Экспрессные методы и мобильные средства контроля загрязнений промышленно-урбанизированных территорий : На примере г. Москвы и Московского региона

• Автор: Дорофеев, Сергей Вячеславович
• Шифр специальности: 25.00.36
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 129 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение
ГЛАВА 1 Экологические проблемы и состояние систем мониторинга промышленно-урбанизированных территорий
1.1 Особенность территорий и основные экологические проблемы
1.2 Экологические проблемы Московского региона
1.3 Состояние и возможности систем мониторинга
ГЛАВА 2 Объекты исследования, перечень веществ и аппаратурнометодическое обеспечение их контроля
2.1 Характеристика объектов контроля
2.2 Перечень загрязняющих веществ, подлежащих контролю
2.3 Методика прогноза загрязнений локальных территорий
2.3 Методическое обеспечение лабораторных исследований
2.4 Методы и аппаратура экспресс-контроля
ГЛАВА 3 Комплексные исследования локальных территорий и объектов гг54
3.1 Исследование состояния локальных территорий
3.2 Контроль стационарных источников
ГЛАВА 4. Разработка предложений по созданию мобильных средств и систем контроля г-72
4.1 Разработка устройства для экспресс-контроля аэрозолей
4.2 Принципы организации лаборатории экспресс-контроля
4.3 Общие требования к составу и структуре лаборатории
4.4 Организация контроля и методика исследований
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Проблемы экологии и экологической безопасности продолжают оставаться наиболее острыми проблемами России и большинства ее регионов. Загрязнение атмосферного воздуха промышленными и автотранспортными выбросами, открытых водоемов поверхностным стоком и производственными сточными водами, почв и почвенного покрова отходами производства и потребления на промышленно-урбанизированых территориях - среды обитания более половины населения страны - достигли в настоящее время небывалых масштабов.
Особо тревожная экологическая ситуация складывается на этих территориях и в связи с тем, что не снижаются темпы роста числа автотранспортных средств, участились случаи техногенных аварий, возрос уровень шума, интенсивность электромагнитных излучений и др. физических факторов воздействия. И в этой связи не ослабевает поток жалоб жителей крупных городов и промышленных центров на неблагоприятную экологическую обстановку на локальных городских территориях, примыкающим к жилым массивам, школьным и дошкольным учреждениям, зонам отдыха и др. Остро стоят проблемы оценки влияния атмосферных загрязнений на сохранность объектов богатого культурного и исторического наследия России (памятников, зданий и сооружений).
Действующая в настоящее время система мониторинга промышленно-урбанизированных территорий не обеспечивает получения оперативной информации о состоянии локальных городских территорий (микрорайона, квартала, жилого комплекса и т.п.). Контроль таких территорий проводится эпизодически, носит зачастую бессистемный характер и не дает однозначного ответа об источниках и характере воздействия (загрязнения) и их параметрах (мощности, интенсивности, массы выброса). Возникают и не решаются и целый ряд экологических проблем микролокального уровня (например, поиск и обнаружение точечных источников загрязнения, контроль состояния жилых и производственных помещений, прилегающих к ним территорий).
Поэтому создание эффективных систем контроля локальных территорий и объектов является чрезвычайно актуальной экологической проблемой промышленноурбанизированных территорий и требует совершенствования, как общих методологических подходов, так и соответствующих аппаратурно-методических средств, базирующихся на экспрессных методах экологических измерений.
Основной целью диссертационной работы является оценка возможностей экспрессных методов и мобильных средств контроля загрязнений и разработка предложений по их

оперативному использованию в системах экологического мониторинга на промышленно-урбанизированых территорий.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
• проведен анализ современного состояния аппаратурно-методической базы систем экологического мониторинга;
• проведена оценка эффективности использования мобильных средств в рамках действующей системы мониторинга на территории г. Москвы и Московского региона;
• проведены комплексные экспериментальные исследования в Московском регионе. Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем;
• проведен анализ источников загрязнения и обоснован приоритетный перечень веществ, подлежащих контролю, в числе которых парниковые газы, озоноразрушающие и стойкие органические вещества, приземный озон, ртуть и др.;
• разработан оптимальный комплекс методов и аппаратуры для экспресс-контроля загрязнений локальных городских территорий;
• разработано новое устройство для отбора проб аэрозолей с возможностью экспресс-контроля их массовой концентрации в процессе пробоотбора;
• разработаны принципы организации и методика оперативного контроля загрязнений локальных территорий;
• обоснованы состав, структура и аппаратурно-методическое обеспечение типовой экологической лаборатории экспресс-контроля.
Практическая значимость состоит в том, что автором разработаны предложения по аппаратурно-методическому обеспечению мобильных групп (лабораторий) в структуре действующих систем мониторинга загрязнений промышленно-урбанизированных территорий. Даны практические рекомендации по дальнейшему совершенствованию мониторинга локальных территорий на примере г. Москвы и Московского региона. Основные положения диссертации докладывались на III Всероссийском экологическом съезде (Москва, ноябрь, 2003), семинаре РАН “Город и экология” (Москва, февраль, 2004), Международной конференции по мониторингу промышленных выбросов - СЕМ 2004 (Милан, июнь, 2004) на Всероссийской конференции “Экологическая физика” (Москва, МГУ, июнь 2004), по материалам диссертационной работы опубликованы 3 статьи. Подана заявка на полезную модель “Устройство для отбора проб аэрозолей”.

Терминология, используемая ' работе. Под промышленно-урбанизированными территориями (ПРУТ) понимаются территории современных городов, промышленных и культурных центров федерального и регионального масштаба, характеризующиеся
К — коэффициент турбулентного обмена,
Б] - источники и стоки примесей.
Введение в уравнение переноса коэффициента К, сделано Прандтлем [84], по аналогии с молекулярной диффузией и означает, что в приземном слое перенос осуществляется вихрями со скоростью q и линейными размерами 1, т.е. К~ ql.
Из этого соотношения следует, что К является характеристикой потока и не зависит от вида примеси. Кроме того, в пограничном слое атмосферы с характерными значениями ц» 1м с'1 и 1« 300 м К»Б « 10'3 м2/с и молекулярной диффузией в уравнении (2.1) можно пренебречь.
В общем случае коэффициент турбулентной диффузии является тензором второго порядка, однако, на практике обычно трактуется как скалярная величина.
Зависимость К от структуры потока и сложность определения этой зависимости, являются наиболее серьезными трудностями при описании турбулентного переноса.
Тем не менее, для практических приложений описание переноса примесей на основе К-теории остается наиболее приемлемым подходом.
Для корректного определения параметров, входящих в уравнение (2.1) необходимо проанализировать данные по глобальным распределениям фоновых концентраций загрязняющих компонентов, многие из которых имеют естественные источники в атмосфере. Для этого необходимо учесть в максимально возможной степени фотохимические процессы в атмосфере, приводящие к реальному распределению малых газовых и аэрозольных компонентов.
Аэрозольные загрязнения ПРУТ хорошо описываются логарифмически-нормальным распределением по размерам. Основным источником ядер конденсации в городских аэрозолях является автомобильный транспорт, а субмикронных, или кумулятивных, частиц — промышленные объекты, в то время как аэрозоли грубодисперсной фракции целиком обусловлены локальными источниками. То же относится к сильно загрязненной атмосфере промышленных районов. Концентрация аэрозолей грубодисперсной фракции (частиц от 1 до 100 мкм) во всех типах остается практически постоянной и составляет в объеме около 30 мкм3/см3.
Согласно уравнению Стокса, частицы грубодисперсной фракции оседают со скоростью V, определяемой радиусом и плотностью частиц, вязкостью и температурой воздуха:
2 г2и 9 ц