СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕЖИМОВ ХИМИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ, СПОСОБСТВУЮЩИХ ФОРМИРОВАНИЮ ОПАСНЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ ПРИЗЕМНОГО ОЗОНА
METHOD OF DETERMINING ATMOSPHERIC CHEMICAL POLLUTION CONDITIONS CONTRIBUTING TO FORMATION OF HAZARDOUS CONCENTRATIONS OF GROUND-LEVEL OZONE

Предлагаемое техническое решение относится к области мониторинга, в частности к мониторингу химически опасных объектов.
Известен способ дистанционного обнаружения экологически опасных газов (патент РФ №2158423), используемый для обнаружения и измерения концентрации опасных газов в местах аварийного или несанкционированного их появления. Способ включает последовательное облучение места предполагаемого появления опасных газов лазерным излучением с длиной волны, попадающей в полосу поглощения опасных газов, регистрацию отраженного излучения и формирование видеосигналов. Указанный способ позволяет регистрировать концентрации химически опасных газов, но не позволяет оценивать их совокупное воздействие на экологическую ситуацию с учетом химического взаимодействия между ними.
Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному способу является способ экологического мониторинга химически опасных объектов (патент РФ №2346302), заключается в определении концентраций опасных веществ в опасных зонах различных объектов, сравнении полученных результатов с предельно-допустимыми значениями, прогнозировании, при необходимости, зону поражения и заражающего действия. При угрожающем прогнозируемом развитии подключают дополнительные технические средства для принятия решения о чрезвычайной ситуации. Причем постоянные посты контроля устанавливают «треугольником» и оперативно определяют координаты выброса опасных веществ.
Однако данный способ не позволяет оценить перспективы изменения концентраций опасных веществ с учетом режима химического загрязнения атмосферы и выделить наиболее опасные для текущего момента и данной местности концентрации загрязняющих веществ.
Задачей изобретения является выявление режима химического загрязнения приземной атмосферы, характеризующего наиболее опасные для данной местности и текущего момента концентрации приземного озона, что позволяет повысить эффективность определения высоких концентраций токсичного загрязнения, формирующегося на урбанизированных территориях в результате химического взаимодействия окислов азота и углеводородов.
Приземный озон является токсичным газом, влияющим на здоровье людей и рост растений. Оценка содержания приземного озона позволяют фиксировать опасный уровень загрязнения воздуха озоном, однако для принятия эффективных мер по предотвращению возникновения опасных для здоровья людей и роста растений концентраций озона необходимо контролировать уровень загрязнений приземного воздуха окислами азота и углеводородами. Зависимость скорости образования озона от содержания окислов азота прямо противоположно в этих двух режимах: в азотном при увеличении содержания окислов азота содержание озона растет, а в углеводородном - при увеличении содержания окислов азота содержание озона уменьшается. Кроме того, приземный озон является наиболее сложным токсичным газом с точки зрения прогнозирования случаев превышения предельно допустимых концентраций (ПДК). Однако концентрация приземного озона не является линейной функцией концентраций загрязняющих веществ, что создает проблемы при разработке стратегии контроля химических загрязнений.
2
1
4
2
6
2
4
3
8
НОх
3
Поэтому в данном способе поставленная задача решается за счет того, что в оперативном режиме 2 раза в сутки (в 12 и 24 ч по местному времени) одновременно измеряют концентрации окислов азота (NO и NO), гидроксилов (ОН и НО) и углеводородов (СН, СН, СН, СН), а также проводят стандартные метеорологические наблюдения температуры (Т, °С) и влажности воздуха (Р, г/м), при этом рекомендованное пространственное распределение постов контроля определяется шагом сетки в 100 км.
Затем вычисляют суммарную концентрация углеводородов (RH) по формуле
4
2
6
2
4
3
8
RH=CH+CH+CH+CH
Полученные значения концентраций используют для определения режима химического загрязнения с использованием отношения
<mrow><mtext>f</mtext><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mtext>k</mtext><mtext>4</mtext></msub><mrow><mo>[</mo><mrow><mtext>RH</mtext></mrow><mo>]</mo></mrow><mtext> </mtext><mrow><mo>[</mo><mrow><mtext>OH</mtext></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow><mrow><msub><mtext>k</mtext><mtext>7</mtext></msub><mrow><mo>[</mo><mrow><mtext>NO</mtext></mrow><mo>]</mo></mrow><mtext> </mtext><mrow><mo>[</mo><mrow><msub><mrow><mtext>HO</mtext></mrow><mtext>2</mtext></msub></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow></mfrac></mrow>
4
7
-2
-12
где k=2.45·10ехр(-1775/T), k=3.2·10 ехр(250/T) - лабораторно измеренные константы химических реакций в атмосфере, Т, °С - измеренная температура воздуха.
4
оз
Если f больше 10, то режим химического загрязнения является углеводородным, и скорость образования токсичного озона (Р) вычисляется по формуле
<mrow><msub><mi>P</mi><mrow><mi>о</mi><mi>з</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>2</mn><msub><mi>k</mi><mn>4</mn></msub><msub><mi>P</mi><mrow><mi>H</mi><mi>O</mi><mi>x</mi></mrow></msub><mrow><mo>[</mo><mrow><mi>R</mi><mi>H</mi></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow><mrow><msub><mi>k</mi><mn>9</mn></msub><mrow><mo>[</mo><mrow><mi>N</mi><msub><mi>O</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow></mfrac></mrow>
9
НОх
-11
0.3
3
где k=7·10(T/300) - лабораторная константа химической реакции, а Р, г/м - измеренная в данной точке абсолютная влажность воздуха.
В данном режиме концентрация озона убывает с увеличением концентраций окислов азота и увеличивается при увеличении концентраций углеводородов.
Если f меньше 0.01, то режим химического загрязнения является азотным, а скорость образования озона вычисляется по формуле
<mrow><msub><mtext>P</mtext><mrow><mtext>оз</mtext></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mrow><mtext>2k</mtext></mrow><mtext>7</mtext></msub><msqrt><mrow><mfrac><mrow><msub><mtext>P</mtext><mrow><mtext>HOx</mtext></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mtext>k</mtext><mtext>8</mtext></msub></mrow></mfrac></mrow></msqrt><mrow><mo>[</mo><mrow><mtext>NO</mtext></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow>
8
-13
где k=3.5·10 ехр(430/Т) - лабораторная константа химической реакции.
В этом режиме скорость образования озона увеличивается с увеличением концентраций окислов азота и не зависит от концентраций углеводородов.
4
При значениях f в диапазоне между 0.01 и 10, режим является смешаным и увеличение концентрации озона пропорционально увеличению концентраций как окислов азота, так и углеводородов.
Далее, при необходимости, выдают предупреждение об опасности вероятного превышения предельно допустимых концентраций содержания приземного озона из-за повышенных концентраций азотных составляющих (азотный режим), углеводородных составляющих (углеводородный режим) или как азотных, так и углеродных составляющих (смешанный режим).
Заявляемая последовательность операций и связей позволяет решить поставленную задачу.
При изучении известных технических решений в данной области техники, совокупность признаков, отличающих заявляемый объект, не была выявлена. Данное решение отличается от известных.
Разработанное техническое решение позволяет реализовать новый метод оценки высоких концентраций озона в приземном воздухе, формирующихся в результате химического взаимодействия окислов азотов и углеводородов и может быть эффективно использовано для обеспечения экологической безопасности урбанизированных территорий, характеризующихся, с одной стороны, высоким уровнем эмиссии окислов азота (автотранспорт), с другой стороны, высоким уровнем выбросов углеводородов (сжигание биомассы, испарение топлива, химическое производство).