1.109;
- расчёт риска дополнительной смертности населений от взвешенных частиц
- разработка мероприятий по уменьшению негативного влияния пыли на организм.
Объектом исследования данной работы является пылевое загрязнение атмосферного воздуха урбанизированной территории Иннокам.
Предмет исследования - источники пыли, её дисперсный состав и уровень пылевого загрязнения.
Новизна работы заключается в определении дисперсного состава и концентраций взвешенных частиц в атмосферном воздухе г. Набережные Челны, осуществлена оценка влияния гидрометеорологических параметров и интенсивности движения на концентрацию пыли.
В диссертации представлено изучение актуальной проблемы загрязнения воздуха урбанизированной территории твёрдыми взвешенными частицами. На основании проведённых теоретических и экспериментальных исследований можно сделать следующие основные выводы по работе:
1. В результате исследования был проведен анализ современного состояния системы мониторинга загрязнения атмосферного воздуха взвешенными частицами и способов определения фракционного состава пыли. Анализ показал, что в настоящее время в г. Набережные Челны отсутствует мониторинг концентраций взвешенных частиц РМ10 и РМ2,5.
Предложена схема мониторинга загрязнения атмосферного воздуха урбанизированной территории твердыми взвешенными частицами, в которой учитываются особенности образования пыли в городской среде.
2. Основным источником загрязнения атмосферы Набережных Челнов является автотранспорт. В неблагоприятный период для рассеивания пыли коэффициент концентрации пыли вдоль Казанского проспекта - части федеральной автомобильной дороги - достигает 9,32 и 3,36 для частиц РМ10 и РМ2, соответственно.
3. С помощью пылемера GRIMM Aerosol Spectrometer 1.109, в котором реализован оптический метод измерений концентрации пыли различных фракций определили дисперсный состав пыли. 50% частиц от общей концентрации имеют размер менее 24 мкм.
4. Произведён расчёт риска дополнительной смертности населения от повышенной концентрации взвешенных частиц в неблагоприятных условиях для рассеивания пыли. Индивидуальный коэффициент риска смерти на каждые 10 мкг/м3РМ10 равен 19085,41/146.000.000=0,000130722 или 0,0000130722 на каждый 1 мкг/м3 РМ10. Для населения 526 тысяч в рецепторной точке дополнительное число смертей на каждый 1 мкг/м3РМ10 будет составлять 0,0000130722 х 526 000 = 6,87.
5. На основании обработки экспериментальных данных методом
многопараметрической линейной регрессии были получены зависимости концентраций РМ10, РМ2,5 и TSP от интенсивности движения и
метеорологических условий:
СРМ10=1276,08-22,56t-11u-118,96v+0,10n;
СРМ2,5=250,17-5,72t-1,98u-20,87v+0,03n;
CTSP=3237,79-76,88t -29,44u-231.32v+0.28n;
где:
t - температура воздуха, 0C;
u - влажность воздуха, %;
v - скорость ветра, м/с;
n - интенсивность движения автотранспорта, авт/20мин.
Используя данные формулы составлена карта пылевой нагрузки г.Набережные Челны.
6. Для организации мониторинга мелкодисперсных взвешенных частиц предлагается использовать методику оценки содержания пыли в воздухе урбанизированной территории. В целях защиты людей от воздействия пыли предлагается вдоль магистралей, граничащих с пешеходными дорогами, тротуарами и парками, устанавливать экраны защиты от пыли.
1. В результате исследования был проведен анализ современного состояния системы мониторинга загрязнения атмосферного воздуха взвешенными частицами и способов определения фракционного состава пыли. Анализ показал, что в настоящее время в г. Набережные Челны отсутствует мониторинг концентраций взвешенных частиц РМ10 и РМ2,5.
Предложена схема мониторинга загрязнения атмосферного воздуха урбанизированной территории твердыми взвешенными частицами, в которой учитываются особенности образования пыли в городской среде.
2. Основным источником загрязнения атмосферы Набережных Челнов является автотранспорт. В неблагоприятный период для рассеивания пыли коэффициент концентрации пыли вдоль Казанского проспекта - части федеральной автомобильной дороги - достигает 9,32 и 3,36 для частиц РМ10 и РМ2, соответственно.
3. С помощью пылемера GRIMM Aerosol Spectrometer 1.109, в котором реализован оптический метод измерений концентрации пыли различных фракций определили дисперсный состав пыли. 50% частиц от общей концентрации имеют размер менее 24 мкм.
4. Произведён расчёт риска дополнительной смертности населения от повышенной концентрации взвешенных частиц в неблагоприятных условиях для рассеивания пыли. Индивидуальный коэффициент риска смерти на каждые 10 мкг/м3РМ10 равен 19085,41/146.000.000=0,000130722 или 0,0000130722 на каждый 1 мкг/м3 РМ10. Для населения 526 тысяч в рецепторной точке дополнительное число смертей на каждый 1 мкг/м3РМ10 будет составлять 0,0000130722 х 526 000 = 6,87.
5. На основании обработки экспериментальных данных методом
многопараметрической линейной регрессии были получены зависимости концентраций РМ10, РМ2,5 и TSP от интенсивности движения и
метеорологических условий:
СРМ10=1276,08-22,56t-11u-118,96v+0,10n;
СРМ2,5=250,17-5,72t-1,98u-20,87v+0,03n;
CTSP=3237,79-76,88t -29,44u-231.32v+0.28n;
где:
t - температура воздуха, 0C;
u - влажность воздуха, %;
v - скорость ветра, м/с;
n - интенсивность движения автотранспорта, авт/20мин.
Используя данные формулы составлена карта пылевой нагрузки г.Набережные Челны.
6. Для организации мониторинга мелкодисперсных взвешенных частиц предлагается использовать методику оценки содержания пыли в воздухе урбанизированной территории. В целях защиты людей от воздействия пыли предлагается вдоль магистралей, граничащих с пешеходными дорогами, тротуарами и парками, устанавливать экраны защиты от пыли.