Safety in Technosphere Safety in Technosphere Безопасность в техносфере 1998-071X 20893 10.12737/article_5af010f6d66663.56689691 Контроль и мониторинг Control and monitoring Контроль и мониторинг Laser Control of The Average Volume and Superficial Diameter of Particles for The Assessment of The Aerosol Air Pollution Parameters Лазерный контроль среднего объемно-поверхностного диаметра частиц для оценки параметров аэрозольного загрязнения атмосферы Веденин Е. И. Vedenin E. I. v-v-d@mail.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Дьяченко Владимир Викторович Dyachenko Vladimir Viktorovich v-v-d@mail.ru

доктор географических наук;

doctor of geographical sciences;

 Чартий П. В. Chartiy Pavel V. pvc-60@yandex.ru

кандидат физико-математических наук;

candidate of physical and mathematical sciences;

 Шеманин В. Г. Shemanin Valeriy G. vshemanin@mail.ru

доктор физико-математических наук;

doctor of physical and mathematical sciences;

 Новороссийский политехнический институт (филиал ФГБОУ ВО) КубГТУ Россия Novorossiysk Polytechnic Institute of KubSTU Russian Federation Новороссийский политехнический институт (филиал) Кубанского государственного технологического университета Novorossiysk Polytechnical Institute (branch) of Kuban State Technological University Новороссийский политехнический институт (филиал ФГБОУ ВО) КубГТУ Россия Novorossiysk Polytechnic Institute of KubSTU Russian Federation Новороссийский политехнический институт (филиал ФГБОУ ВО) КубГТУ Россия Novorossiysk Polytechnic Institute of KubSTU Russian Federation 6 6 3 11 https://naukaru.ru/en/nauka/article/20893/view

Аэрозольное загрязнение атмосферы является одним из наиболее динамичных факторов техногенной трансформации окружающей среды. Степень опасности взвешенных частиц в воздухе возрастает с уменьшением их размеров, поэтому дисперсный состав пыли имеет большое гигиеническое значение и в воздухе рабочей зоны является важной характеристикой для оценки его воздействия на здоровье работников предприятия, а дисперсный состав пыли на границе СЗЗ — на здоровье населения прилегающих территорий. Это привело к введению новых экологических нормативов по массовой концентрации частиц диаметром менее 10 мкм (PM10) и частиц диаметром менее 2,5 мкм (PM2,5). В данной статье для оценки параметров аэрозольных выбросов и степени их воздействия на окружающую среду предлагается использовать лазерные методы. Для определения среднего размера и концентрации дисперсных частиц лучше всего подходит метод модифицированной спектральной прозрачности. Физическая модель этого метода основана на взаимодействии монохроматического излучения с полидисперсной средой по теории Ми и сохранения инвариантности усредненного фактора эффективности ослабления относительно вида функции распределения частиц по размерам с использованием понятия среднего объемно-поверхностного диаметра частиц. Измерение оптической плотности дисперсной среды производится одновременно, на нескольких длинах волн, а в дальнейшем рассчитываются усредненные факторы эффективности ослабления для этих длин волн. Предлагаемый метод имеет достаточно простую аппаратурную реализацию и позволяет диагностировать потоки большой оптической плотности (что характерно для техногенных аэродисперсных потоков).

Aerosol air pollution is one of the most dynamic factors of the environmenal technogenic transformation. The danger degree of the aerosol particles increases in air with their sizes reduction therefore the dust disperse composition has the great hygienic value and in the working zone air and the dust disperse composition at the enterprise border — on health of the population of these territories are the important characteristic for its It has led to the introduction of new ecological standards for mass concentration of the particles with a diameter less than 10 μ (PM10) and particles with a diameter less than 2,5 μ (PM2,5). impact assessment on health of the enterprise employees and the population of near territories. The laser methods using for the assessment of parameters of aerosol emissions and extent of their impact on the environment have been introduced in this article. The modified spectral transparency method is the best of all and suitable for determination of the average size and concentration of disperse particles. The physical model of this method is based on interaction of monochromatic laser radiation with the polydisperse aerosol by Mie’s theories and maintaining invariancy of the average factor of the extinction efficiency concerning the type of the of particles size distribution function with using of the concept of particles average volume and superficial diameter. The optical density measurement of the disperse aerosol is performed at the same time, on several wavelengths, and the average factors of the extinction efficiency for these laser radiation wavelengths can be derived from the experimental data. This method has rather simple hardware realization and allow to diagnose flows of high optical density (that is characteristic of technogenic aero disperse flows).

 лазерные методы мониторинга аэрозольное загрязнение атмосферы дисперсный состав средний объемно-поверхностный диаметр частиц метод модифицированной спектральной прозрачности. Laser methods air pollution polydisperse aerosol average volume and superficial diameter of particle the modified spectral transparency method

1. ВведениеРезультаты многочисленных исследований свидетельствуют о растущем уровне аэрозольного загрязнения атмосферы в целом и, особенно, над антропогенно нарушенными и промышленно развитыми районами.

Малыхин Ю. А., Дьяченко В. В. Геоэкологические аспекты безопасности жизнедеятельности населения в городах Краснодарского края и Ростовской области // Безопасность жизнедеятельности. 2003. № 9. С 13-20. Maly`xin Yu.A., D`yachenko V.V. Geoe`kologicheskie aspekty` bezopasnosti zhiznedeyatel`nosti naseleniya v gorodax Krasnodarskogo kraya i Rostovskoj oblasti [Geoecological aspects life safety of the population in the cities Krasnodar region and Rostov region]. Bezopasnost` zhiznedeyatel`nosti [Life Safety]. 2003, I. 9, pp. 13-20. (in Russian) Малыхин Ю. А., Малыхина А. Г., Дьяченко В. В. Медико-экологические исследования урбанизированных территорий // Безопасность в техносфере. 2008. № 3. С. 16-21. Maly`xin Yu.A., Maly`xina A.G., D`yachenko V.V. Medikoe` kologicheskie issledovaniya urbanizirovanny`x territorij [Medico-ecological researches urbanized territories]. Bezopasnost` v tehnosfere [Safety in technosphere]. 2008, I. 3. pp. 16-21. (in Russian) Дьяченко В. В., Дьяченко Л. Г., Малыхин Ю. А. Проблемы загрязнения ландшафтов Краснодарского края и здоровье населения // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2014. - № 07 (101). - IDA [articleID]: 1011407080. - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2014/07/pdf/80.pdf. D`yachenko V.V., D`yachenko L.G., Maly`xin Yu.A. Problemy` zagryazneniya landshaftov Krasnodarskogo kraya i zdorov`e naseleniya [Problems of pollution of landscapes of the Krasnodar territory and public health]. Politematicheskij setevoj e`lektronny`j nauchny`j zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Polythematic network electronic scientific journal of the Kuban state agrarian University]. 2014, I. 07 (101). IDA [articleID]: 1011407080. Available at: http://ej.kubagro.ru/2014/07/pdf/80.pdf. (in Russian) Архипов В. А. Лазерные методы диагностики гетерогенных потоков. - Томск: Изд-во Том. Ун-та, 1987. - 140 с. Arxipov V.A. Lazerny`e metody` diagnostiki geterogenny`x potokov [Laser methods of diagnosis of heterogeneous flow]. Tomsk, Tomsk university Publ., 1987. 140 p. (in Russian) Дьяченко В. В., Шеманин В. Г. 50 лет лазерной эры: лидары для мониторинга атмосферы // Безопасность в техносфере. 2010. № 6. С. 28-36 D`yachenko V.V., Shemanin V.G. 50 let lazernoj e`ry`: lidary` dlya monitoringa atmosfery` [50 years of laser era: lidars for atmosphere monitoring]. Bezopasnost` v tehnosfere [Safety in technosphere]. 2010, I. 6, pp. 28-36. (in Russian) Привалов В. Е., Фотиади А. Э., Шеманин В. Г. Лазеры и экологический мониторинг атмосферы: Учебное пособие. - СПб.: Издательство «Лань», 2013. -288 с. Privalov V.E., Fotiadi A.E., Shemanin V.G. Lazery` i e`kologicheskij monitoring atmosfery [Lasers and environmental monitoring of the atmosphere]. St. Petersburg, Lan` Publ., 2013. 288 p. (in Russian) Архипов В. А. Ахмадеев И. Р., Бондарчук С. С., Ворожцов Б. И., Павленко А. А., Потапов М. Г. Модифицированный метод спектральной прозрачности измерения дисперсности аэрозолей // Оптика атмосферы и океана, 2007, № 1, С. 48-52. Arxipov V.A. Axmadeev I.R., Bondarchuk S.S., Vorozhczov B.I., Pavlenko A.A., Potapov M.G. Modificirovanny`j metod spektral`noj prozrachnosti izmereniya dispersnosti ae`rozolej [Modified method of spectral transparency of measuring the dispersion of the aerosol]. Optika atmosfery` i okeana [Atmospheric and Oceanic Optics]. 2007, I. 1, pp. 48-52. (in Russian) Пришивалко А. П. Науменко Е. К. Рассеяние света сферическими частицами и полидисперсными средами / Препринт ИФ АН БССР. Ч. 1 Минск, 1972. - 61 с. Prishivalko A.P. Naumenko E.K. Rasseyanie sveta sfericheskimi chasticzami i polidispersny`mi sredami [Scattering of light by spherical particles and polydisperse environments]. Minsk, 1972. 61 p. (in Russian) Половченко С. В., Привалов В. Е., Чартий П. В., Шеманин В. Г. Восстановление функции распределения частиц по размерам на основе данных многоволнового лазерного зондирования // Оптический журнал. 2016, Т. 83. № 5. С. 43-49 Polovchenko S.V., Privalov V.E., Chartij P.V., Shemanin V.G. Vosstanovlenie funkcii raspredeleniya chasticz po razmeram na osnove danny`x mnogo volnovogo lazernogo zondirovaniya [Reconstruction of the distribution function of the particle size based on data from many wave laser sensing]. Opticheskij zhurnal [Optical journal]. 2016, V. 83, I. 5, pp. 43-49. (in Russian) Дьяченко В. В., Чартий П. В., Шеманин В. Г. Исследование дисперсного состава приземного атмосферного аэрозоля оптическими методами // ЛАЗЕР-ИНФОРМ, № 18, 2005. С. 7-10. D`yachenko V.V., Chartij P.V., Shemanin V.G. Issledovanie dispersnogo sostava prizemnogo atmosfernogo ae`rozolya opticheskimi metodami [The study of the disperse composition of the near-ground atmospheric aerosol optical techniques]. LAZER-INFORM [LAZER-INFORM].2005, I. 18, pp. 7-10. (in Russian) Дьяченко В. В., Чартий П. В., Чартий Р. П., Шеманин В. Г. Контроль аэрозолей в приземном слое атмосферы в реальном времени // Безопасность в техносфере. 2008. № 3. С. 36-43. D`yachenko V.V., Chartij P.V., Chartij R.P., Shemanin V.G. Kontrol` ae`rozolej v prizemnom sloe atmosfery` v real`nom vremeni [Control of aerosols in the surface layer of the atmosphere in real time]. Bezopasnost` v tehnosfere [Safety in technosphere]. 2008, I. 3, pp. 36-43. (in Russian) Чартий П. В., Роговский В. В., Дьяченко В. В. Контроль экологической безопасности пылегазоочистных установок модифицированным методом спектральной прозрачности // Безопасность в техносфере. 2014. № 4. С. 17-22 Chartij P.V., Rogovskij V.V., D`yachenko V.V. Kontrol`e`kologicheskoj bezopasnosti py`legazoochistny`x ustanovok modificirovanny`m metodom spektral`noj prozrachnosti [Control of environmental safety of dust and gas purification plants by modified method of spectral transparency]. Bezopasnost` v tehnosfere [Safety in technosphere]. 2014, I. 4, pp. 17-22. (in Russian) Секада. Э., О’Брайен Э., Чал Дж. Защита от пыли при добыче и переработке полезных ископаемых. - Питтсбург, Пенсильвания - Спокан, Вашингтон, 2012-198 с. Sekada. E., O’Brajen E., Chal Dzh. Zashhita ot py`li pri doby`che i pererabotke polezny`x iskopaemy`h [Protection against dust in mining and processing of minerals]. Pittsburg, Pensil`vaniya; Spokan, Vashington, 2012. 198 p. (in Russian) URL: http://www.sintrol.ru/produkty/gas-analyzers/pylemery/datchik-pyli-snifter-a1 (дата обращения 30.11.2014). Datchik pyli Snifter A1+ [Snifter A1 + dust sensor]. Available at: http://www.sintrol.ru/produkty/gas-analyzers/pylemery/datchik-pyli-snifter-a1 (Accessed 30 November 2014). (in Russian) URL: http://e-nova.ru/catalog/ramenergy/datchik-vyibrosa-pyili/datchik-vyibrosov-pyili-dvp-02.html (дата обращения 07.12.2014). Datchik vybrosov pyli DVP-02 [Dust emission sensor DVP-02]. Available at: http://e-nova.ru/catalog/ramenergy/datchik-vyibrosa-pyili/datchik-vyibrosov-pyili-dvp-02.html (Accessed 07 December 2014). (in Russian) URL: http://www.pcme.com/product/pcme-stack-602 (дата обращения 06.12.2014). PCME STACK 602. Available at: http://www.pcme.com/product/pcme-stack-602 (Accessed 06 December 2014). Веденин Е. И., Половченко С. В., Чартий П. В., Шеманин В. Г. Изменение функции распределения частиц по размерам при различных режимах работы пылеулавливающего оборудования // Безопасность в техносфере. 2016. № 1(58). С. 41-47. Vedenin E.I., Polovchenko S.V., Chartij P.V., Shemanin V.G. Izmenenie funkcii raspredeleniya chasticz po razmeram pri razlichny`x rezhimax raboty` py`leulavlivayushhego oborudovaniya [The variation of the distribution function of particle size at different modes of operation of the dust removal equipment]. Bezopasnost` v tehnosfere [Safety in technosphere]. 2016, I. 1(58), pp. 41-47. (in Russian) Методы расчетов рассеивания выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферном воздухе, утвержденные приказом Минприроды России от 06.06.2017 N273. - 80 с. Metody` raschetov rasseivaniya vy`brosov vredny`x (zagryaznyayushhix) veshhestv v atmosfernom vozduxe, utverzhdenny`e prikazom Minprirody` Rossii ot 06.06.2017 No 273 [Methods of calculations of dispersion of emissions of harmful (polluting) substances in atmospheric air approved by the order of Ministry of natural resources of the Russian Federation of 06.06.2017 No 273]. Moscow, 80 p. (in Russian) Биргер М. И., Мягков Б. И. и др. Справочник по пылеи золоулавливание/ Под ред. А. А. Русанова. - М.: Энергоатомиздат, 1983. -312 с. Birger M.I., Myagkov B.I. Spravochnik po py`le- i zoloulavlivanie [Handbook on dust and ash removal]. Moscow, E`nergoatomizdat Publ., 1983. 312 p. (in Russian)