Экспресс способ определения уровня загрязнения атмосферного воздуха автомобильным транспортом Российский патент 2024 года по МПК G01W1/00 G01N33/00 

Изобретение относится к области экологии, в частности к определению концентраций загрязнителей в атмосферном воздухе и может быть использовано при расчете интегрального показателя загрязнения атмосферного воздуха автомобильным транспортом.

Известен способ измерения концентраций загрязняющих веществ, применяемый при расчете показателя индекса загрязнения атмосферы (ИЗА) (методика определения высокого и очень высокого загрязнения атмосферного воздуха утверждена приказом от 17 февраля 2022 года N 106 Министерством природных ресурсов и экологии Российской Федерации), заключающийся в определении индекса для каждого загрязнителя, сравнении его среднегодовой концентраций со значением ПДК, суммировании индексов для каждого загрязнителя. Недостатком данного способа является необходимость стационарных наблюдений в каждой изучаемой точке в течение минимум одного года.

Известен способ определения выбросов загрязнителей в атмосферный воздух от передвижных источников для проведения сводных расчетов загрязнения атмосферного воздуха (Методика определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от передвижных источников для проведения сводных расчетов загрязнения атмосферного воздуха утверждена Приказом от 27 ноября 2019 г. N 804 Министерством природных ресурсов и экологии Российской Федерации). Согласно данной методике для организации натурных обследований потоков автотранспорта производится анализ их территориального распределения, изучаются данные по размерам изучаемой территории, количеству проживающего на ней населения, схемы организации дорожного движения, собирается информация по расположению объектов, которые оказывают отрицательное воздействие на природную среду, а также изучается зависимость интенсивности дорожного движения от времени суток, дней недели, сезонов и годовые изменения в целом.

Недостатком данной методики является продолжительность наблюдений, которая должна быть не менее двух лет, а также необходимость сбора значительного количества исходных данных, что является ограничивающим фактором применения данной методики.

Известна методика определения концентраций загрязнителей в атмосферном воздухе с помощью расчетного метода, приведенная в рекомендациях по учету требований по охране окружающей среды при проектировании автомобильных дорог и мостовых переходов (Рекомендации по учету требований по охране окружающей среды при проектировании автомобильных дорог и мостовых переходов / Министерство транспорта, Федеральный дорожный департамент, Москва, 1995, 124 с.).

Недостатком данного способа является использование усредненной величины эмиссии загрязнителя в атмосферном воздухе и необходимость измерения фоновой концентрации загрязнителей, что приводит к неточностям в определении уровня концентрации загрязнителей, т.к. не учитывается транспортный поток на автомобильных дорогах.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ определения загрязнения приземного слоя атмосферы путем химического анализа проб воздуха, отобранных в отдельных точках, с последующей интерполяцией на всю площадь контролируемой территории (Руководство по контролю загрязнения атмосферы РД 52.04.186-89 / Государственный комитет СССР по гидрометеорологии, Министерство здравоохранения СССР. Москва. 1991. 530 с). При этом сначала определяют содержание отдельных ингредиентов, затем проводят сопоставление с соответствующими предельно допустимыми концентрациями (ПДК).

Недостатком способа-прототипа является то, что он не учитывает дорожную ситуацию на момент отбора проб, в связи с чем, пробы, отобранные в моменты минимальной и максимальной загруженности автодорог, достаточно сильно отличаются. Кроме того, отбор проб может быть проведен в момент проезда транспортного средства, осуществляющего выброс загрязнителей в значительно большем объеме, чем другие транспортные средства. Тогда, в результате измерений мы получим завышенное значение концентрации загрязнителя.

Кроме того, необходим отбор проб с последующим проведением химического анализа, что требует дополнительных финансовых и временных затрат.

Цель изобретения - повышение эффективности заявляемого способа и его упрощение, уменьшение временных затрат.

Поставленная цель достигается тем, что измерение концентраций загрязнителей в атмосферном воздухе проводят непосредственно в точке наблюдения с помощью единственного прибора - портативного газоанализатора, регистрируемые значения концентраций загрязнителей сохраняются в памяти прибора и итоговое значение может быть получено с помощью простых вычислений.

Способ осуществляется следующим образом.

Непосредственно возле края проезжей части устанавливают портативный газоанализатор на высоте, не превышающей 0,5 м от уровня дорожного полотна, с помощью которого проводят измерения концентрации загрязнителей в атмосферном воздухе в течение 25 минут в период с 9 часов утра до 18 часов вечера. При расчете средней концентрации загрязнителей учитывают только ненулевые значения концентрации, что позволяет смоделировать ситуацию измерения во время максимальной загруженности данного участка дороги.

По полученным значениям концентрации различных загрязнителей в атмосферном воздухе рассчитывают интегральный показатель загрязнения атмосферного воздуха автомобильным транспортом.

На Фиг. 1 приведена зависимость концентрации оксида углерода и диоксидов азота и серы от удаления до автодороги, полученная экспериментально. На графиках приведены рассчитанные регрессионные выражения связи уровня загрязнения атмосферного воздуха от удаления до дороги.

Для сопоставления экспериментальных и теоретических данных были проведены численные расчеты. В рекомендациях по учету требований по охране окружающей среды при проектировании автомобильных дорог концентрацию оксидов углерода, углеводородов, n-оксидов азота, соединений свинца и других соединений при удалении от автомобильной дороги определяют по формуле:

где С - концентрация рассматриваемого вещества в воздухе, г/м3;

σ - стандартное отклонение Гауссового рассеивания в направлении по вертикали, м, табличное значение;

V - средняя скорость преобладающего ветра в расчетном месяце, м/с;

ϕ - угол между направлением ветра и дороги;

F - фоновая концентрация загрязнителя в атмосферном воздуха, г/м3;

q - величина эмиссии загрязнителя в атмосферный воздух, расчетная величина.

Вычисляя по формуле (1) концентрацию оксида углерода в атмосферном воздухе на расстоянии 10 метров от края дорожного полотна, мы получили среднее значение СО=0,0165 мг/м³. Аналогично при экспериментальных наблюдениях, при удалении от дороги на расстояние 10 метров и более, концентрация СО и SO₂ снижалась практически до нуля.

Таким образом, было установлена согласованность теоретических и экспериментальных данных по изменению концентраций загрязнителей в зависимости от удаления от автодорог, в связи, с чем в настоящем способе введено требование к расстоянию от установленного прибора до автомобильной дороги. Для изучения влияния остановки и начала движения автотранспорта на уровень выбросов в атмосферу газоанализатор устанавливали непосредственно возле светофора. Пики концентраций изучаемых веществ совпадали со временем включения красного сигнала светофора, при этом ширина данных пиков зависела от количества остановившихся автомашин.

На Фиг. 2 приведены измерения концентрации оксида углерода возле светофора. Большая концентрация фиксировалась в моменты остановки большего количества автотранспорта. В отсутствии автомашин концентрация всех измеряемых газов, за исключением диоксида азота, падала до нуля.

На Фиг. 3. приведены измерения концентрации оксида углерода во время большей загруженности автодороги. При этом во время большей загруженности, когда двигался непрерывный поток автомашин, нулевые значения концентраций загрязнителей практически не регистрировались.

Таким образом, можно заключить, что учет только ненулевых значений при расчете средних значений концентраций позволяет смоделировать ситуацию полной загруженности автодороги, проводя измерения в любое дневное время и приводить эти значения к моментам максимальной загруженности. Данный подход позволяет получать значения более адекватные в сравнении с максимально измеренными концентрациями, т.к. подобные значения могут быть связанны с единственным транспортным средством, проезжающим мимо точки установки газоанализатора и выбрасывающим в атмосферу большое количество загрязнителей.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1.

Для проведения измерений необходим портативный газоанализатор с возможностью работы нескольких датчиков одновременно, например «Эколаб», и соответствующий требованиям, указанным в пунктах 1 и 2 статьи 5 (Требования к измерениям) Федерального закона Российской Федерации 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений». Газоанализатор должен поддерживать диапазон измерений как для атмосферного воздуха, так и для воздуха рабочей зоны. Для обработки полученных данных на персональном компьютере используется программное обеспечение Microsoft Excel, либо аналогичный табличный процессор. На первом этапе газоанализатор в точке измерений устанавливался возле края проезжей части в любое время из периода с 9 утра до 6 вечера. Второй этап -включение газоанализатора и проведение измерений по определению мгновенных концентраций загрязнителей в атмосферном воздухе в течение 25 минут. Третий этап - выгрузка полученных значений из газоанализатора в персональный компьютер. В ходе измерений газоанализатором, были получены следующие значения концентрации угарного газа (мг/м3): 14, 26, 7, 0, 0, 13, 0. Для расчета среднего значения нулевые значения концентрации учитываться не будут, соответственно, итоговым будет следующее значение концентрации СО=(14+26+7+13)/4=15 мг/м3. Аналогично рассчитываются концентрации других загрязнителей.

Пример 2. Для проведения измерений необходим портативный газоанализатор с возможностью работы нескольких датчиков одновременно, например «Эколаб», и соответствующий требованиям, указанным в пунктах 1 и 2 статьи 5 (Требования к измерениям) Федерального закона Российской Федерации 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений». Газоанализатор должен поддерживать диапазон измерений как для атмосферного воздуха, так и для воздуха рабочей зоны. Для обработки полученных данных на персональном компьютере используется программное обеспечение Microsoft Excel, либо аналогичный табличный процессор. На первом этапе газоанализатор в точке измерений устанавливался возле края проезжей части в любое время из периода с 9 утра до 6 вечера. Второй этап - включение газоанализатора и проведение измерений по определению мгновенных концентраций загрязнителей в атмосферном воздухе в течение 25 минут. Третий этап - выгрузка полученных значений из газоанализатора в персональный компьютер. В ходе измерений газоанализатором, были получены следующие значения концентрации угарного газа (мг/м3): 17, 22, 11, 6, 20, 16, 13. Для данного случая учитываются все полученные значения, т.к. отсутствуют нулевые значения, соответственно, итоговым будет следующее значение концентрации СО=(17+22+11+6+20+16+13)/7=15 мг/м3. Аналогично рассчитываются концентрации других загрязнителей.

Предлагаемый способ позволяет за короткий период измерить и рассчитать концентрации загрязнителей, производимых автотранспортом, в атмосферном воздухе. За короткий период могут быть проведены измерения, количество которых достаточно для картографирования уровня загрязнения атмосферного воздуха.

Изобретение относится к области экологии и может быть использовано для определения уровня загрязнения атмосферного воздуха автомобильным транспортом. Сущность: с помощью газоанализатора, установленного у края проезжей части на высоте не более 0,5 м от уровня дорожного полотна, измеряют концентрации загрязнителей. Причем измерения проводят в течение 25 минут в период с 9 утра до 18 часов вечера. По результатам измерений определяют средние концентрации загрязнителей, учитывая только ненулевые значения концентраций. С учетом полученных данных рассчитывают интегральный показатель загрязнения атмосферного воздуха автомобильным транспортом. Технический результат: повышение эффективности, упрощение и уменьшение временных затрат при определении уровня загрязнения атмосферного воздуха автомобильным транспортом. 3 ил.

Экспресс-способ определения уровня загрязнения атмосферного воздуха автомобильным транспортом, включающий определение концентраций загрязнителей в пробах воздуха в точке наблюдения, отличающийся тем, что концентрации загрязнителей измеряют с помощью газоанализатора, установленного у края проезжей части на высоте, не превышающей 0,5 м от уровня дорожного полотна, измерения проводят в течение 25 минут в период с 9 часов утра до 18 часов вечера, определяют средние концентрации загрязнителей, учитывая только ненулевые значения концентраций, с учетом полученных данных рассчитывают интегральный показатель загрязнения атмосферного воздуха автомобильным транспортом.