Методическое пособие 796

Этот колодец был приведен в пример как вопиющий случай инерциального мышления населения. На фото видно, насколько окружающая обстановка является неблагоприятной в санитарно-гигиеническом плане. Тем не менее, люди уверены, что вода там по определению чистая, потому что является подземной. Предоставленные результаты исследования не поменяли отношение к воде: ее продолжают употреблять в питьевых целях, несмотря на предупреждения и предостережения касательно чрезвычайно высокой концентрации нитрат-ионов.

Поэтому важно комплексно изменять ситуацию, делать акцент на просвещение водопользователей, предоставление информации в свободном доступе, в случае необходимости – размещение табличек-аншлагов, отражающих химический состав воды в каждом исследованном источнике и предупреждающих знаков, если нормативы превышены.

Как уже было сказано выше, при многократном превышении нормативов содержания загрязняющих веществ необходимо проводить регулярный анализ подземной воды. Одноразовое наблюдение «умеренно загрязненных» и «загрязненных» источников не несет никакой информации. При этом проводить регулярные анализы с высокой частостью «чистых» родников нецелесообразно. Но в идеале нужно не ограничиваться одноразовой проверкой, а исследовать «чистые» родники дважды в год – в теплое и холодное время года. Это особенно актуально для пересыхающих родников и тех, чей дебит значительно изменяется в зависимости от сезона.

«Исследование выполнено при поддержке РФФИ и г. Севастополя в рамках научного проекта №18-35-50004»

Литература

1.Охрана природы (ССОП). Гидросфера. Правила контроля качества воды водоемов и водотоков. ГОСТ - 17.1.3.07-82. – М.: Стандартинформ. – 2010.

2.СанПиН 2.1.4.1175 – 02. Требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения. Санитарная охрана источников: утв. Главным государственным санитарным врачом РФ17.11.02. – М.: Минюст РФ. – 2002. – 17 с.

3.СП 2.1.5.1059-01. Гигиенические требования к охране подземных вод от загрязнения: утв. Главным государственным санитарным врачом РФ 25.07.01. – М.: Минюст РФ. – 2001. – 9 с.

4.Сигора Г. А. Проблема исследования экологического состояния родников Севастопольского региона

/Г. А. Сигора, Т. Ю. Хоменко, Т. В. Ляшко, Л. А. Ничкова // Экономика строительства и природопользования. – 2019. – № 1 (70). – С. 115-123.

5.Сигора Г. А. Изменение загрязненностинитрат-ионамиродников города Севастополя / Г. А. Сигора, Т. В. Ляшко, Л. А. Ничкова, Т.Ю.Хоменко// Системы контроля окружающейсреды.– 2018. –№ 14(34).– С.150-156.

Севастопольский государственный университет, г. Севастополь, Россия

G. A. Sigora, T. V. Lyashko, T. Yu. Khomenko

SPRING WATER QUALITY MONITORING OF SEVASTOPOL REGION

The article considers the problem of assessing the quality of spring waters of the Sevastopol region and monitoring the most polluted sources.The results of a study of the chemical composition of 72 underground sources of decentralized supply (42 springs, 18 wells and 12 wells) are presented.In total, three groups were identified: “pure” - 25 sources;“Conditionally clean” - 11 sources;“Polluted” - 34 sources.23 indicators were subject to assessment.Based on the list of evaluated parameters, “pollution indicators” were selected, which were the content of chlorides, nitrate ions and manganese cations.The main source of pollution of natural groundwater is nitrate ions, the content standards in the springs of Sevastopol are exceeded by 3.6-5.5 times (up to an abnormal increase in the content to 685 mg / l in the fall of 2019) at a rate of 45 milligrams per liter.If you repeatedly exceed the standards for the content of pollutants, it is imperative to conduct a regular analysis of groundwater

«The reported study was funded by RFBR and Sevastopol according to the research project №18-35-50004»

Sevastopol State University, Sevastopol, Russia

201

УДК 625.85: 625.717

В. М. Лосев, С. Н. Букша, Т. В. Загоруйко, Ю. В. Федорова

ПРИМЕНЕНИЕ ГЕОТЕРМАЛЬНОГО ОБОГРЕВА ПОКРЫТИЙ ТРАНСПОРТНЫХ ОБЪЕКТОВ ДЛЯ БОРЬБЫ С ЗИМНЕЙ СКОЛЬЗКОСТЬЮ

Предложено техническое решение по предупреждению льдообразования на искусственных покрытиях объектов транспортного назначения с использованием глубинной теплоты Земли

Как известно, «объекты транспортного назначения являются одним из основных источников загрязнения атмосферного воздуха, почв, поверхностных и грунтовых вод, а также разрушения природного ландшафта на прилегающей к ней территории» [1].

Наиболее многоплановым и ответственным в работе дорожно-аэродромных организаций России является период между осенней и весенней распутницами, продолжительность которого колеблется от 20 суток в южных регионах до 260 суток в северных регионах.

Экологическое загрязнение прилегающих к объектам транспортного назначения территорий в этот период во многом определяется состоянием покрытий (сухое, мокрое, скользкое, заснеженное), условиями движения, и мероприятиями, направленными на улучшение этих условий в соответствии с нормативными требованиями [2].

Особенностью зимнего периода является многократные переходы температуры от минусовых к плюсовым значениям, с образованием на поверхности сооружений снежноледяных отложений, которые снижают их эксплуатационные качества, ухудшают экологическую обстановку и безопасность движения транспортных средств (автомобильного

ивоздушного).

Внастоящее время на объектах транспортного назначения для борьбы с зимней скользкостью применяются стандартные технологии и способы, требующие различных трудовых и материальных затрат, времени осуществления очистки поверхности, соответственно оказывающие разное влияние на окружающую среду.

1. Химический способ основан на использовании химических противогололедных материалов (ПГМ) (твердых сыпучих или жидких растворов различных реагентов – хлоридов, нитратов, фосфатов, гликолей и др.), способных переводить снежно-ледяные отложения в раствор, не замерзающий при отрицательных температурах.

2. Фрикционный способ заключается в использование фрикционных ПГМ (мелкий щебень, песок, песчано-гравийная смесь, шлак, золы уноса) в районах с продолжительными

иустойчивыми низкими температурами (ниже -20°С) или там, где применение других ПГМ запрещено.

3. Комбинированный способ основан на применении химико-фрикционных материалов, которые в короткие сроки повышают коэффициент сцепления и ликвидируют снежно-ледяные отложения на объектах подверженных частому гололедообразованию (на мостах, путепроводах, эстакадах и др.).

4. Тепловой способ предусматривает удаление льда тепловыми машинами с высокотемпературными газовыми потоками.

Основные стратегии работ по содержанию покрытий объектов транспортного назначения в период между осенней и весенней распутницами можно представить в виде схемы (рис. 1).

Каждый из указанных способов имеет свои недостатки. Так, например, химические реагенты, которые наиболее эффективно прекращают или существенно снижают образование скользкости, повышают коррозию техники, верхнего слоя покрытий и сооружений объектов транспортного назначения, загрязнение почвы, грунтовых вод,

202

угнетение растительности. Негативное воздействие солей растянуто во времени, тем не менее, оно очевидно.

Рис. 1. Основные стратегии работ по содержанию покрытий объектов транспортного назначения

Применение фрикционных материалов менее эффективно (по сравнению с химическими ПГМ) и является неэкономичным из-за повышенного их расхода, трудоемкости процесса и рекомендуется для объектов с невысокой интенсивностью движения.

Тепловые способы защиты от обледенения при использовании стационарных систем связаны со значительными капитальными и эксплуатационными затратами. Это главное препятствие их применения на практике.

В связи с этим ведутся поиски решения технических задач с использованием естественных природных процессов, например, низкопотенциальной теплоты Земли. Применение низкопотенциальной глубинной теплоты Земли в 8-10 °С достаточно для решения задачи по защите дорожных и аэродромных покрытий от обледенения, учитывая, что гололед образуется на покрытиях чаще всего при температуре атмосферного воздуха от 0

до -5 °С [3, 4].

Для реализации предложенного технического решения необходимо создать систему передачи глубинной теплоты Земли к верхнему слою искусственного покрытия в необходимом количестве.

Подобные технические решения наиболее целесообразны на относительно небольших искусственных площадках, которыми являются искусственные взлетно-посадочные полосы (ИВПП), отдельные участки автодорог, подземные переходы

Рассмотрим проблему устранения льдообразования по схеме геотермального обогрева (рис. 2) на примере покрытий ИВПП, защита которых от льдообразования является актуальной проблемой зимнего содержания аэродромов.

203

1 – железобетонное покрытие; 2 – трубчатый теплообменник; 3 – скважина; 4 – водоносный слой Рис. 2 – Схема геотермального обогрева ИВПП

Для обогрева покрытий бурится скважина, глубина которой зависит от свойств грунтов и годового колебания температуры. Основание скважины должно размещаться в водоносном слое, поэтому наиболее рациональная величина заглубления элемента обогрева должна составлять не менее 6 м. В скважину вставляется трубчатый теплообменник (рис. 3).

Рис. 3. Трубчатый теплообменник

Установка обогреваемых элементов производится по всей площади ИВПП.

204

Рис. 4. Расположение в плане элементов обогрева

После установки элементов обогрева с выполнением всех требований, предъявляемых к уклонам, отметкам в плане и по высоте, осуществляется заполнение скважины пескоцементным раствором М 25, до верха песко-цементного основания под покрытие ИВПП

(рис. 3).

Вывод. Предлагаемое техническое решение по защите ИВПП аэродромов от снежноледяных отложений было впервые использовано на территории Германии. Оно подтвердило эффективность борьбы с зимней скользкостью и позволило круглосуточно содержать покрытие аэродрома в требуемом состоянии, обеспечивая безопасность полетов и хорошую экологическую обстановку на прилегаемой территории.

Несмотря на дополнительные материальные и трудовые затраты по установке элементов обогрева, дальнейший процесс эксплуатации сооружения подтвердил возможность широкого использования данного метода и хорошие перспективы его развития.

Литература

1.Экологические аспекты зимнего содержания дорог/ Вл. П. Подольский, Т. В. Самодурова, Ю. В. Федорова. Воронеж: Воронежская государственная архитектурно-строительная академия, 2000. 152 с.

2.Салогуб Л. П. Экологический мониторинг загрязнения жидких стоков аэродромов государственной авиации / Л. П. Салогуб, Ю. В. Федорова., С. Н. Букша // Сб. науч. ст. по материалам IV Всероссийской науч.- практ. конф. «Академические Жуковские чтения» (23-24 ноября 2016 г.). Воронеж: ВУНЦ ВВС «ВВА», 2017. С. 196-199.

3.Горецкий Л. И. Эксплуатация аэродромов: Учебник для вузов – 2-е изд., перераб. и доп. М.: Транспорт, 1986. 280 с.

4.СП 121.13330.2012. Аэродромы. Актуализированная редакция СНиП 32-03-96.

Военный учебно-научныйцентр Военно-воздушных сил «Военно-воздушнаяакадемияим. проф.Н.Е.ЖуковскогоиЮ.А.Гагарина»,г.Воронеж, Россия

THE USE OF GEOTHERMAL HEAT COATINGS

TRANSPORT FACILITIES TO COMBAT WINTER SLIPPERINESS

206

A technical solution for preventing ice formation on artificial surfaces of transport facilities using the earth's deep heat is proposed

V. M. Losev, S. N. Buksha, T. V. Zagoruiko, Yu. V. Fedorova

Military Training and Research Center of the Air Force

"Air Force Academy Prof. N. E. Zhukovsky and Yu. A. Gagarin", Voronezh, Russia

УДК 504.3.054

Л. Т. Рязанцева1, В. П. Октябрьский1, А. А. Павленко2

ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОЗОНОМ АТМОСФЕРЫ КРУПНЫХ ГОРОДОВ НА ПРИМЕРЕ САНКТ-ПЕТЕРБУРГА

В статье рассмотрена проблема образования озона в приземной атмосфере и основные причины увеличения его содержания в атмосферном воздухе. Обнаружена отрицательная (обратная) корреляция между концентрациями озона и диоксида азота в приземном слое атмосфере. Показана необходимость в государственном контроле приземных концентраций озона на примере Санкт-Петербурга

Одна из глобальных экологических проблем – образование «озоновых дыр», является причиной увеличения числа больных меланомой. Именно из-за озоновой дыры над Антарктидой заболеваемость меланомой в Австралии стала одной из самых высоких в мире. Но «проблема озона» не ограничивается уменьшением его концентрации в стратосфере, повышение его концентраций в приземном слое атмосферы – еще одна проблема, поскольку повышенные концентрации приземного озона увеличивают глобальную смертность на 375 тысяч смертей в год.

Озон является сильным окислителем, поэтому в высоких концентрациях он оказывает раздражающее действие на слизистую оболочку дыхательных путей и конъюнктивы глаза. Кроме того, высокие концентрации озона в организме человека могут инициировать образование нерастворимых форм холестерина, что повышает риск развития атеросклероза и, как следствие, сердечно-сосудистых заболеваний. Озон может вызвать затруднение дыхания, боль в груди, покраснение конъюнктивы, головную боль, головокружение, отек легких и часто бывает причиной смерти людей с ослабленным здоровьем [1]. Но наиболее опасным является мутагенное и канцерогенное действие высоких концентраций озона на человека, что объясняется образованием активных форм кислорода (АФК) в его присутствии. Так, попадая в организм, озон инициирует образование АФК через реакцию с молекулой воды, в результате которой образуется наиболее токсичный гидроксидный радикал ( ОН); в реакциях с гидроксильным радикалом образуется другая АФК – гидропероксидный радикал ( НО2), который в реакциях дисмутации образует пероксид водорода (Н2О2), то есть запускается каскад реакций образования АФК, которые, в свою очередь, лежат в основе патогенеза многих заболеваний.

В результате исследования, проведенного в Йельском университете, о влиянии выбросов озона на смертность людей заключили, что повышение концентрации озона в приземном слое на 20 мкг/м3 уже через неделю сопровождается повышением общей смертности более чем на 0,5 %.

Озон относится к первому классу опасности, в России для него установлены следующие предельно допустимые концентрации (ПДК): для населения - 30 мкг/м3 (ПДКс.с.), для рабочей зоны - 100 мкг/м3; для кратковременного воздействия - 160 мкг/м3 (ПДКмр, не более 1 % времени за год). Особо опасен озон для детей, легкие которых могут сильно пострадать от высоких его концентраций, что, в свою очередь, может отрицательно сказаться на дальнейшем развитии.

207

Откуда же берется озон в приземном слое атмосферы? Оказывается, основная причина появления озона в тропосфере та же, что и в случае его уменьшения в стратосфере - это фотохимические реакции. Только в приземном слое озон образуется в реакциях между оксидами азота (NO, NO2) и летучими органическими соединениями при действии ультрафиолетового излучения. Тогда концентрация озона будет возрастать при увеличении скорости превращения оксида азота в диоксид без участия озона, а в присутствии других соединений; такими соединениями в атмосфере являются углеводороды, при окислении которых образуются активные формы кислорода (RO2, HO2).

Очевидно, что высокие концентрации летучих углеводородов будут создавать условия интенсификации образования приземного озона. Высокие содержания летучих углеводородов и оксидов азота будут обеспечивать существование различных режимов для озона. Избыток концентраций оксида азота будет приводить к превалированию скорости эмиссии оксидов азота над скоростью образования пероксильных радикалов, что будет ограничивать возможность превращения оксида азота в диоксид азота [2]. Так как в цикле озона преобладающей является реакция NO + O3 → NO2 + O2, то концентрация О3 будет падать. Избыток летучих углеводородов в воздухе всегда будет приводить к образованию достаточного количества радикалов для создания условий увеличения концентрации озона в приземном слое тропосферы. Получается, что наличие в приземном слое молекул оксидов азота является ограничивающим фактором для образования озона, то есть должна прослеживаться корреляция между концентрациями озона и оксидами азота.

Для проверки данного предположения было проанализировано состояние атмосферного воздуха в Санкт-Петербурге с помощью газоанализаторов на станциях Автоматизированной системы мониторинга атмосферного воздуха Санкт-Петербурга (АСМ); были проведены непрерывные наблюдения за содержанием озона, оксида азота (II) и оксида азота (IV) в приземном слое воздуха города.

Втаблице представлена кратность превышения концентраций загрязняющих веществ

ватмосфере Санкт-Петербурга.

Кратность превышения концентраций загрязняющих веществ в атмосфере Санкт-Петербурга за 2018 год

208

Из данных таблицы видно, что концентрации диоксида азота/оксида азота в приземном слое тропосферы города определялись в диапазоне от 0,28 до 5,35 ПДК (для оксида азота - от 0,05 до 2,67 ПДКс.с.). Наибольшие уровни загрязнения диоксидом азота/оксидом азота наблюдались в Центральном, Красногвардейском, Красносельском и Невском районах. Среднегодовые концентрации озона в атмосфере города наблюдались в пределах от 0,46 до 1,87 ПДКс.с.

На рис. 1 и 2 представлены уровни концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе за 30 дней на станциях, расположенных в Василеостровском и Приморском районах Санкт-Петербурга. На рисунках четко видна отрицательная (обратная) корреляция между концентрациями озона и диоксида азота: в дни с высокими концентрациями озона регистрировались низкие концентрации диоксида азота, и наоборот.

Рис. 1. Уровни концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе за 30 дней на автоматической станции № 24 (по адресу: Васильевский остров, Средний пр., д. 74): 1 – озона, 2 – оксида азота (IV),

2 – оксида азота (II)

Для образования озона большую роль играет не только соотношение концентраций летучих углеводородов и оксидов азота, но и скорость фотохимических реакций, зависящих от интенсивности ультрафиолетового излучения. Так, при действии УФ-излучения в тропосфере происходит активное образование гидроксильных радикалов, которые участвуют в окислении летучих органических соединений и реагируют с оксидом азота (II), уменьшая их концентрацию, и, как следствие, уменьшая скорость их реакции с озоном [2]. Все это приводит к накоплению озона. Таким образом, наибольшие концентрации озона в приземном

209

слое должны наблюдаются в весенне-летний период, что подтверждается данными среднемесячных концентраций озона по Санкт-Петербургу (рис. 3). Из рис. 3 видно, что максимальные значения среднемесячных концентраций озона приходятся на период с марта (1,5 ПДКсс) по август (1,3 ПДКсс).

Рис. 2. Уровни концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе за 30 дней на автоматической станции № 08 (по адресу: ул. Новосельковская, д.23): 1 – озона, 2 – оксида азота (IV), 2 – оксида азота (II)

Рис. 3. Среднемесячные концентрации (в долях ПДК) озона в воздухе Санкт-Петербурга за 2018 г.

Анализируя данные, представленные в таблице, обращает на себя внимание тот факт, что концентрации озона в районах центральной части города ниже, чем на периферии, а для оксидов азота, наоборот – в центре города концентрации выше. Так, средняя концентрация озона за год в центральной части города составила 0,9 ПДКс.с., в периферийных районах — 1,4 ПДКс.с.; средняя концентрация диоксида азота (оксида азота) за год в центральной части города составила 1,1 ПДКс.с. (для оксида азота - 0,5 ПДКс.с.), в периферийных районах города - 0,4 ПДКс.с.(для оксида азота - 0,1 ПДКс.с.) Это объясняется тем, что в крупных городах со значительными выбросы от автотранспорта, в приземном слое атмосферы оксиды азота вступают в реакции с озоном, то есть повышается скорость третьей реакции из цикла озона (NO + O3 NO2 + O2), что приводящие к разрушению накопившегося озона. Кроме того, известно, что молекулы озона очень чувствительны к пыли, и, видимо, часть молекул озона просто разрушается из-за сильной запыленности центральных районов СанктПетербурга [3].

Поскольку озон помимо прямого окисления биомакромолекул при поступлении в организм запускает механизм образования АФК, то очевидным становится способ защиты -

210