Экспериментальный комплекс и методы исследования приземного аэрозоля г. Барнаула

• Автор: Самойлов, Алексей Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 124 с. : ил.

ГЛАВА I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ МОНИТОРИНГА МИКРОСТРУКТУРЫ ГОРОДСКОГО ПРИЗЕМНОГО АЭРОЗОЛЯ
(ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)
ГЛАВА I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ МОНИТОРИНГА МИКРОСТРУКТУРЫ ГОРОДСКОГО ПРИЗЕМНОГО АЭРОЗОЛЯ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)
1.1. Классификация и основные характеристики атмосферных аэрозолей
1.2. Современные методы и аппаратура для измерения микрофизических параметров приземного аэрозоля
1.3. Исследования городского приземного аэрозоля
1.4. Метеорологическая ситуация в г. Барнауле
ГЛАВА II. КОМПЛЕКС АППАРАТУРЫ, МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ
МИКРОСТРУКТУРЫ И ЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА ПРИЗЕМНОЙ АТМОСФЕРЫ Г. БАРНАУЛА
2.1. Комплекс аппаратуры и методы исследования микрофизических параметров
приземного аэрозоля
2.2. Программно-аппаратный комплекс и методика проведения атомного
эмиссионного анализа отобранных проб городского аэрозоля
ГЛАВА III. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
ДИНАМИКИ МАССОВОЙ И СЧЕТНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ И ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ АЭРОЗОЛЬНЫХ ЧАСТИЦ, ВЗЕШЕННЫХ В ПРИЗЕМНОЙ АТМОСФЕРЕ Г. БАРНАУЛА66
3.1. Суточный, недельный и месячный ход массовой и счетной концентрации
аэрозоля
3.2. Исследование сезонной динамики параметров функции распределения аэрозольных частиц по размерам
3.3. Влияние павильонного эффекта на результаты измерений
3.4. Результаты исследования элементного состава приземного аэрозоля
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Актуальность темы
Последние десятилетия характеризуются особенно бурным ростом всесторонних исследований свойств атмосферного аэрозоля. В определяющей степени этому способствует развитие и разработка новых методов и технических средств, которые позволили глубже исследовать природу аэрозоля и понять его важную роль практически во всех физико-химических процессах в атмосфере.
Кроме того, в нашей стране и за рубежом актуально встала проблема экологии, в том числе вопрос состояния загрязнения воздушного бассейна городов выбросами промышленных предприятий и транспорта. Наиболее сильными загрязнителями воздуха являются котлоагрегаты тепловых сетей, а также индивидуальные топки жилых домов, работающие на жидком и твердом топливе. Аэрозольные частицы являются одним из опасных для здоровья человека загрязнителем. Аэрозоль легко проникает в органы человека в процессе дыхания, частично там остается и при наличии в материале вредных веществ (около 85% общего числа частиц); тяжелые материалы, радионуклиды (радиоактивные элементы) и так далее, может привести к тяжелым заболеваниям [3].
Выше допустимых пределов оказывается загрязненным воздух городских улиц, если не соблюдаются меры по предупреждению выбросов аэрозолей в атмосферу и существуют неблагоприятные погодные условия. В зимнее время, во время отопительного сезона, сжигается значительное количество топлива. В результате в атмосферу попадают дополнительно частицы золы, сажи, а также окиси углерода, триоксида серы, оксидов азота и органические соединения, образующиеся при неполном сгорании топлива. Загрязнение больше, если нет очистных сооружений или они плохо работают. Помимо этого, для состояния атмосферы имеет большее значение ее рассеивающая способность, зависящая от метеорологических условий. Если город хорошо продувается ветрами, в атмосфере создаются условия для быстрого разбавления и выноса загрязнений. Но если подолгу держится штиль, наступает состояние инверсии, препятствующее подъему теплых
струй дыма, и загрязнения скапливаются в приземном слое. Этому также способствует наличие мелких котельных с низкими трубами, выбрасывающих продукты сгорания на небольшую высоту. В отходящих газах котельных содержится и водяной пар, конденсация которого в грязном воздухе способствует образованию смога.
В нашей стране проблема загрязнения городского аэрозоля начала изучаться еще советскими учеными. Так, в 1988 г. г. Барнаул был выделен в числе 68 городов, где среди прочих вредных примесей была особо отмечена пыль [2].
В этой связи, проведение мониторинга микрофизических характеристик и элементного состава приземного аэрозоля г. Барнаула с использованием разработанного экспериментального комплекса, предусматривающего, в частности, определение массовой и счетной концентрации, а также элементного состава пыли, является актуальной задачей.
Состояние и краткая история вопроса
В настоящий момент исследования микрофизических характеристик городского аэрозоля повсеместно ведутся различными авторами как в России [1-25], так и за рубежом [26-43]. В Барнауле мониторинг приземного аэрозоля осуществляется с 1991 г. исследователями из АлтГУ и ИВЭП СО РАН [44-50].
Цель работы
Целью данной работы являлось изучение основных свойств и методов исследования приземного атмосферного аэрозоля, создание установок для определения среднего радиуса, массовой и счетной концентрации аэрозольных частиц, взвешенных в атмосферном воздухе, а также для анализа их элементного состава.
Задачи работы
1. Создание программно-аппаратного комплекса для всестороннего исследования основных микрофизических параметров аэрозоля.
Прибор контроля запыленности воздуха ПКЗВ-906 конструктивно выполнен переносным и состоит из двух отдельных блоков (информационного и датчика дифференциального), соединяемых между собой кабелем.
Информационный блок состоит из следующих основных частей: корпуса, плат (индикации, управления, усилителя, переключателя, коммутационной), силового трансформатора.
Блок датчика дифференциального состоит из следующих основных частей: датчика, состоящего из осветителя, объектива осветителя, двух объективов приемной части, двух фотоэлектрических приемников, модулятора, высоковольтного стабилизатора, двух плат делителей, насоса, фильтра, ротаметра, трансформатора, платы питания, двух усилителей предварительных.
Твердые частицы аэрозоля, взвешенные в воздухе, всасываются насосом в камеру анализа. Для формирования счетного объема применена аэродинамическая фокусировка струи аэрозоля путем введения ее внутрь соосной сопутной струи из чистого отфильтрованного воздуха. Свет, рассеянный частицами, фокусируется объективами на катоды фотоэлектронных умножителей, которые преобразуют его в электрические импульсы длительностью, равной времени пролета частицы и амплитудой, пропорциональной размеру частицы. Для исключения влияния помех в фотоэлектрическом датчике применена схема совпадения. Сигнал со схемы совпадения появляется в том случае, когда оба фотоприемника одновременно регистрируют свет, рассеянный от частицы. Электрические импульсы с выходов фотоэлектронных умножителей, усиливаются и анализируются по амплитуде схемой селекции информационного блока. В соответствии с кодом селектор подает импульсы на входы соответствующей группы десятичных счетчиков на плате индикации. Результат подсчитанных импульсов по