Система распределенного и оперативного мониторинга качества приземного воздуха тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Гусак Дмитрий Вячеславович

• Гусак Дмитрий Вячеславович
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Гусак Дмитрий Вячеславович

Введение

1 Загрязнение и мониторинг атмосферного воздуха

1.1 Виды загрязнений атмосферного воздуха

1.2 Взвешенные частицы и их мониторинг

1.2.1 Понятие взвешенных частиц и их особенности

1.2.2 Влияние взвешенных частиц на здоровье человека

1.2.3 Приборы и методы определения взвешенных частиц в атмосферном воздухе

1.3 Обзор отечественных приборов измерения взвешенных частиц в атмосферном воздухе

1.3.1 Интерферометрический метод определения функции распределения частиц по размерам

1.3.2 Определение параметров частиц при помощи акустического и оптического полей

1.3.3 Оптическое измерение счётной концентрации дисперсных частиц в жидких средах

1.3.4 Определение распределения взвешенных частиц по массе

1.3.5 Измерение распределения концентраций и размеров частиц решением интегрального уравнения обратной задачи рассеяния

1.3.6 Инфракрасный датчик концентрации пыли

1.3.7 Измерение массовой концентрации пылевых частиц нефелометрическим методом

1.3.8 Газоанализатор «Ганк-4»

1.3.9 Датчики загрязняющих веществ

1.4 Мониторинг атмосферного воздуха

1.4.1 Понятие мониторинга и его реализация

1.4.2 Мониторинг воздуха в городе Томске

1.4.3 Приборы, используемые для мониторинга атмосферного воздуха

1.4.4 Причины необходимости увеличения количества постов

1.5 Обобщения по разделу

2 Дополнение и совершенствование существующей системы мониторинга атмосферного воздуха

2.1 Практика мониторинга воздуха малогабаритными приборами за рубежом

2.2 Концепция построения прибора для организации сети мониторинга

2.2.1 Формирование концепции построения прибора

2.2.2 Конструктивные особенности устройства

2.2.3 Единый интерфейс передачи данных

2.2.4 Энергонезависимость прибора

2.2.5 Методы определения критерия достаточности количества приборов

2.2.6 Программное обеспечение для системы мониторинга

2.3 Экспериментальная модель измерителя пыли

2.4 Опытный экземпляр комплексного газоанализатора

2.5 Обоснование метода мониторинга воздуха малогабаритными приборами

2.5.1 Обоснование положений разрабатываемого метода организации системы мониторинга

2.5.2 Общие положения применения малогабаритных приборов

2.5.3 Влияние внешних факторов на расстановку приборов

2.5.4 Регистрация выбросов от предприятий в зависимости от высоты промышленных труб

2.5.5 Группирование приборов по «маркерным» веществам источника

2.5.6 Распределённая сеть мониторинга: структура и функции

2.5.7 Обработка больших данных из сети

2.6 Обобщения по разделу

3 Исследование качества воздуха в городе Томске и Томской области

3.1 Измерение концентрации взвешенных частиц на территории Института мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук

3.2 Измерение запылённости вдоль автомобильных дорог

3.2.1 Концентрации взвешенных частиц на крупных загруженных улицах

города

3.2.2 Результаты измерений на въезде в Академгородок

3.2.3 Запылённость автодороги между Академгородком и поселком АТИЗ

3.2.4 Оценка эффективности зелёных насаждений

3.2.5 Оценка изменения концентраций взвешенных частиц при установке

светофора

3.3 Периодические измерения концентраций загрязняющих веществ

комплексными газоанализаторами

3.4 Статистическая обработка полученных результатов

3.4.1 Оценка достоверности различий измерений взвешенных частиц

3.4.2 Статистический анализ результатов измерений комплексных

газоанализаторов

3.5 Схема сети малогабаритных приборов мониторинга

3.6 Обобщения по разделу

Заключение

Список использованной литературы

Приложение А Схемы расположения стационарных постов наблюдений, опытных моделей комплексных газоанализаторов и сети малогабаритных приборов

мониторинга

Приложение Б Ежемесячные отчёты по приборам мониторинга

Приложение В Метод организации системы мониторинга атмосферного воздуха на территории населённых пунктов с применением малогабаритных приборов

оперативного мониторинга

Приложение Г Рекомендации по применению малогабаритных приборов

мониторинга в отраслях народного хозяйства

Приложение Д Результаты факторного анализа качества воздуха в сёлах Парабель

и Каргасок

Приложение Е Акт о внедрении результатов исследования

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Система распределенного и оперативного мониторинга качества приземного воздуха»

Введение

Актуальность темы исследования. Чистый атмосферный воздух жизненно необходим человеку и другим живым организмам. Он обеспечивает стабильное течение жизненных процессов посредством поступления достаточного количества кислорода без опасных и отравляющих организм веществ. Высокое качество атмосферного воздуха является одним из факторов сохранения здоровья и трудоспособности населения, что способствует росту экономики. Для обеспечения высокого качества атмосферного воздуха нужны системы очистки воздуха и выбросов на предприятии. Однако, прежде чем принимать технологические решения, адекватные ситуации, качество воздуха необходимо предварительно правильно оценить. Для такой оценки необходима система комплексного мониторинга атмосферного воздуха.

В России наиболее распространены посты наблюдений за состоянием окружающей среды, в которых отбирают пробы воздуха для дальнейшего анализа на базе стационарных лабораторных комплексов, требующих определённых временных затрат. Однако в настоящее время требуются приборы, оперативно предоставляющие актуальную информацию о качестве атмосферного воздуха в населённых пунктах. Современные достижения техники позволяют создавать малогабаритные приборы с необходимой точностью измерений датчиков загрязняющих веществ, при меньших финансовых затратах по сравнению со стационарными постами наблюдений. Сети подобных малогабаритных приборов установлены, в основном, в Москве [Воздух : карта..., 2024] и Санкт-Петербурге [Атмосферный воздух., 2024], Челябинске [Единая информационная., 2024] и Красноярске [Система мониторинга ..., 2024], но количество устройств, ввиду их высокой стоимости, недостаточно для полного охвата городов.

Развертывание обширной сети приборов с возможностью регистрации и передачи данных в центр обработки за длительные периоды времени позволяет получить многочисленные оперативные данные о концентрациях веществ в отдельных районах города, непосредственно рядом с предприятием и в направлении движения выбросов с данного предприятия; определить источники

выбросов; зарегистрировать резкий всплеск уровня загрязнения; разделить различные источники, находящиеся рядом; выявить зависимости воздействия концентраций различных веществ и их последствий. Для этого приборы должны обладать настраиваемым периодом измерений.

Другие государства активно используют подобные сети, собирая их на базе датчиков «интернета вещей», либо отдельных датчиков загрязняющих веществ и микроконтроллера. Для оценки достоверности измерений, некоторые элементы сети устанавливают непосредственно возле постов наблюдений с сертифицированными приборами, либо на минимальном расстоянии от них. В России такая практика востребована, однако требует некоторого совершенствования, подходы к которому показаны в исследовании.

Для организации детальной системы мониторинга на территории городов России необходимы новые технические и организационные решения, учитывающие современные технологические возможности с одновременным снижением затрат на производство приборов, которые дополнят установленные ранее посты мониторинга. Актуальность настоящего исследования обусловлена задачей необходимого оперативного получения информации о качестве приземного воздуха населённых пунктов, формирования подходов к организации системы мониторинга с применением автономных малогабаритных приборов оперативного мониторинга и детализации получаемой информации в пространстве (сотни метров) и времени (часы, минуты, секунды), а также унификации основы, на которой строят средства измерений. В исследовании рассматривается приземный слой воздуха высотой до 5 метров от уровня земли.

Степень разработанности темы исследования. Значительный вклад в развитие систем мониторинга атмосферного воздуха и их совершенствования внесли такие исследователи, как А. А. Аброськин, Н. С. Барикаева, А. С. Данилов, Н. В. Невмержицкий, Ю. А. Тунакова и др. Экологическими исследованиями в области учёта особенностей и влияния отдельных источников загрязнения занимались Н. С. Барикаева [Барикаева, 2017], А. С. Данилов [Данилов, 2019], Ю. А. Тунакова [Тунакова, 1998], чьи предложения по совершенствованию систем

мониторинга позволяют детальнее изучить особенности распространения специфических загрязняющих веществ и ускорить принятие решений по сокращению загрязнителей. Исследования Н. В. Невмержицкого, в том числе в соавторстве [Ложкин, Невмержицкий, 2015 ; Невмержицкий, 2017], нацелены на формирование методики оценки и прогнозирования экстремального загрязнения взвешенными частицами на автомагистралях с учётом влияния гидрометеорологических условий и различных источников, присутствующих на автомагистралях. Однако, недостаточно изученными остаются вопросы применения и правил расстановки малогабаритных приборов мониторинга, интерпретации получаемых данных, учёта совокупности факторов, влияющих на распространение загрязняющих веществ, организации системы на базе малогабаритных приборов мониторинга атмосферного воздуха.

Диссертационное исследование выполнено в соответствии с Государственной программой Российской Федерации «Охрана окружающей среды», утвержденной постановлением Правительства Российской Федерации от 15 апреля 2014 г. № 326 с изменениями от 13 апреля 2019 г. № 362, в соответствии с Федеральным проектом «Чистый воздух» Национального проекта «Экология» (паспорт национального проекта утвержден протоколом от 24 декабря 2018 г. № 16 президиума Совета при Президенте Российской Федерации по стратегическому развитию и национальным проектам), Федеральным проектом «Развитие отечественного приборостроения гражданского назначения для научных исследований» в рамках государственной программы Российской Федерации «Научно-технологическое развитие Российской Федерации», утвержденной постановлением Правительства Российской Федерации от 29 марта 2019 г. № 377.

Цель исследования - разработать метод организации системы оперативного мониторинга приземного воздуха на основе малогабаритных приборов, изготовленных с использованием измерительной платформы.

Задачи исследования:

1. Провести анализ современного состояния применяемых технических средств регистрации отдельных загрязнителей воздуха и систем контроля качества атмосферного воздуха в целом, определить их преимущества и недостатки.

2. На основе современных технологических возможностей предложить перспективные технические решения для опытной модели прибора оперативного мониторинга на базе измерительной платформы.

3. Оценить наличие и характер влияния отдельных факторов на распространение загрязняющих веществ.

4. Разработать метод организации системы оперативного мониторинга качества приземного воздуха.

5. Провести исследования динамики загрязнения приземного воздуха с применением разработанной измерительной платформы и метода организации системы мониторинга.

Объектом исследования является атмосферный воздух населённых пунктов, содержащий продукты выбросов техносферы.

Предметом исследования выступает метод построения системы оперативного мониторинга атмосферного воздуха на базе измерительной платформы.

Научная новизна исследования заключается в следующем:

1. Впервые предложен метод организации системы мониторинга на базе малогабаритных приборов, обеспечивающий увеличение оперативности и уровня достоверности наблюдений за концентрациями загрязняющих веществ в приземном воздухе благодаря соответственно повышению частоты измерений и учёту влияющих на качество измерений факторов, определяющих правила установки приборов, что в совокупности позволяет дополнить существующую систему государственного мониторинга окружающей среды.

2. В результате апробации экспериментальных моделей приборов, изготовленных по модульной концепции построения, и метода организации системы мониторинга, впервые для территории Томска и Томской области получены данные почасовых измерений концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе селитебной зоны.

Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты исследования расширяют знания о построении системы мониторинга

с использованием малогабаритных приборов оперативного мониторинга концентраций загрязняющих веществ в приземном слое атмосферного воздуха с учётом ряда факторов, влияющих на распространение загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населённых пунктов, а именно: розы ветров, городской застройки, рельефа местности, зелёных насаждений, интенсивности загрузки автомобильных дорог и должны быть использованы в развитии системного экологического мониторинга для исследования распространения загрязняющих веществ и их влияния на население. Разработан метод организации системы мониторинга атмосферного воздуха с применением малогабаритных приборов оперативного мониторинга концентраций загрязняющих веществ, который должен составлять основу для формирования методики оперативного мониторинга атмосферного воздуха и научно обоснованного применения приборов регистрации такого типа как в системах мониторинга промышленных предприятий и селитебной зоны, так и в составе государственной системы мониторинга окружающей среды.

Практические результаты исследования могут быть внедрены в учебный процесс по дисциплине «Экология» в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук (ИМКЭС СО РАН) для подготовки аспирантов. Результаты исследования внедрены в систему оперативного регионального мониторинга окружающей среды Областного государственного бюджетного учреждения «Областной комитет охраны окружающей среды и природопользования» (ОГБУ «Облкомприрода») (акт о внедрении от 14.06.2023).

Фактический материал и методы исследования. Материалом для исследования послужили литературные данные, государственные доклады о состоянии и охране окружающей среды Томской области, данные о мониторинге перекрёстков, детских площадок и зон отдыха населения г. Томска из отдела Томская специализированная инспекция государственного экологического контроля и анализа ОГБУ «Облкомприрода». По данным построены схемы расположения

стационарных постов мониторинга и точек пробоотбора в ArcGIS v10.6.1. Также материалом послужили патенты и нормативно-правовые акты, посвященные вопросам мониторинга атмосферного воздуха. Автором проведены полевые измерения взвешенных частиц (3936 измерений за 2022-2024 гг.). Проведён факторный анализ результатов измерений приборов, установленных в населённых пунктах Томской области (200 690 измерений за 2023 г.), в программе IBM SPSS Statistics v23. По результатам измерений приборов в Томской области составлены ежемесячные отчёты при помощи MS Excel v2016 по каждому населённому пункту, в которых были установлены приборы.

Положения, выносимые на защиту:

1. Метод организации системы мониторинга на базе малогабаритных приборов оперативного мониторинга позволяет организовать комплексную систему на территории населённых пунктов для исследования распространения загрязняющих веществ в атмосферном воздухе и их воздействия на население.

2. Использование концепции модульного построения малогабаритных приборов оперативного мониторинга обеспечило универсальность, мобильность, ориентированность на широкий спектр измерений и ремонтопригодность измерительной платформы с возможностью настройки периодичности измерений.

3. Применение метода построения системы мониторинга позволило провести измерения и анализ концентрации NO2 для отдельного участка дороги в г. Томске с часовым разрешением.

Достоверность научных положений диссертационной работы определяется достаточным количеством проведённых опытов, согласованностью показаний экспериментальных приборов с лабораторным аккредитованным оборудованием: анализатор пыли «Атмас» и газоанализатор «Эколаб», обработкой результатов экспериментов статистическими методами в IBM SPSS Statistics v23.

Личный вклад автора. Автором определены цель и задачи исследования, выполнен анализ научно-технических и патентных источников, созданы схемы расположения объектов текущей системы мониторинга, предложена модульная концепция построения малогабаритных приборов мониторинга, сформулировано

задание на изготовление комплексных газоанализаторов, выбраны и обоснованы датчики загрязняющих веществ, выполнены установка и периодическое техническое обслуживание комплексных газоанализаторов, сформированы ежемесячные отчёты по каждому комплексному газоанализатору; выполнены экспериментальные исследования распространения взвешенных частиц на различных участках автомобильных дорог; разработан метод организации системы мониторинга, разработаны рекомендации по областям применения малогабаритных приборов мониторинга в целях исследования концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены и получили одобрение на III Международной научной конференции «Энерго-ресурсоэффективность в интересах устойчивого развития» (Санкт-Петербург, 2021), всероссийской с международным участием конференции «Динамика и взаимодействие геосфер Земли», посвященной 100-летию подготовки в Томском государственном университете специалистов в области наук о Земле (Томск, 2021), международной научно-технической конференции «Современные проблемы машиностроения» (Томск, 2021, 2022, 2023), XII Международной конференции студентов, аспирантов, молодых учёных «Ресурсоэффективные системы в управлении и контроле: взгляд в будущее» (Томск, 2023), конкурсе докладов молодых учёных ИМКЭС СО РАН (2021, 2022, 2023).

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 11 работ, в том числе 4 статьи в журналах, включенных в Перечень рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание учёной степени кандидата наук, на соискание учёной степени доктора наук, 7 статей в сборниках материалов международных и всероссийской (с международным участием) конференций.

Объём и структура диссертации. Диссертация изложена на 234 страницах, состоит из введения, 3 глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 109 источников, и 6 приложений; содержит 107 рисунков, 46 таблиц.

1 Загрязнение и мониторинг атмосферного воздуха

1.1 Виды загрязнений атмосферного воздуха

В наши дни в городах сосредоточено большое количество различных техногенных источников загрязнения окружающей среды: автотранспорт, промышленные предприятия, заводы, энергостанции. Загрязнение из описанных источников поступает вследствие происходящих в них процессов. К таким процессам относятся процессы сжигания, работа механизмов, механическая и химическая обработка материалов. Системы очистки, устанавливаемые на различных этапах технологических процессов, требуют периодической проверки состояния, замены расходных материалов и больших финансовых затрат. Ввиду человеческого фактора, некоторые из указанных операций могут быть выполнены некачественно, что повлечет повышение концентраций загрязняющих веществ.

Для удобства дальнейшей характеристики, классифицируем загрязнения, поступающие из указанных ранее источников, по различным признакам:

а) по загрязняемой среде: воздушное, водное, почвенное;

б) по характеру загрязнения: химическое, механическое, радиоактивное, тепловое, шумовое;

в) по агрегатному состоянию поступающих веществ: твёрдое, жидкое, газообразное, аэрозольное;

г) по месту образования: первичное, вторичное.

Введём некоторое пояснение для классификации по характеру загрязнения [Кузнецов, Красова, 2019 ; Загрязнение атмосферного., 2020]:

Химическое загрязнение подразумевает выброс химически активных веществ. Результатом химических реакций могут быть вторичные загрязнения (образование новых соединений в атмосферном воздухе), наносящие больший или равный вред, повреждение живых тканей и материалов без покрытия (например, коррозия металла), выпадение в виде осадков при длительном накоплении (касается SO2 и N02).

Механическое загрязнение представляет собой повышенное содержание твёрдых частиц различного происхождения и размера (например, уголь, цемент, строительная пыль, частицы металлов). Чем меньше размер частиц, тем дольше они находятся в воздухе - витают. При взаимодействии с атмосферными газами и частицами жидкости, они способны накапливать на себе различные смеси.

Радиоактивное загрязнение - результат выброса радиоактивных частиц (радионуклидов), а также ионизации газов вследствие воздействия радиоактивного излучения. Более длительным является загрязнение радионуклидами (примером может послужить авария на Чернобыльской АЭС). Загрязнение в результате ионизации излучением проходит быстрее, но вред от него так же весом ввиду высокой интенсивности исходного излучения (пример - Хиросима и Нагасаки).

Тепловое загрязнение возникает в результате выброса больших масс нагретого газа, выступающего в качестве носителя, а также высокоинтенсивного излучения светового и инфракрасного диапазонов. Как указывают авторы в работе [Суздалева, Горюнова, 2020], тепловое загрязнение вызывает такое явление, как «остров тепла» над мегаполисами, следствием которого является повышение средней температуры, а также нарушение воздухообмена между городом и прилежащей территорией.

Шумовое загрязнение является следствием работы различных устройств и механизмов. Наиболее ярким примером является шум потока машин на улице либо шум агрегатов на производстве. Однако, на промышленных предприятиях и в общественных и жилых зданиях величины шумов строго регламентированы. Когда речь заходит о простых улицах города, строгого регламента шума нет, есть требования по уровню шума к работе автотранспорта, касающиеся поступающей из машины музыки или шума от выхлопной трубы. При этом во время часа пик на главной автодороге или во время пробок технически шум от каждой машины может соответствовать норме, но совокупный шум от потока окажется значительно выше приемлемого уровня. Для снижения уровня шума подобного рода может потребоваться перераспределение автомобильных потоков либо совершенствование конструкции автотранспортных средств.

Результатами шумового загрязнения являются снижение комфорта проживания вдоль главных автомобильных дорог, изменение ареалов обитания некоторых видов, необходимость в применении дополнительных звукоизоляционных материалов при строительстве зданий.

Взвешенные частицы являются комплексным загрязняющим веществом, содержащим в своём составе компоненты механического и химического характера загрязнения, находящиеся в твёрдом, жидком и газообразном состоянии. Соответственно, данное комплексное загрязняющее вещество будет оказывать многостороннее воздействие на живые организмы. Данная особенность послужила основной причиной концентрации внимания на указанном загрязняющем веществе.

1.2 Взвешенные частицы и их мониторинг 1.2.1 Понятие взвешенных частиц и их особенности

Взвешенные частицы (ВЧ; particulate matter - PM) - распространённый загрязнитель воздуха, содержащий твёрдые и жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воздушной среде [Азаров, Горшков, 2018 ; Шубабко и др., 2020].

Классификация взвешенных частиц включает:

- PM10 - частицы с диаметром от 10 мкм и меньше;

- PM2,5 - частицы с диаметром от 2,5 мкм и меньше.

Далее по тексту примем равнозначными следующие сокращения: ВЧ10 и PM10, ВЧ2,5 и PM2,5.

На рисунке 1 представлен размер взвешенных частиц ВЧ10 и ВЧ2,5 относительно человеческого волоса. Химический состав и физические свойства ВЧ зависят от местности, ввиду их прямого попадания в атмосферу (первичные частицы), как из природных источников, так и из антропогенных. Также возможно внутриатмосферное превращение в результате химических реакций (вторичные частицы) [Азаров, Горшков, 2018 ; Шубабко и др., 2020].

Рисунок 1 - Размеры взвешенных частиц [Микроскопическая угроза ..., 2024]

Чаще всего в составе взвешенных частиц можно встретить:

- сульфаты, нитраты, аммиак;

- неорганические ионы: калия, кальция, магния, хлорид-ионы;

- минералы земной коры, воду, металлы (V, Cd, Си, 7п);

- полициклические ароматические углеводороды, органический и элементарный углерод;

- аллергены, микроорганизмы.

Согласно трудам [Азаров, Горшков, 2018 ; Шубабко и др., 2020], источниками первичных частиц служат: При антропогенном воздействии:

- процессы сжигания топлива, мусора;

- производство цемента, керамики, кирпича, плавильное производство;

- эрозия дорожного покрытия ввиду движения автотранспорта;

- производство тепловой энергии на всех этапах. При абиотическом воздействии:

- повторное образование суспензии (ресуспендирование) почвы и пыли;

- выветривание горных пород;

- эрозия почвы;

- сжигание космических объектов в атмосфере Земли.

К сожалению, в настоящее время отсутствует информация о стратификации ВЧ в атмосферном воздухе населённых пунктов.

1.2.2 Влияние взвешенных частиц на здоровье человека

Ввиду своего малого размера взвешенные частицы легко попадают в органы дыхания, а ВЧ2,5 способны проникать глубоко в альвеолы, что влечет за собой возможный контакт с кровью человека. Результатом взаимодействия ВЧ и организма человека является формирование в системах органов человека различных заболеваний, которые зависят от состава частиц, сопутствующих соединений и элементов. Примером могут послужить такие группы заболеваний, как респираторные, сердечно-сосудистые, онкологические, врожденные пороки, кожные заболевания. Помимо возникновения, возможно усиление уже имеющихся заболеваний, согласно данным, указанным исследователями [Холодов и др., 2019 ; Шубабко и др., 2020].

Согласно данным А. Ф. Колпаковой [Колпакова и др., 2020], воздействие ВЧ2,5, особенно длительное, способно вызывать атеросклероз, кальцификацию аорты и коронарных артерий, нарушение транспорта липидов в системе липопротеидов, повреждение митохондрий различных органов, белков, дезоксирибонуклеиновой кислоты, образование тромбов, нарушение баланса вегетативной нервной системы и регуляции артериального давления. Это приводит к следующим заболеваниям: атеросклероз коронарных артерий, гипертония, ишемия ткани сердца, гиперкоагуляция (тромбофилия).

Дополнительно в обзоре А. Ф. Колпаковой [Колпакова и др., 2020] установлено:

- на уровень воздействия ВЧ2,5 на сердечно-сосудистую систему влияют такие факторы, как состав и размер частиц, доза и время воздействия;

- разные компоненты частиц (к примеру, разные металлы) наиболее воздействуют на определённые органы человека;

- сами частицы и составляющие их компоненты способны оказывать аддитивное (суммарное) влияние на организм человека.

В исследовании иностранных учёных [Кипйс et а1., 2023] рассмотрено комплексное воздействие ВЧ и шума и выявлено, что такое загрязнение,

воздействуя на разные органы, способствует развитию определённых заболеваний, а именно: сахарный диабет, ишемическая болезнь сердца, инфаркт миокарда, инсульт, нейродегенерация.

Также урон получают слизистые оболочки, особенно при интенсивном воздействии ВЧ в городе. В исследовании корейских учёных [Song et al., 2020] на животной модели при помощи аэрозольной системы, воздействующей взвешенными частицами с концентрациями ВЧ10 = 519 мкг/м3, ВЧ2,5 = 296 мкг/м3 и ВЧ1 = 65 мкг/м3 в течение 5 часов 5 дней подряд, установлено, что при столь интенсивном воздействии на глаза животных происходят следующие изменения:

- объём слезы уменьшается на 44 %;

- неровность роговицы увеличивается в 4,25 раз;

- происходит активное отмирание ацинарных клеток в слёзной железе и кубковидных клеток на поверхности глаз;

- уровень муцина-4, служащего одним из защитных слоёв глаз, падает на 41 %.

Само исследование корейских учёных [Song et al., 2020] направлено на построение адекватной модели на животных для дальнейшего изучения сухости глаз при различных концентрациях воздействующих ВЧ, однако, оно наглядно показывает, к чему может привести сильное загрязнение воздуха ВЧ. Столь высокие концентрации в 500 мкг/м3 были зафиксированы в Пекине, Китай, весной 2018 года [Song et al., 2020].

Кроме вышеописанного, дополнительными проблемами со здоровьем, согласно сведениям Е. Н. Шубабко [Шубабко и др., 2020], являются следующие:

- учащение дыхания и сердечная аритмия;

- увеличение свертываемости крови;

- дестабилизация атеросклеротических бляшек;

- утолщение стенок сосудов.

Проблемы со здоровьем не ограничены данным списком, но список направлен на формирование понимания последствий хронического воздействия взвешенных частиц на организм человека. Рассмотрим средства для регистрации данных частиц.

1.2.3 Приборы и методы определения взвешенных частиц в атмосферном

воздухе

Ввиду активного наличия ВЧ в воздухе и его влияния на здоровье человека, особенно в промышленности, используют различные методы, позволяющие получить количественные характеристики частиц, такие как массовая концентрация, размер частиц, их количество в объёме воздуха. Рассмотрим кратко основные методы и сведём важные данные в таблицу.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Гусак Дмитрий Вячеславович, 2025 год

В.2 Нормативные ссылки

Федеральный закон от 04.05.1999 № 96-ФЗ «Об охране атмосферного воздуха»

Федеральный закон от 10.01.2002 № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды»

Федеральный закон от 26.06.2008 № 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений»

ГОСТ 17.2.4.02-81 «Охрана природы. Атмосфера. Общие требования к методам определения загрязняющих веществ»

В.3 Термины, определения и сокращения

В.3.1 В настоящем методе применены следующие термины с соответствующими определениями:

В.3.1.1 атмосферный воздух - жизненно важный компонент окружающей среды, представляющий собой естественную смесь газов атмосферы, находящуюся за пределами жилых, производственных и иных помещений;

В.3.1.2 загрязняющее вещество - химическое вещество или смесь веществ, в том числе радиоактивных, и микроорганизмов, которые поступают в атмосферный воздух, содержатся и (или) образуются в нём и которые в количестве и (или) концентрациях, превышающих установленные нормативы, оказывают негативное

воздействие на окружающую среду, а также вредное воздействие на жизнь, здоровье человека;

В.3.1.3 загрязнение атмосферного воздуха - поступление в атмосферный воздух или образование в нём загрязняющих веществ в концентрациях, превышающих установленные гигиенические нормативы качества атмосферного воздуха и нормативы качества окружающей среды для атмосферного воздуха;

В.3.1.4 качество атмосферного воздуха - совокупность физических, химических и биологических свойств атмосферного воздуха, отражающих степень его соответствия гигиеническим нормативам качества атмосферного воздуха и нормативам качества окружающей среды для атмосферного воздуха;

В.3.1.5 физическое воздействие на атмосферный воздух - воздействие шума, вибрации, ионизирующего излучения, температурного и других физических факторов, изменяющих температурные, энергетические, волновые, радиационные и другие физические свойства атмосферного воздуха, на здоровье человека и окружающую среду;

В.3.1.6 неблагоприятные метеорологические условия - метеорологические условия, способствующие накоплению загрязняющих веществ в приземном слое атмосферного воздуха;

В.3.1.7 мониторинг атмосферного воздуха - система наблюдений за состоянием атмосферного воздуха, его загрязнением и за происходящими в нём природными явлениями, а также оценка и прогноз состояния атмосферного воздуха, его загрязнения;

В.3.1.8 источник выброса - сооружение, техническое устройство, оборудование, которые выделяют в атмосферный воздух загрязняющие вещества;

В.3.1.9 стационарный источник - источник выброса, местоположение которого определено с применением единой государственной системы координат или который может быть перемещён посредством передвижного источника;

В.3.1.10 передвижной источник - транспортное средство, двигатель которого при его работе является источником выброса;

В.3.1.11 малогабаритный прибор оперативного мониторинга - средство измерений малых габаритных размеров, которое способен переносить, крепить и обслуживать один человек, выполняющее измерение при помощи сменных датчиков загрязняющих веществ с установленной периодичностью в автономном режиме или с эпизодической подзарядкой.

В.3.2 В настоящем методе введены и применены следующие сокращения:

ПДК - предельно допустимая концентрация;

ПДКм.р. - максимальная разовая предельно допустимая концентрация;

ПДКсг. - среднегодовая предельно допустимая концентрация.

В.4 Показатели точности измерений, обеспечивающие достоверность данных

В.4.1 Согласно ГОСТ 17.2.4.02-81, погрешность метода определения загрязняющих веществ в атмосферном воздухе не должна превышать 25 %. Поскольку датчики веществ выдают сигнал, пропорциональный концентрации загрязняющего вещества в объёме атмосферного воздуха без дальнейшей лабораторной обработки, требование к предельной погрешности измерений распространяется и на метод измерений, реализованный в датчике. Преобразование величины в цифровой вид также несет определённую погрешность, которую необходимо учитывать. Таким образом, основная погрешность измерений датчика с учётом погрешности преобразования не должна превышать 25 % при нормальных условиях.

В.4.2 Приоритет выбора необходимо отдавать датчикам загрязняющих веществ с меньшей и однородной погрешностью измерений.

В.4.3 Погрешность измерений датчика загрязняющих веществ должна быть однородной на всём диапазоне измерений, указанном в п. В.1.4.

В.4.4 Допускается применение датчиков загрязняющих веществ с неоднородной погрешностью измерений в случае, когда соблюдены все следующие условия:

а) погрешность остается однородной на исследуемом диапазоне;

б) величина погрешности на отдельном диапазоне и итоговая погрешность датчика загрязняющих веществ(-а) не выходит за рамки требований пункта В.4.1.

В.4.5 Дополнительная погрешность датчиков загрязняющих веществ, возникающая при их эксплуатации вне предела нормальных условий измерений, не должна превышать 10 %.

В.4.6 Для датчиков загрязняющих веществ, которые основаны на оптических методах измерений, основная погрешность измерений не должна превышать 10%, дополнительная - 10 %.

В.4.7 Диапазон измерений датчиков загрязняющих веществ должен находиться в одном из диапазонов: от 0,1 до 10 ПДКм.р. или от 0,5 до 5 ПДКм.р. измеряемого вещества. Для загрязняющих веществ 1 и 2 класса опасности, а также при систематическом чрезмерном содержании вещества (свыше 1 ПДКм.р.) в воздухе, предпочтительным является диапазон от 0,1 ПДКм.р. до 10 ПДКм.р. измеряемого вещества.

В случае технологической невозможности на текущем этапе развития обеспечить верхний предел измерений в 10 ПДКм.р., допустимо сократить его величину, но не более чем на 5 ПДКм.р. измеряемого вещества, поскольку в случае возникновения чрезвычайных ситуаций или аварий необходимо знать длительность и величину чрезмерного воздействия загрязняющих веществ на окружающую среду и живых существ.

В.4.8 Порог чувствительности датчиков загрязняющих веществ должен составлять 0,1-0,2 ПДКм.р. измеряемого вещества. Для проведения длительных измерений на уровне ПДКсг. измеряемого вещества порог чувствительности датчика загрязняющего вещества должен находиться в диапазоне 0,1-0,5 ПДКсг. измеряемого вещества.

В.5 Средства измерений и вспомогательные устройства, применяемые для мониторинга атмосферного воздуха

В.5.1 С целью выполнения требований Федерального закона от 26.06.2008 № 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений», в части соответствия

измерений, выполняемых при осуществлении деятельности в области охраны окружающей среды, обязательным метрологическим требованиям, датчики веществ, применяемые для целей государственного мониторинга атмосферного воздуха, должны обладать:

- сертификатом на утверждение типа средства измерения с соответствующей записью в Государственном реестре средств измерений;

- свидетельством о первичной / периодической поверке средства измерений.

Если датчики веществ применяют в составе готового продукта, как то:

газоанализаторы или системы контроля, поставляемые комплектом, описанные выше требования распространяются на всё средство измерений, а не только на датчики веществ.

В.5.2 В случае применения датчиков веществ совместно с отдельными системами обработки, хранения и передачи информации, данные системы должны обладать минимально возможным искажением получаемого и обрабатываемого сигнала, высоким соотношением сигнал/шум для минимального влияния на результат измерений.

В.6 Установка и монтаж малогабаритных приборов оперативного мониторинга атмосферного воздуха

В.6.1 Для целей наблюдения за распространением загрязняющих веществ и их влиянием на здоровье населения, оптимальной высотой установки малогабаритных приборов мониторинга является 2,5 м от уровня земли.

Для предотвращения вандализма и угроз со стороны неадекватных представителей населения и учитывая особенности распространения загрязняющих веществ в городской среде, приборы мониторинга допустимо размещать на высоте до 3,5 м.

При размещении прибора, необходимо ориентироваться на высоту расположения используемых датчиков веществ относительно уровня земли.

В.6.2 Основой для размещения приборов мониторинга могут послужить вертикальные поверхности зданий и сооружений, столбы ЛЭП, автотранспорт (передвижные лаборатории, крыши автотранспорта), одиночные столбы, несплошные заборы.

При размещении приборов мониторинга на вертикальных поверхностях зданий и сооружений, их необходимо располагать на расстоянии минимум 1 м от этих поверхностей для снижения влияния нагрева поверхности солнцем и возможных выделений газовых компонентов в случае наличия облицовочных материалов, а также снижения влияния накопления загрязнений возле поверхности.

Расположение прибора мониторинга на автомобиле возможно в случае маршрутных и передвижных измерений, а также для наблюдений за концентрациями загрязняющих веществ в потоке движущихся машин. При этом, в случае работы автомобиля во время измерений вне потока машин, необходимо учитывать вклад самого автомобиля в результате выбросов выхлопных газов.

В.6.3 При размещении приборов мониторинга с целью выявления фоновых концентраций загрязняющих веществ недопустимо, чтобы перед прибором мониторинга с правой или левой сторон на расстоянии до 5 м располагались объекты, создающие тень при распространении загрязняющих веществ и затрудняющие его. Такими объектами могут быть деревья, сплошные заборы, здания, сплошные сооружения.

При размещении приборов мониторинга на зданиях, чья форма отличается от прямой линии, приборы необходимо располагать на расстоянии 5 м от внешних углов и 7-10 м от внутренних углов из-за особенностей обтекания ветром (аэрации) зданий сложной формы и возникновения завихрений воздуха.

В.6.4 Для целей оценки концентраций загрязняющих веществ, поступающих от источника, например, автомобильных дорог, приборы необходимо располагать на расстоянии до 1,5 м от границы источника. В части автомобильных дорог, с максимальным расстоянием совпадает расположение фонарных столбов, которые могут послужить опорой для крепления. В этом случае прибор

необходимо крепить без удаления от поверхности на 1 м для предотвращения создания дополнительной нагрузки.

В.6.5 При проведении мониторинга атмосферного воздуха на территории промышленного предприятия следует помнить, что данная территория является зоной неорганизованного загрязнения, в пределах которой возможно взаимное влияние источников на общее качество атмосферного воздуха.

Основные цели проведения мониторинга на территории промышленного предприятия: общая оценка качества воздуха в пределах территории, мониторинг выбросов наземных и низких источников, наблюдения за движением газовых скоплений, представляющих опасность для персонала. При мониторинге выбросов наземных и низких источников приборы мониторинга необходимо располагать так, чтобы прибор попадал в зону задымления или постоянного снижения концентрации загрязняющего вещества, учитывая указанные в документе рекомендации.

При мониторинге общей обстановки или движения газовых скоплений приборы распределяются по открытой территории предприятия, в которой постоянно или периодически находится персонал. Для газовых скоплений приборы обязательно устанавливаются в местах частого и (или) массового скопления персонала предприятия, в т. ч. рядом с местами для курения, в 5 м от границы зоны для курения.

В.6.6 При выборе места расположения прибора мониторинга необходимо учитывать особенности рельефа местности как фактора, влияющего на распространение и накопление загрязняющих веществ. Для прямолинейных участков без впадин и холмов расстояние между приборами должно составлять 250 м, а при наличии перепадов высоты от 5 м на каждые 100 м приборы следует располагать на расстоянии 100 м.

В.6.7 Для защиты приборов мониторинга не только от вандалов, но и от погодных факторов, допустимо наращивание или конструктивное совершенствование элементов защиты, однако они должны предусматривать возможность свободного движения воздуха, содержащего измеряемые компоненты, не допускать застоя воздуха внутри конструкции, а также исключать

влияния на электрическую цепь прибора мониторинга в результате наведения электромагнитного поля или другого физического воздействия.

В.6.8 При активном влиянии промышленных объектов на общее состояние атмосферного воздуха в населённом пункте, для целей наблюдений за фоновыми концентрациями загрязняющих веществ приборы мониторинга необходимо размещать в зоне переброса факела промышленного источника или в зоне постепенного снижения уровня загрязнения, в которых концентрации загрязняющих веществ повышенные, но не достигают максимума. Для целей наблюдений за выбросами промышленных объектов приборы необходимо размещать в зоне задымления факела источника, в которой концентрации загрязняющих веществ достигают максимума.

В.7 Получение и трактовка информации, поступившей от приборов мониторинга

В.7.1 Поскольку на каждом участке мониторинга помимо концентраций интересующих веществ, необходима информация о температуре, влажности, давлении атмосферного воздуха, а также направлении и скорости ветра, выраженных в соответствующих единицах измерения, в совокупности на сервер будет поступать большой объём данных. Получаемые данные необходимо усреднять до уровней городских районов и города в целом, выделяя максимумы и минимумы. Такой подход поможет в анализе результатов и упростит передачу информации в вышестоящий банк данных.

В.7.2 При расположении приборов мониторинга на территории населённого пункта, в зависимости от особенностей рельефа, застройки, озеленения и планирования, приборы необходимо определять в группы для удобства классификации и однозначного понимания расположения оборудования.

В основу названия группы приборов закладывается объект или участок, на котором проводят мониторинг атмосферного воздуха. При учёте рельефа местности, характера застройки или плотности озеленения исследуемого участка, к основе названия необходимо добавить 1-2 прилагательных или существительное,

качественно характеризующее описываемые особенности. Приоритетом является минимально достаточное количество слов в названии группы.

Примером названия групп для приборов мониторинга могут послужить следующие варианты названий: наклонная проезжая часть, жилой двор, промышленная зона, улица с посадками, густой парк. Ввиду уникальности каждого населённого пункта, приведённый список не является ограничивающим.

Объединение частных групп в более обобщающие категории, например, районы города и населённый пункт в целом, также необходимо как для дальнейшей обработки получаемых данных, так и для их представления.

223

Приложение Г

(рекомендуемое)

Рекомендации по применению малогабаритных приборов мониторинга

в отраслях народного хозяйства

Г.1 В области сельского хозяйства приборы мониторинга полезны для наблюдений за концентрациями специфических загрязняющих веществ, таких как аммиак (МНз), сероводород (H2S), метан (СН4) и метилмеркаптан (CHзSH) за пределами санитарно-защитных зон и в близлежащих населённых пунктах. В большей степени такие наблюдения касаются животноводства, в частности, объектов разведения, переработки животного сырья и накопления животноводческих отходов.

Г.2 В лесном хозяйстве приборы позволят отслеживать лесные пожары, чем уменьшить, но не исключить участие спутникового наблюдения. Пока приборы используют в качестве источника питания солнечную панель, их расположение требует открытой местности с определённым уровнем освещенности. При использовании других источников питания, например, малых ветровых турбин, приборы можно будет располагать в местности с более коротким световым днём или в густом лесу.

Г.3 При эксплуатации магистральных трубопроводов приборы мониторинга, установленные на расстоянии 250, 500 или 1000 м друг от друга, обеспечат контроль за утечками газа и ускоренный поиск поврежденного участка. Другие системы наблюдения и контроля утечек также остаются необходимы, поскольку, в зависимости от расположения приборов и направления ветра, облако газа может двигаться в обход всех приборов.

Г.4 Для промышленности приборы мониторинга полезны при контроле выбросов собственных источников. Постоянные наблюдения обеспечат понимание состояния очистных сооружений в настоящий момент, а также послужат доказательным фактом при поспешном и ошибочном упрёке предприятия в чрезмерном загрязнении окружающей среды, если выбросы действительно соответствуют норме.

Г.5 Для областей транспорта и строительства детальное исследование влияния общественного и грузового транспорта детализирует участки чрезмерного загрязнения, вынуждая разрабатывать более совершенные виды топлива, системы очистки выхлопов, увеличивать количество зелёных насаждений для защиты жилых площадей жителей от шума и пыли, учитывать розу ветров и её изменение под влиянием городского строительства, пересматривать дорожную карту городов и обеспечивать зелёные полосы на главных улицах. Другим применением приборов является отслеживание шумовых возмущений от транспорта, превышающих законодательные нормы, либо оценка влияния загрязняющих веществ на здоровье сотрудников государственной автомобильной инспекции.

Г.6 Возможно применение приборов в военном деле. При добавлении к приборам определённых измерительных блоков, приборы могут послужить целям стратегической безопасности страны.

Г.7 Также приборы мониторинга помогут предприятиям общественного питания в области охраны труда. Это касается кухонь и обеспечения необходимой вентиляции воздуха для предотвращения чрезмерного воздействия аэрозолей, образующихся в процессе приготовления пищи. Кроме этого, обнаружение утечек газа в случае его применения в качестве топлива, предотвратит возможные угрозы жизни персонала и состоянию оборудования.

Г.8 В области накопления твёрдых коммунальных отходов на полигонах населённых пунктов приборы мониторинга позволят наблюдать за рассеянием образующихся газов, в частности, метана, а также за наличием пожаров, возникающих на полигонах. В случае возникновения пожаров, информация, переданная от приборов мониторинга, ускорит реакцию пожарной службы.

225

Приложение Д (обязательное) Результаты факторного анализа качества воздуха в сёлах Парабель и Каргасок

На основе данных прибора мониторинга, установленного в селе Парабель, был проведён факторный анализ за период май-ноябрь в разрезе каждого месяца, сезона, двух сезонов и всего периода измерений. В декабре и январе при наступлении сильных холодов аккумуляторы приборов не удержали заряд ввиду брака партии, в связи с чем, данные были утеряны.

По результатам анализа данных за каждый месяц были выделены три фактора, среди которых первый фактор коррелирует только с взвешенными частицами, что объясняется наличием грунтового покрытия на измерительном участке и вокруг него; со вторым фактором коррелировали температура, влажность, концентрации Н^ и СН4, периодически возрастала связь с концентрацией К02; в третий фактор были отнесены для разных месяцев либо только давление, либо добавлялись влажность, температура, концентрации N0 и С02. Уникальная изменчивость давления была выделена только в мае и августе, в других месяцах присутствовали газы и другие метеорологические параметры, что показывает различный характер влияния температуры, влажности и давления на содержание газов в воздухе.

Так, например, в осенние месяцы влажность и концентрация С02 всегда относились к третьему фактору, а в сентябре и ноябре к ним был добавлен N0 с корреляцией R = 0,527 и R = 0,772 соответственно.

При анализе сезонов также были выделены три фактора в каждом случае. В одном факторе коррелировали взвешенные частицы, в двух других -метеорологические параметры с газами. Для летнего периода выявлено неоднозначное влияние температуры на различные газы, что видно на рисунке Д.1.

Хотя в третьем факторе величина влияния температуры слабая ^ = 0,462), она близка к 0,5. Поскольку прибор мониторинга огражден от непосредственного

источника загрязнения, т. е. автомобильной дороги, барьером, которым выступает

здание, для данного участка можно сделать вывод о влиянии температуры на показания датчиков. Однако не стоит забывать о других метеорологических параметрах.

КМО и критерий Бартлетта

Мера адекватности выборки Кай зе ра-Май ера-

Олкмна (КМО).

Критерий сферичности Примерная Хи-квадрат 4S978.451

Бартлетта СТСБ 45

Значимость ,000

Повернутая матрица компонентов3

Компонент

■ 2 3

Температура -,796 ,050 ,462

Влажность ,951 .048 -.002

Давление -,2&8 -.142 -.076

N02, мг/мЗ ,258 ,079 .776

H2S, мг/мЗ -.195 ,015 ,661

СН4. мг/мЗ ,315 -,014 -112

С 02, мг/мЗ .313 ,014 .143

РМ1, мг/мЗ ,051 ,997 ,043

РМ2.5, мг/мЗ ,051 ,997 ,044

РМ1а мг/мЗ ,052 .997 .046

Метод выделения факторов: метод главных компонент. Метод вращения: варимакс с нормализацией Кайзера." а. Вращение сошлось га 4 итераций.

Рисунок Д.1 - Результаты факторного анализа за лето в с. Парабель

По результатам анализа набора данных за осенний период также выделены три влияющих фактора. Первый объединил взвешенные частицы, второй -температуру, давление, концентрации N02, Н^ и СН4, третий - влажность и концентрацию С02. По величине коэффициентов корреляции в каждом факторе на рисунке Д.2 видно, что в случае влияния влажности величина коэффициента снизилась по сравнению с летним периодом.

При анализе набора данных за весь период, было выделено 3 фактора. Первый фактор объединяет взвешенные частицы и определён как грунтовое покрытие на участке измерений и вокруг него, являющееся основным источником ВЧ.

Второй и третий факторы показывают разный характер влияния на газовые вещества. На рисунке Д.3 представлены результаты анализа.

КМО и критерий Бартлетта

Мера адекватности вы5орки Кайзера-Майера-Олкина (КМО).

Кр итерий сф ерич ности Примерная Хи-квадрат Бартлетта

ст.св.

Значимость

Повернутая матрица компонентов3

Компонент

■ 2 3

Температура .051 -.935 -.100

Влажность .013 ,262 .393

Давление ,024 .509 -.372

N02, мг/мЗ ,005 ,638 .172

H2S мг/мЗ ,004 -.699 -113

СН4. мг/мЗ -.058 ,928 .137

С 02, мг/мЗ .031 ,135 .335

РМ1, мг/мЗ .998 -.022 ,015

РМ2.5, мгУмЗ .999 -.020 ,012

РМ10, мг/мЗ .999 -.025 ,019

Метод выделения факторов: метод главных континент Метод вращения: варимакс с нормализацией Кайзера.3 а. Вращение сошлось за 4 итераций.

Рисунок Д.2 - Результаты факторного анализа за осень в с. Парабель

КМО и критерий Бартлетта

Мера адекватности выборки Кайзера-Май ера-Олкина (КМО).

Критерий сферичности Примерная Хи-квадрат Бартлетта стсв

Значимость

Повернутая матрица компонентов3

Компонент

2 3

Температура ,0&7 -.563 -.733

Влажность ,051 .944 ,057

Давление - 114 -.284 ,742

N02, мг/мЗ ,039 ,256 ,513

H 23, МГ/МЗ .044 - '20 -.858

СН4. мг/мЗ -.045 .740 ,527

С 02, МГ/МЗ ,013 ,357 ,038

РМ1, мг/мЗ ,998 ,009 -.052

РМ2.5, МГ/МЗ ,998 .009 -.052

РМ10. мг/мЗ ,998 ,011 -.053

Метод выделения факторов: метод главных компонент Метод вращения: варимакс с нормализацией Кайзера, а. Вращение сошлось за 5 итераций.

Рисунок Д.3 - Результаты факторного анализа за весь период в с. Парабель

Следует отметить, что параметр температуры для двух факторов обладает заметной корреляцией средней и высокой силы, на основании чего в совокупности с другими метеорологическими параметрами сделан вывод о разном характере их влияния на газовые компоненты атмосферного воздуха.

Для села Каргасок рассматриваемый период измерений составил с мая 2023 года по февраль 2024 года. Наборы данных также были проанализированы за каждый месяц, по сезонам, по полугодиям и за весь период измерений. Измерения концентрации Н^ были исключены из всех наборов данных в связи с незаметным для программы экспорта данных изменением концентрации. В данном селе прибор был установлен на деревянный обесточенный столб линии электропередач, вокруг него грунтовое покрытие. Рядом с прибором с разных сторон находятся обесточенная мастерская по деревообработке и действующий автодром.

Согласно результатам ежемесячного анализа, для всех месяцев, кроме декабря, были выделены 3 влияющих фактора, для декабря - 2 фактора. Для мая и летних месяцев с первым фактором коррелировали такие параметры, как температура, влажность, концентрации N0^ СН4, С02. Второй фактор влиял на изменение взвешенных частиц, что наблюдается для всех месяцев, кроме декабря. При рассмотрении крупных периодов измерений выделение отдельного фактора для ВЧ характеризует влияние окружения, в частности грунтового покрытия, и выбросов от домохозяйств при отоплении жилищ. С третьим фактором коррелировало только давление, что связано с особенностями его изменчивости.

В осенние месяцы начинается определённое разделение параметров между первым и третьим факторами: к первому фактору были отнесены температура, влажность, концентрации N02 и СН4, а к третьему - давление, влажность и концентрация С02. То есть, видно особенности сезонного изменения характера влияния метеорологических параметров на газовые компоненты.

В декабре было выделено всего два влияющих фактора: первый объединил температуру, влажность, давление, концентрации N02 и СН4, а второй - влажность, концентрации ВЧ и С02. В последующие месяцы распределение было иным: с отдельным фактором вновь коррелировали только концентрация ВЧ, с первым -температура и газовые компоненты, а с третьим - влажность и давление. То есть, основное влияние на концентрации газовых загрязняющих веществ начинает

оказывать только температура, влияние влажности резко снижается. Поскольку в зимний период влажность в целом снижается, данное явление вполне закономерно.

Согласно результатам анализа сезонных наборов данных, в каждом сезоне присутствуют три влияющих фактора, среди них стабильно в отдельный фактор были выделены взвешенные частицы. Для летнего периода выделено в отдельный фактор давление, что может говорить об уникальности изменчивости. В другой фактор отнесены оставшиеся параметры: температура, влажность, концентрации N02, СН4, СО2. Описанные результаты представлены на рисунке Д.4.

КМ О и критерий Бартлетта

Мера адекватности выборку Кайзера-Майера-Олкмна {КМ О).

Кр итери й сф ер ич ности П ри мерн ая Хи-квадрат Бартлетта стсв

Значимость

Повернутая матрица компонентов3

Компонент

1 2 3

Температура -.843 ,035 ,080

Влажность .876 ,046 -,273

Давление -.070 -039 954

N02, мг/мЗ .653 -,024 ,146

СН4, мг/мЗ .772 ,003 -251

С 02, мг/мЗ ,777 ,023 ,137

РМ1, мг/мЗ -.001 .999 -019

РМ2.5, мг/мЗ .000 1,000 -,021

РМ10. мг/мЗ ,004 .999 -,024

Метод выделения факторов: метод главных компонент Метод вращения: варимакс с нормализацией Кайзера.3 а. Вращение сошлось за 4 итераций.

Рисунок Д.4 - Результаты факторного анализа за лето в с. Каргасок

В осенний сезон влажность, давление и концентрация С02 были объединены под отдельным фактором, подтверждая сезонные особенности влияния на концентрации данного газа. В первом факторе остались температура, давление, концентрации N02 и СЩ Результаты приведены на рисунке Д.5

В зимний период к первому фактору отнесены температура, влажность, давление, концентрации N02 и СН4; ко второму - взвешенные частицы; к третьему - влажность и концентрация С02. Следует отметить, что в зимний

период в связи с выпадением снега на поверхность земли исключается влияние на показания ВЧ грунтового покрытия. Однако в данное время возрастает влияние выбросов при отоплении индивидуальных домохозяйств в связи с повышением интенсивности процесса. Описанные группы представлены на рисунке Д.6.

КМ О и критерий Бартлетта

Мера адекватности выборки Кайзера-Майера-

Олкина {КМ О).

Кр итери й сф ерич ности П ри мерн ая Хи-квадрат 35494.284

Бартлетта стсв 36

Значимость .000

Повернутая матрица компонентов3

Компонент

1 2 3

Температура .163 -.391 -.294

Влажность .094 ,212 ,810

Давление .132 .715 -.446

N02, мг/мЗ -.094 .726 .226

СН4: мг/мЗ -.157 .905 ,252

С 02, мг/мЗ .125 .160 ,802

РМ1, мг/мЗ .990 -.008 ,068

РМ2.5, мгШ ,991 -.008 ,068

РМ10, мг/мЗ .9S6 -.093 ,094

Метод выделения факторов: метод главных компонент. Метод вращения: варимакс с нормализацией Кайзера.3 а. Вращение сошлось за 5 итераций.

Рисунок Д.5 - Результаты факторного анализа за осень в с. Каргасок

КМ О и критерий Бартлетта

Мера адекватности выборки Кайзера-Майера-

Олкмна (КМО).

Кр итери й сф ер ич ности П ри мерн ая Хи-квадрат 30433.775

Бартлетта стсв. 36

Значимость .000

Повернутая матрица компонентов3

Компонент

' 2 3

Температура -.901 ,254 -.066

Влажность -.532 .174 ,709

Давление ,772 .041 - 110

N02, мг/мЗ ,774 -.101 ,232

СЬ4. мг/мЗ .941 -.222 ,012

С 02, мг/мЗ .344 -.069 ,835

РМ1, мг/мЗ - '50 ,907 ,012

РМ2.5, мг/мЗ -.156 .906 ,009

РМ10, мг/мЗ -.143 ,907 ,012

Метод ныделения факторов: метод главных компонент. Метод вращения: варимакс с нормализацией Кайзера.3 а. Вращение сошлось за 4 итераций.

Рисунок Д.6 - Результаты факторного анализа за зиму в с. Каргасок

Наборы полугодовых данных формировались по сезонам и рассматривались

в двух вариантах: лето-осень и осень-зима, что позволило выявить новую особенность влияния факторов. Так, при рассмотрении периода лето-осень, результаты анализа которого представлены на рисунке Д.7, в отдельные группы были объединены:

- 1 фактор - взвешенные частицы;

- 2 фактор - температура, влажность, концентрации N02, СН4, СО2;

- 3 фактор - температура, давление, концентрации N0^ СЩ

КМ О и критерий Бартлетта

Мера адекватности выбор™ Кайзер а-Май ера-Олкина {КМ О).

Кр итери й сф ер ич ности П ри мерн ая Хи-квадрат Бартлетта СТС8

Значимость

Повернутая матрица компонентов3

Компонент

1 2 3

Температура ,058 -.646 -,677

Влажность .044 ,363 ,093

Давление -,003 -,093 ,906

N02, мгУмЗ -.048 ,534 ,546

СН4, мг/мЗ -,030 .641 ,675

С 02, мг/мЗ ,039 .771 ,002

РМ1, мг/мЗ .999 ,009 -.021

РМ2.5, мг/мЗ .999 .012 -.020

РМ10. мг/мЗ ,998 ,025 -.030

Метод выделения факторов: метод главных компонент. Метод вращения: варимакс с нормализацией Кайзера, а. Вращение сошлось за 5 итераций.

Рисунок Д.7 - Результаты факторного анализа за лето-осень в с. Каргасок

Здесь мы имеем неоднозначное влияние погодных условий на концентрации N02 и СН4. Однако, стоит учесть, что на краю села, с противоположной стороны расположения прибора, находятся система доочистки сточных вод и аэротенки с вторичными отстойниками, которые являются потенциальными источниками СН4 в жаркие периоды в связи с интенсификацией процессов гниения белковых соединений. Хотя справедливо будет отметить, что у всех трёх приборов замечен постепенный рост фоновой концентрации СН4 в течение всего исследуемого периода, что является

следствием конструктивных особенностей самого датчика. В связи с чем, для однозначной ассоциации обнаруженной взаимосвязи фактора и газа требуется дополнительное исследование данного вопроса.

Для полугодового периода осень-зима по результатам анализа был выделен описанный ранее набор факторов, показывающий сезонные особенности влияния метеорологических параметров на концентрации исследуемых газов. Согласно данным, представленным на рисунке Д.8, вновь видна связь между влажностью и концентрацией С02.

КМ О и критерий Бартлетта

Мера адекватности выборки Кайзер а-Майера-Олкина {КМ О).

Кр итери й сф ерич ности П ри мерн ая Хи-квадрат Бартлетта стсв.

Значимость

Повернутая матрица компонентов3

Комнонент

' 2 3

Температура -.928 .157 -.146

Влажность -.150 .110 .374

Давление .734 .043 -.289

N02, мг/мЗ .845 - '31 .147

GH4, мг/мЗ .944 -.138 ,099

С 02, мг/мЗ .414 ,029 ,710

РМ1, мг/мЗ -.099 .992 .052

FM2.5, мгУмЗ -.104 ,992 .051

РМ10, мг/мЗ -.099 .990 ,065

Метод выделения факторов: метод главных компонент. Метод вращения: варммакс с нормализацией Кайзера.3 а. Вращение сошлось за 5 итераций.

Рисунок Д.8 - Результаты факторного анализа за осень-зиму в с. Каргасок

Анализ набора данных, обобщенного до всего исследуемого периода измерений, схожие результаты - анализируемые параметры были распределены между тремя факторами: с первым фактором коррелировали температура, давление, концентрации N02, СН4; со вторым фактором - взвешенные частицы; с третьим - влажность и концентрация С02. Результаты анализа представлены на рисунке Д.9.

КМО и критерий Бартлетта

Мера адекватности выборки Кайзера-Майера-Олкина (КМО).

Критерий сферичности Примерная Хи-квадрат Бартлетта стсв.

Значимость

Повернутая матрица компонентов1

Компонент

2 3

Температура -.903 .001 -.308

Влажность .107 .050 ,910

Давление .344 -.007 -.237

N02, мгУмЗ ,334 -.059 ,258

СЬ4. мг/мЗ .388 -.043 ,336

С 02, мгУмЗ ,479 ,008 ,586

РМ1, мгУмЗ -.038 .999 .014

РМ2.5, мг/мЗ -.039 .999 .016

РМ10, мг/мЗ -.045 .997 .029

Метсд выделения факторов: метод главных компонент. Метод вращения: варимакс с нормализацией Кайзера, а. Вращение сошлось за 4 итераций.

Рисунок Д.9 - Результаты факторного анализа за весь период в с. Каргасок

Анализ описанных наборов данных позволил как подтвердить ранее выявленные тенденции влияния влажности на концентрации С02, подтверждённые литературным источником, так и определить местный влияющий источник - системы водоочистки.

234

Приложение Е (обязательное) Акт о внедрении результатов исследования

«УТВЕРЖДАЮ*

Дирек-пцр ОблйСТНОГО ПцСулирсгиеинуЕр бюджетного } ЧремДения «Обшший комитет икралы икружаьшшгн среди л

лрнродиоольэаваннл» (Оп;у

«()блком I щидки) Ю,В. Лргнеах .

А К Г

о внодреши результатов диссертационной работы Гусака Дмитрия Бнчеилаыоднча и Обламком государствен КОМ 6юД№гНРН учрежлекнк сЮбдистной комитет окр^ны окружающей среды н этркгродополыованля» представленной на сонсхав» ученой степени кандидата технических наук по тома: ((Системв раслреаеленлого п оператнлного мониторинга параметр«!)

Настоящий акт подтверждает, чту резулы^ты днссер1а.циич.ноЙ рабши Гусака Дмлтрия Вячеславовича, а именно система оперативного наблюдения колпентрянними 1афЛ1някзщи?1 йсщйсти и атмосферном воздухе, ьключагосиего 3 гои питаны* газоакалгоггоре ввдн кед и онного типа. изготовлении* но предлагаемой копцелили модульного построения срслетв измерений, ьксцрсьш п Областном государственкпм бюджетном учреи^елий АОбластной комитет охраны окружимцей среды и природопользование* лля расшлренш возможностей аналитической енегены оперативного региональна™ моютораша окру&*иошей

,____________________________г }

качества атмосферного воздуха»