Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Геоэкологические проблемы оценки загрязнения территорий аэродрома 10
1.2. Анализ состояния и перспективные направления по методам геоэкологической оценки загрязнения территорий аэродрома ... 10
1.2. Физико-географические особенности района объекта исследования 15
1.3. Оценка влияния метеорологических факторов и климатических характеристик, на уровень загрязнения летного поля аэродрома твердыми частица-
1.4. Влияние условий эксплуатации аэродрома на уровень загрязнения территории летного поля. 31
Выводы по первой главе. 38
Глава 2. Полевые и лабораторные исследования количественного, элементного и дисперсного состава загрязнения твердыми частицами летного поля аэродрома 40
2.1. Общая методика полевых исследований загрязнения твердыми частицами поверхности летного поля аэродрома 40
2.2. Экспериментальное определение количественного состава загрязнения твердыми частицами поверхности летного поля аэродрома 45
2.3.Определение элементного и дисперсного состава загрязнения твердыми частицами неорганических веществ поверхности летного поля аэродрома методом электронно-зондового рентгеноспектрального микроанализа. .48
2.4. Исследования количественного состава взвешенных твердых частиц в поверхностном стоке взлетно-посадочной полосы летного поля аэродрома в по левых и лабораторных условиях .— 60
Выводы по второй главе .65
Глава 3. Теоретические исследования элементного, количественного и дисперсного состава твердых частиц неорганических веществ, поверхностного стока летного поля аэродрома 67
3.1. Разработка уравнений зависимости элементного и количественного состава загрязнения твердыми частицами неорганических веществ различных участков летного поля аэродрома 67
3.2. Определение плотности распределения радиусов твердых частиц на исследуемых участках поверхности взлетно-посадочной полосы аэродрома.. ,74
3.3. Моделирование расчета концентрации загрязнения поверхностного стока летного поля аэродрома взвешенными твердыми частицами 82
Выводы по третьей главе. 89
Глава 4. Геоэкологическая оценка загрязнения поверхностного стока летного поля аэродрома, природоохранные инженерные мероприятия и локализация негативного техногенного воздействия на окружающую среду 90
4.1. Алгоритм и блок схема расчета концентраций загрязнения взвешенными твердыми частицами поверхностного стока взлетно-посадочной полосы летного поля аэродрома 90
4.2. Геоэкологическая оценка загрязнения поверхностного стока летного поля аэродрома 92
4.3. Разработка технического средства, по использованию водоотводной сети аэродрома для частичной очистки поверхностного стока взлетно-посадочной полоси от твердых частиц 94
4.4. Разработка природоохранных инженерных мероприятий и локализация негативного техногенного воздействия на окружающую среду 99
Выводы по четвертой главе 102
Заключение 103
Список использованной литературы 106
Приложения 117
- Анализ состояния и перспективные направления по методам геоэкологической оценки загрязнения территорий аэродрома
- Общая методика полевых исследований загрязнения твердыми частицами поверхности летного поля аэродрома
- Разработка уравнений зависимости элементного и количественного состава загрязнения твердыми частицами неорганических веществ различных участков летного поля аэродрома
- Алгоритм и блок схема расчета концентраций загрязнения взвешенными твердыми частицами поверхностного стока взлетно-посадочной полосы летного поля аэродрома
Введение к работе
Актуальность темы диссертации.
В связи интенсивным развитием авиации возникают специфические проблемы по определению уровня загрязнения территории аэродрома от суммарного воздействия авиационной техники и средств аэродромно-технического обеспечения полетов. Одной из них является геоэкологическая оценка загрязнения поверхностного стока летного поля аэродрома твердыми частицами неорганических веществ.
Поверхностный сток от атмосферных осадков с загрязненного летного поля аэродрома, уходит через водоотводную систему на рельеф местности. В результате происходит загрязнение почвы территорий аэродрома и прилегающих водоемов в районе аэродрома.
Существующие методики оценки валовых выбросов загрязняющих веществ при эксплуатации воздушного и автомобильного транспорта позволяют определить уровень загрязнения участков местности только от выбросов оксидов углерода (СО), суммарных несгоревших углеводородов (СН), суммарных оксидов азота (NO ) и суммарных оксидов серы (SO,), без учета воздействия твердых частиц неорганических веществ.
Для объективной и всесторонней оценки уровня загрязнения территории необходимо исследование дисперсного, элементного и количественного состава загрязнения твердых частиц поверхностного стока летного поля аэродрома, с учетом метеорологических, климатических и физико-географических характеристик местности.
Актуальность данной темы подтверждается государственным заказом инженерно-аэродромной службы Тыла Всюнно-воздушных Сил России на проведение научно- исследовательской работы «Аэрозоль» (регистрационный № 30118) по данной проблеме.
Целью работы является геоэкологическая оценка уровня загрязнения поверхностного стока летного поля аэродром® твердыми часищамн неорганических веществ от суммарного воздействия авиационной технике и средств аэро-дромно-технического обеспечения полетов и разработка природоохранных инженерных мероприятий по локализации негативного воздействия на окружающую среду.
Достижение цели связано с решением следующих задач:
- определением влияния метеорологических факторов, климатических и фшико-географических характеристик на уровень загрязнения летного поля аэродрома твердыми частицами;
- оценкой дисперсного, элементного иг количесгвешюго состава загрязнения в микрообъемах твердых частиц неорганических веществ поверхности летного поля аэродрома, методом электронно-зоидового реттеноєнеїСЕрадьного микроанализа;
- составлением уравнений зависимости элементного и количественного состава загрязнения, различных участков поверхности летного ноля аэродрома твердыми частицами неорганических веществ, в период максимального воздействия технических средств эксплуатации;
- разработкой модели и алгоритма расчета концентраіщй загрязнения, поверхностного стока летного поля аэродрома взвешенными твердым» частицами, в зависимости от их характерного радиуса и температуры поверхностного стока;
- геоэкологической оценкой загрязнения поверхностного стока летного поля аэродрома и разработкой природоохранных инженерных мероприятий по локализации негативного воздействия на окружающую среду.
Объектом исследований является территория летного поля аэродрома в городе Воронеже, в летний период экеттуатдции.
Предметом исследования является уровень загрязнения территории летного поля аэродрома твердыми частицами неорганических веществ.
Положения, выносимые на защиту:
- оценка дисперсного, элементного и количественного состава загрязнения поверхности летного поля аэродрома твердыми частицами неорганических веществ, полученная методом электронно-зондового рентгеноспектрального микроанализа;
- уравнения зависим ости элементного и количественного состава загрязнения, различных участков поверхности летного поля аэродрома твердыми частицами неорганических веществ, в период максимального воздействий техыи-чеекмх средств эксплуатации;
- модель и алгоритм расчета ковцентраций загрязнения, поверхностного стока летного поля аэродрома взвешенными твердыми частицами, в зависимости от их характерного радиуса и температуры поверхностного стока;
- геоэкологическая оценка загрязнения поверхіюстного стока летного поля аэродрома, природоохранные инженерные мероприятия но локализации не шшвного воздействия » ода»» » среду и техническое средство, эшци щенное патентом на изобретение, для очистки поверхностного стока от взвешенных твердых частиц.
Методы исследования - электронно-зондовый реттеноспектральный микроанализ, аналитический и статистический.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- исследован дисперсный, элементный и количественный состав загрязнения поверхностного стока летного поля аэродрома твердыми частицами неорганических веществ, методом электронно-зондовоге рентгеноспектрального микроанализа;
- составлены уравнения зависимости элементного и количественного состава загрязнения, различных участков поверхности летного поля аэродрома твердыми частицами неорганических веществ, в период максимального воздействия технических средств эксплуатации;
- разработаны модель и алгоритм расчета концентраций загрязнения поверхностного стока летного поля аэродрома, взвешенными твердыми частицами, в зависимости от их характерного радиуса и температуры поверхностного стока;
- проведена геоэкологическая оценка загрязнения поверхностного стока летного поля аэродрома, разработаны природоохранные инженерные мероприятия по локализации негативного воздействия на окружающую среду и внедрено техническое средство, защищенное патентом на изобретение, для очистки поверхностного стока от взвешенныхтвердых частиц.
Теоретическая значимость работы состоит в геоэкологической оценке загрязнения различных участков поверхности летного поля аэродрома, твердыми частицами неорганических веществ на уровне дисперсного, элементного и количественного состава, полученных методом электрошю-зондового реитге-носпектрального микроанализа и создании модели, позволяющей рассчитывать коїщеігграциш загрязнения поверхностного стока в зависимости от характерного радиуса твердых частиц и температуры стока.
Разработаны природоохранные инженерные мероприятия и предложено техническое средство для очистки поверхностного стока взлетно-посадочной полосы летного поля аэродрома от взвешенных твердых частиц, с использованием водоотводной системы аэродрома, защищенное патентом на изобретение.
Практическая ценность работы. Разработанный автором подход к исследованию проблемы и результаты работы позволяют оценивать максимальный уровень загрязнения летных полей аэродромов твердыми частицами неорганических веществ и использовать водоотводную систему летного поля аэродрома для очистки поверхностного стока от твердых частиц.
Информационная обеспеченность и характеристика исходных материалов исследования.
В диссертации использованы материалы наблюдений метеослужбы военного аэродрома г. Воронежа и метеорологической обсерватории Воронежского
воєнного авиационного инженерного института за период с 1997 ио 2002 год, справочники и ежегодники по климату Воронежской области.
Оценка уровня загрязнения территории аэродрома проводилась с участие автора методом рентгеноспектрального микроанализа в составе международного стандарта ASTM, с использованием оборудования лаборатории физико-химического анализа ЗАО "ВЗПП - Микрон" г. Воронежа.
Все экспериментальные и полевые исследования проводились по нормативным методикам, лично автором. Точность полученных результатов и исходной информации находится в пределах 5-10 %,
Достоверность результатов работы подтверждается проведением экспериментальных исследований в соответствии со стандартными требованиями; применением апробированных методик обработки исходных материалов, применением современных приборов и оборудования, в том числе электронного микроскопа с системой энергодисперсионного рентгеновского анализа, а также применением современных физико-химических методов исследования.
Для решения полученных уравнений применялись численные методы, хорошо зарекомендовавшие себя при решении задач подобного класса.
Реализация и апробация работы
Результаты диссертационных исследований внедрены при частичной реконструкции водоотводной сети военного аэродрома г. Воронежа и подтверждены актом внедрения Инженерно-аэродромной службы Тыла ВВС России.
Материалы диссертации используются на лекционных и семинарских занятиях с курсантами ВВВАИУ при изучении дисциплины « Экология».
Основные положения диссертационной работы и отдельные её разделы докладывались и получили одобрение на межвузовской конференции Воронежского военного авиационного инженерного института «Совершенствование наземного обеспечения полетов авиации» в 2000 году; на межвузовской региональной научно-практической конференции Воронежского филиала Московского гуманитарно-экономического института «Преодоление кризиса в эконо
мике страны» в 2002 году; на четвертой и седьмой мемодународных научно-практических конференциях «Высокие технологии в экологии» в 2001 и 2004 годах в Воронежском государственном архитектурно- строительном университете.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, общим объемом 1,7 П.Л., в том числе лично автором составлено 0,9 пл.
Автором получен патент № 221083 с приоритетом от 29.03.2002, на изобретение технического средства для очистки поверхностного стока от взвешенных твердых частиц с поверхности взлетно-посадочной полосы летного поля аэродрома.
Личный вклад автора заключается в полевых и лабораторных исследованиях, сборе и статистической обработке исходных данных, в проведении исследований по теме диссертационной работы, в составлении уравнений, разработке модели, анализе результатов и формулировании выводов по геоэкологической оценке загрязнения поверхностного стока летного поля аэродрома.
Структур и объем работы. Диссертация, состоит из введения, четырех глав, заключения, списка ишользованной литературы из 114 источников на русском и иностранньгх языках и четырех приложений. Объем работы составляет 132 страницы машинописного текста, включает 24 таблицы и 35 рисунков.
Анализ состояния и перспективные направления по методам геоэкологической оценки загрязнения территорий аэродрома
Вопросами поиска оптимальных методов геоэкологической оценки загрязнения территорий, от эксплуатации различного транспорта занимаются в нашей стране и за рубежом: Бобовников Н.А. [3], Борисов Н.И. [4], Васильев А.П. [6], Дмитриев Е.С. [7], Евгеньев НЕ. [25...28], Ененков Е. Г. [34], Иванов В.И. [76], Канищев А.Н. [83], Квитка В.В. [39], Крэйгтон Д. [114], Маслов В.А. [48], Подольский В.П [81,82], Спиридонов Е.Г. [106], Турбин B.C. [96], Филиппов В.В. [Ш] и другие [33, 55, 56, 57, 113,114].
Существующие модели и методики геоэкологической оценки загрязнения территорий, разработанные Васильевым В.П. [7], Канищевым А.Н. [83], Масловым В.А. [48] Подольским В.П. [81,82], Турбиным B.C. [96], позволяют определить уровень загрязнения выбросов оксидов углерода (СО), суммарных несгоревших углеводородов (СП), суммарных оксидов азота (NOx) и суммарных оксидов серы (SOx), без учета воздействия твердых частиц ІІ неорганических соединений. Математическое моделирование уровня загрязнения твердыми частицами неорганических веществ, проведено Подольским В.П., и Канищевым А.Н. только для свинца [81,82]. Выполненные в последние годы Егоровым Н.К. [30], Луканиным В.И. [46], Трофименко Ю.В. [47] и Немчиновым М.В. [71], работы по исследованию автотранспортного загрязнения территорий и поверхностных вод продуктами смыва вредных веществ с поверхности дороги, выполнялись как частные задачи, для конкретных участков автомобильных трасс. Аэродромы гражданской авиации, в соответствии с Федеральными авиа-ционными Правилами сертификации объектов воздуишого транспорта, имеют достаточное количество нормативных документов, в основном ведомственных, по определению уровня загрязнения территории вредными выбросами органических соединений, от воздействия воздушных судов {61,67,68,110]; Все имеющиеся нормативные документы, регламентирующие нормы и методы определения выбросов загрязняющих веществ двигателей газотурбинных самолетов, ориентированы только на геоэкологическую оценку загрязнения от шздушных судов и не охватывают другие источники воздействия на окружающую среду [54, 79, 93]. Загрязнение от эксплуатации средств аэродромно-технического обеспечения полетов, при геоэкологической оценке территорий аэродрома, не учитывается. Существующая методика оценки валовых выбросов загрязняющих веществ от эксплуатации воздушных судов позволяет определять только выбросы оксида углерода (СИ), суммарных оксидов азота (Nt x) и суммарных оксидов серы (50х), на земле, в приземных слоях и в полете при любых атмосферных условиях, скоростях и высотах полета [61]. Эта методика основана на результатах исследований по геоэкологической оценке загрязнения территории опубликованных в работах Васильева ВЛХ [6], Дмитриева ЕС[7], Ененкова Е. Г. [34], Иванова В Л [76], Кзштка BJB. [34], Тищенко Н.Ф. [109]. Все эти теории, сводятся к функции распределения концентрации загрязнителя, а именно, нормальному или Гауссову распределению [2]. При расчёте загрязнения территории чаще всего используется метод Гауссова распределения примесей в атмосфере. Модель, представленная нормативной методикой [61] расчёта, является однонаправленной диффузией загрязнителей по вертикали и не учитывает диффузное перемещение загрязняющих веществ в горизонтальной плоскости. Для проектируемых и эксплуатируемых аэродромов нормативной методикой рассматривается накопление загрязняющих органических веществ, в приземном атмосферном елее в условиях штиля и инверсии, т.е. наивысшем потенциале загрязнения. Результатами расчета загрязнения по нормативной методике является уро-вень концентраций вредных органических соединений в наиболее характерных точках летного поля. При расчетах учитываютеяследующие параметры - типы вшдуншых судов; эмиссионные харакшристики данного типа двигателя, представляющие собой отношение выделяемого вредного ингредиента в граммах, к килограмму сожженного топлива; - индексы эмиссии, характеризующие качество топлива; - максимальная фактическая получасовая интенсивность полетов воздуш ных судов для самого напряженного месяца года; - неблагоприятные метеоусловия для самого напряженного по интенсив ности полетов месяца года. Маслов В.А., и Турбин B.C. [48,96], предложили математическую модель прогнозирования загрязнения окружающей среды территорий аэродрома, которая отличается от нормативной, использованием фактора рассеивания вредных веществ, выбрасываемых двигателями самолетов. Математическая модель [48, 96] сводится к диффузионной задаче о движущемся источнике, при определенном времени работы двигателя, находящемся в определенной точке с трехмерной системой координат. Модель позволяет получить аналитические зависимости, прогнозирующие поля концентрации легких органических загрязняющих веществ над территорией аэродрома в циклах «взлет- посадка». Масловым В.А. [48] предложены математические зависимости рассеивания тяжелых частиц, содержащихся в струе работакнцего двигателя воздушного судна, при совпадении направления ветра и направления вхлета, с учетом скорости частиц в струе, обусдовденными силами их осаждения и диффузионного перемешивания. Данная модель, также как и нормативная не учитывает воздействие средств аэродромно-технического обеспечения полетов на уровень загрязнения, не дает геоэкологическую оценку загрязнения поверхности летного поля аэродрома твердыми частицами неорганических веществ. Наиболее полно воздействие средств аэродромно-технического обеспечения полетов на уровень загрязнения территории определяют исследования Подольского ВДХи Канищева А.Н. [81]. Подольским В.П. предложены три модели: диффузионная линейная модель перемещения и распространения загрязнителей над транспортными территориями, диффузионная пространственная модель распространения легких газообразных загрязнителей и диффузионная модель загрязнения окружающей среды твердыми частицами свинца и серы [82, 83].
Общая методика полевых исследований загрязнения твердыми частицами поверхности летного поля аэродрома
Методология и техника отбора проб сдува твердых частиц с поверхности взлетно-посадочной полосы н магистральной рулежной дорожки летного поля аэродрома проведена по известной методике разработанной Резванцевым В.И. и Манохиным В.Я. f88].
Лабораторные исследования проведены на экспериментально лабораторной базе кафедры безопасности жшнедеятеяьности и экологии Воронежского «юударственного архитектурно- строительного ргаверситета. Сбор твердых частиц проводился сразу после окончания полетов, одновременно на взлетно-посадочной полосе и магистральной рулежной дорожке летного поля аэродрома. Для сбора твердых частиц (аэродромной пыли) через фильтрующий Ф материал применены два электроаспиратора модели 882 ТУ 64 —1- 862 - 77, Прибор позволяет одновременно отбирать две пробы на пыль со скоростью до 20 л/мин. Масса прибора 8 кг. Комплект аспиратора снабжен металлическим тройником и штуцером со шлангом. Прибор состоит из электродвигателя, небольшого воздушного насоса (побудителя расхода) нескольких ротаметров (индикаторов расхода). При расходе воздуха до ф 20л/мин длительность работы аспиратора практически неограниченна. Прибор включался в электрическую сеть (напряжение 220 В, частота 50 Гц) от боковых фонарей взлетно-посадочной полосы летного поля аэродрома и заземлялся. Для улавливания с поверхности летного поля твердых частиц ( аэродромной пыли) - применены аналитические фильтры АФА - ХА - 18, изготовленные из ацетилнеллюлозного гидрофобного фильтрующего материала (ткань ФПА-15), нестойкого к химически агрессивным средам, не % растворяющегося в большей части органических растворителей. Для закрепления аналитических фильтров при отборе проб использованы закрытые конусные аллонжи, представляющие собой два совмещённых основаниями полых конуса, между которыми установлен аналитический фидътр.Забор проб твердых частиц проведен через пыяезаборные трубки со съёмными гаїшнечішками, ..направлешшми к закрытому аллонжу, Фильтры, т дваршгелъно взвешенные на аналитических весах в лаборатории кафедры безопасности жизнедеятельности и экологии Воронежского государственного архитектурно- строительного университета были пронумерованы для каждой исследуемой точки летного пояя.Пронумерованные фильтры, вместе с защитными кольцами вкладывались в гнездо корпуса аллонжаХЬбранный аллонж присоединялся резиновой трубкой к всасывающему патрубку аспиратора. Собранное пылеотборное устройство на каждом исследуемом участке проверялось на герметичность. Для проверки плотно закрывали отверстие наконечника и наблюдали за положением поплавка ротаметра. При герметичности системы, т.е. отсутствия подсоса воздуха, поплавок ротаметра должен был оставаться на нулевом делении. После окончания забора твердых частиц ( аэродромной пыли) с отмеченного участка летного поля аэродрома, пылезаборная трубка отсоединялась от аллонжа.Фильтр с твердыми частицами (аэродромной пылью) извлекался из нижнего корпуса аллонжа, фильтрующий элемент перегибался запылённой стороной внутрь, не допуская потери пыли, обертывался полиэтиленом и вставлялся в бумажный пакет. Фильтр с образцами твердых частиц доставлялся в лабораторию для взвешивания, в исходных условиях для приведения их в равновесие температурой и влагой окружающего воздуха. Привес филыра определялся на тех же весах, на которых проводилось взвешивание чистых фильтров. В рабочем журнале лабораторно- полевого исследования в виде таблицы записывали: точку замера N, номер пробы і, номер фильтра N eec чистого фильтра qj м(мг) вес фильтра с пылью ( м(мг)» вес пыли на участке в точке і После расчетов средней арифметической величины из десяти точек, определялась масса загрязнения твердыми частицами характерных точек поверхности летного поля аэродрома Мщ (г). Результаты измерений количественного состава загрязнения твердыми частицами характерных точек поверхности летного поля аэродрома Мод с координатами Lxi и Lx2 от начала взлетно-посадочной полосы Xj и начала магистральной рулежной дорожки Х2 приведены в табл. 7. 1. Масса загрязнения твердыми частицами 1 м2 поверхности ВПП больше массы загрязнения, соответствующей по осям X і и Х2,1 м2 поверхности МРД; 2. Масса загрязнения 1 м2 поверхности концевых участков ВПП и МРД в 4...5 раз превышает загрязнение 1 м2 поверхности средшшых участков ВПП и МРД. Определение элементного и дисперсного состава загрязнения твердыми частицами неорганических веществ поверхности летного ноля аэродрома методом злектронно-зондового реїгггеноспектральїіого микроанализа Определение элементного л дишереного состава загрязнеадя таердыми частицами неорганических веществ поверхности летного поля аэродрома проводился на уровне мидфообъёмов твердых частиц, методом электроннозондово-го рентгеноспектрального микроанализа согласно нормативной методике выполнения измерений концентрации химических элементов в твердых неорганических веществах, в лаборатории физико-химического анализа ЗАО «ВЗШ1-Микрон [ 20, 58,60, 87]. Данные исследования проводились для оценки уровня загрязнения твердыми частицами неорганических веществ на поверхностях летного поля (взлетно-посадочной полосы и магистральной рулежной дорожки), с последующей разработкой технического средства для частичной очистки поверхностного стока с взлетно-посадочной полосы аэродрома [35,50,102,103]. Анализировались пробы твердых частиц с поверхности наиболее характерных, по загрязненности, участков летного поля. Было исследовано 22 участка по осям взлетно-посадочной полосы и магистральной рулежной дорожки. Определение элементного состава на уровне твердых частиц неорганических веществ выполнено на сканирующем электронном микроскопе, скани» рующим микроанализатором «JXA-733», с системой энергодиснерсионного рентгеновского анализа, электронно-зондовым методом рентгшоепектраяьного микроанализа { РСМА), с применением программы для количеспсвенного анализа ZAF4 и ZAFPB, в составе международного стандарта ASTM. Метод электронно-зондового рентгеноспектрального микроанализа (РСМА) основан на регистрации и измерении рентгеновского излучения испускаемого поверхностью образца под действием облучения пучков электронов с энергией 10 -40 кэВ. По способу регистрации рентгеновского излучения и построению спектра различают две разновидности метода: спектрометрия с дисперсией по длинам волн, использующая кристалл-дифракционные спектрометры и спектрометрия с дисперсией по энергии, использующая полупроводниковый 8і(Ьі)-детектор. [60, 66]. Спектрометры обеих разновидностей являются приставками к сканирующему электронному микроскопу Количественный анализ основан на сравнении интенсивности характеристического рентгеновского излучения от исследуемого образца и эталонов (стандартных образцов известного состава). В данном исследовании анализ производился методом спектрометрии с дисперсией по энергии, порядок выполнения следующий: 1. После подготовки сканирующего электронного микроскопа к работе исследуемые образцы и кассета с эталонами устанавливаются на предметный столик, отдельные твердые частицы закрепляются на держателе с помощью клея А1216, производится откачка рабочей камеры до вакуума, затем получается изображение во вторичных эталонах и осуществляется позиционирование исследуемых образцов.
Разработка уравнений зависимости элементного и количественного состава загрязнения твердыми частицами неорганических веществ различных участков летного поля аэродрома
Результаты анализа взвешенных веществ в поверхностном стоке взлетно-посадочной полосы определены для двух параметров концентраций Со (мг/л) и Сф( мг/л), как среднее арифметическое значение двенадцати результатов фшїьтрации неочищенного поверхностного стока на входе в дождеприемный колодец из лотка перед фильтром Со ( мг/л) и среднее арифметическое значение двенадцати результатов фильтрации очищенного поверхностного стока на выходе из него и Сф( мг/л).
Оперативный контроль корректности опыта осуществлялся путем предварительного деления отобранного об:ьема на две равные части, для которых проведены эксперименты, используя при этом разные наборы мерной посуды. Согласно данной методики, допустимые различия в концентрациях отобранных проб должны быть не более 5 мг/л, что соответствует данным приведенным в таблице 9. По данным лабораторных анализов установлено: - концентрация неочищенного поверхностного стока на входе в дождеприемный колодец из лотка перед фильтром Со = 523 (мг/л), концентрация очищенного поверхностного стока на выходе из колодца Сф = 146( мг/л). Таким образом, концентрация очищенного в фильтре поверхностного стока составляет 28%, от поступающего в колодец. На основании представленных в данной главе материалов, в ходе полевых и лабораторных исследований получены следующие результаты. 1. Методом злешронно-зондового рентгеноспектрального микроанализа определен элементный состав загрязнения на уровне микрообъемов твердых частиц в весовых процентах, в двадцати двух характерных точках летного поля аэродрома в день максимальной йнтенсшшоети полетов. 2. Определена масса загрязнения твердыми частицами( аэродромной пылью) наиболее характерных точек летного поля аэродрома. Масса загрязнения твердыми частицами 1 м2 поверхности ВПП больше массы загрязнения, соответствующей по осям X і и Х2, Ї м2 поверхности МРД. Масса загрязнения 1 м2 поверхности концевых участков ВПП и МРД в 4...5 раз превышает загрязнение 1 м2 поверхности срединных участков ВПП и МРД. 3. На поверхности ВПП и МРД летного поля аэродрома в исследуемых твердых частицах выявлены восемь неоргашіческих химических элементов в различных соединениях с кислородом, а именно: магний (Mg), алюминий (А1), кремний (Si), сера (S), калий (К), кальций (Са), титан (Ті), железо (Fe). 4. По изменению стехиометрического состава неорганических химических элементов в весовых процентах все элементы можно разбить на две группы: первая группа неорганических химических элементов, стехиометрический состав которых изменяется по длине ВПП и МРД в незначительных пределах, к ним относятся: магний (Mg), кремний (Si), титан (Ті) и железо (Fe); вторая группа пеорганнческих химических элементов, стехиометрического состав которых значительно изменяется, с уменьшением от концевых участков к центру ВПП и МРД, к ним относятся: алюминий (А1), сера (S), калий (К), кальций (Са). 5. Определен дисперсный состав загрязнения, получены фотографии дисперсного состава и определены радиусы твердых частиц на одиннадцати участках взлетно-посадочной полосы летного поля аэродрома. 6. Определены концентрации взвешенных твердых частиц в поверхностном стоке с летного поля аэродрома, на входе в очищающий фильтр дождеприемного колодца водоотводной системы аэродрома и на выходе из него, после выпадения на аэродроме 10 мм осадков. Установлено что, концентрация очищенного в фильтре поверхностного стока составляет 28% от концентрации стока поступающей в колодец. 7. Все результаты полевых и лабораторных исследований использованы для математического описания зависимости элементного и количественного состава загрязнения различных участков поверхности летного поля аэродрома твердыми частицами неорганических веществ, а также для разработки модели и алгоритма расчета концентрации поверхностного стока летного поля взвешеиными твердыми частицами. Разработка уравнения зависимости элементного и количественного состава загрязнения твердыми частицами неорганических веществ различных участков летнего поля аэродрома Оценка элементного и количественного состава загрязнения твердыми частицами летного поли аэродрома проведена путем расчета уравнений зависимости параметров загрязнения единицы площади поверхности летного поля вдоль осей ВПП и МРД летного поля аэродрома. В качестве исходных параметров оценки загрязнения, приняты: -масса загрязнения твердыми частицами 1 м2 исследуемых участков летного поля аэродрома М0, г; - стехиометрическйЙ состав химических элементов загрязнения твердыми частицами, на уровне неорганических веществ, исследуемых участков летного поля аэродрома, в весовых процентах В ,%;
Дня решения поставленной задачи использованы данные, полученные экспериментальным путем, методом рентгеноспектрального микроанализа, приведенные, в табл. 7....9. Они аппроксимированы при помощи системы пакетов программы Maple, которая предназначена для статистической обработки экспериментальных данных. По методике использования программы Maple устанавливали разрядность, с которой проводили вычисления и подготавливали два набора данных - абсциссы и ординаты.
Алгоритм и блок схема расчета концентраций загрязнения взвешенными твердыми частицами поверхностного стока взлетно-посадочной полосы летного поля аэродрома
Исследования проведенные в предыдущих разделах, показали, что при эксплуатации аэродрома происходит загрязнение поверхности летного поля твердыми частицами в пределах I... 6 г/ м2, за одни сутки, при максимальной интенсивности полетов.
Количество твердых частиц, попадающих с поверхностным стоком летного поля в водоотводную и дренажную систему аэродрома, а далее на рельеф и в водоемы, более 500 кг в сутки при максимальной интенсивности полетов. Конструкция ВДС летных полей на всех аэродромах страны не имеет существенных отличий [38]. Все элементы системы соединены в единую цепь с последующим сбросом поверхностного стока через устьевое сооружение на рельеф местности или в окружающие водоёмы [23.95]. Общепринятая конструкция ВДС практически не решает экологические проблемы, возникающие от загрязнения поверхностным стоком приаэродромной территории, кроме того, в лотках и колодцах ВДС аккумулируются жидкие углеводороды и неорганические соединения при заиливании водоотводных труб твердыми частицами [38].
Регенерация элементов ВДС практически не возможна, так как она трудоемка и не экономична, в связи с необходимостью частичного демонтажа конструкций. Решение проблемы возможно только путем использования в качестве технического средства для частичной очистки поверхностного стока, сменных фильтров, установленных в дождеприемные колодцы, непосредственно у бровки взлетно-посадочной полосы летного поля аэродрома [36.98]. В ГИПЮДОРНИИ разработано техническое средство - система поверхностного водоотвода с автомобильных дорог и искусственных сооружений для очистки поверхностного стока от взвешенных твердых частиц (дорожной пыли) [10 Я Данное техническое средство представляет собой систему из водоотводных лотков и колодцев, вдоль бровки дороги. Для обеспечения сбора и удаления дорожной пыли, на дне водоотводных лотков, на расстоянии нескольких метров друг от друга, в направлении движе-ния поверхностного стока, выполнены колодцы. Во внутренних камерах колодцев установлены вертикальные каркасы из георешётки, заполненные фильтрующим зернистым материалом - щебнем с расположенными в верхнем его слое горизонтальными прослойками из геотекстшш. Регенерация фильтрующих элементов должна производится путём отбора верхней части щебня, заменой геотекстиля и новой засылкой щебня. Технология такой установки достаточно трудоёмка в связи с большими затратами на регенегвдюо загрязнённого щебня. Для нормальной эксплуатации аэродрома желательно использовать техническое средство для очистки поверхностного стока, где в качестве фильтрующей засыпки используются отходы производства периодически заменяемые, без последующей регенерации. Автором предлагается конструкция технического средства для очистки поверхностного стока, обеспечивающей улучшение экологической обстановки при эксгогуатации аэродрома с минимальными материальными затратами, используя отходы производств. Поставленная цель достигаетсятем, что в элемент зводоотшдаой системы аэродрома, в дождеприемный колодец, устанавливается открытьш сверху короб из утолщённой стеклоткани, выполненный по форме колодца и размещённый сверху водоотводной трубы (рис.35). Короб заполняется засьшкой из фильтрующего материала шлака с возможностью извлечения его вместе с засьшкой Поверхностный сток, содержащий взвешенные вещества, поступает в короб, в котором взвеси улавливаются, а очищенная вода по трубам через водоотводную систему отводится на рельеф. В качестве фильтрующей засыпки используется отходы производства -котельный шлак. В условиях, когда значительная часть зданий и сооружений аэродрома эксплуатируются с использованием автономных индивидуальных котельных, работающих на угле стоимость производства и устройства шлаковой фильтрующей засыпки на аэродроме минимальна. В настоящее время на исследуемом аэродроме более половины производимого котельного шлака вывозится на полигон бытовых отходов. Шлаки обладают большой сорбционной способностью, позволяют обеспечить достаточно высокую скорость фильтрования и осуществлять процесс очистки сточных вод от взвешенных веществ с меньшими затратами [ 75.109]. На кафедре безопасности жизнедеятельности и экологии Воронежского государственного архитектурно университета проведены исследования по определению эффективности улавливания шлаками взвешенных твердых частиц, содержащихся в поверхностных сточных водах [49]. Исследования проведены по очистке поверхностного стока от взвешенных твердых частиц шлаковой засыпкой различного диаметра, при разной высоте слоя загрузки, и разной скорости фильтрования. Подобные исследования, подтверждающие выводы ВГАСУ, опубликованы в работе Мелентьева В.А. [37]. В условиях исследуемого аэродрома, для наиболее загрязненных точек, в начале и конце взлетно-посадочной полосы летного поля аэродрома, характерный радиус твердых частиц R 0 определен в пределах 250.. .350 мкм. Для данного характерного радиуса твердых частиц исследованиями Мелентьева В.А.[3 $ определена наиболее эффективная фильтрующая шлаковая засыпка из мезопористого ископаемого угля плотностью 800...900 кг/м3. Шлак обеспечивает плотность загрузки в пределах 750-920 кг/куб.м, размер зерен находится в пределах 5-50 мм. Высота фильтрующего слоя менялась от 0,15м до 0,9 м с шагом 0,15м. Скорость фильтрования менялась от 0,15 м/ч до 1,5 м/ч с шагом 0,15 м/ч. При высоте фильтрующего слоя равной 0,15 м эффективность улавливания составляет 52,5% при скорости фильтрования 0,15 м/ч и с увеличением скорости фильтрования снижается до 35,3%. Увеличение высоты фильтровального слоя с 0,15м до 0,45м повышает эффективность улавливания взвешенных веществ с 52,5% до 85,6% при скорости фильтрования 0,15 м/ч, и с 35,3% до 70% при скорости фильтрования 1,5 м/ч. Дальнейшее увеличение высоты фильтровальной загрузки до 0,9м обеспечивает повышение эффективности улавливания взвешенных веществ до 95,4% при скорости фильтрования 0,15 м/ч и до 79,8% при скорости фильтрования 1,5 м/ч. Это позволяет сделать вывод, что наиболее эффективной высотой фильтровальной засыпки является толщина слоя в пределах 0,45-0,6м. Продолжительность фильтрования значительно снижается при увеличении скорости фильтрования. Анализ результатов исследований ВГАСУ и Мелентьева В.А.[37,49] показывает, что грязеемкость засыпки из котельного шлака составляет 50-65 кг на 1 куб.м фильтровальной загрузки. Наиболее эффективное улавливание взвешенных твёрдых частиц исследуемых размеров происходит при высоте засыпки 0,45-0,60 м, эффективность, составляет 70-85%, при скоростях фильтрования 0,4-1,2 м/ч. Предложенная конструкция технического средства позволяет частично улавливать взвешенные твердые частицы, поступающие из поверхностного стока. Очищенная вода, по ВДС поступает за пределы аэродрома на рельеф или в водоём.
