Анализ данных контроля загрязнения атмосферного воздуха

Превышение предельно  допустимой концентрации загрязняющих веществ в зоне данного аэропорта  и прилегающей к нему населенной местности определяется по данным измерений  максимально разовой концентрации загрязняющих веществ в отдельных  точках, где можно ожидать превышения установленных нормативов чистоты  воздуха.

Применительно к зоне аэропорта  контролю подлежат выбросы оксидов  углерода (СО), углеводородов (НС) и оксидов азота (NOx). При этом выбросы СО и НС, характерны для зоны, в которой производится запуск двигателя ВС, зоны руления ВС при подготовке взлета и после посадки и зоны ожидания взлета ВС, а выброс NОx – для зоны разбега и взлета ВС. Механизм распространения СО в зоне аэропорта аналогично механическому распространению НС. Допускается проведение контроля одного из компонентов.

 

 

 

6.3 Средства измерения.

В качестве стандартного прибора  для измерения концентрации ЗВ в  атмосферном воздухе используются универсальный газовый монитор, представляющий собой количественный газоанализатор с управлением от микропроцесса, позволяющий проводить  с высокой точностью, надежностью  и стабильностью определение  содержания газов.

Принцип работы основывается на методе фотоакустического инфракрасного анализа, позволяющего регистрировать в атмосферном воздухе газы, поглощающие инфракрасный свет. Прибор должен быть оснащен соответствующими оптическими фильтрами (максимум 5 фильтров), что позволяет селективно определить концентрацию пяти газов и водяного пара, содержащихся в пробах воздуха.

Имея одинаковую базовую  концентрацию, оптические фильтры имеют  различные характеристики. Каждый фильтр содержит комбинацию трех инфракрасных фильтров: полосового фильтра, длинноволнового  заграждающего фильтра и коротковолнового заграждающего фильтра. Общая характеристика пропускания оптического фильтра  определена характеристикой полосового фильтра и характеристиками заграждающих фильтров, предотвращающих прохождение  света с более длинными и короткими  длинами волн, при этом полосовой  фильтр определяет среднюю длину  волны и ширину полосы пропускания  оптического фильтра, и благодаря  этому поддающийся выявлению  газ или газы.

Водяной пар, который почти  всегда присутствует в окружающем воздухе, поглощает инфракрасный свет практически  во всем диапазоне спектра. Специальный  оптический фильтр в диске прибора  способствует определению содержания водяного пара во время каждого измерительного цикла, осуществляя тем самым  автокомпенсацию влияния водяного пара.

 

 

 

Принцип действия прибора.

Проба воздуха с помощью  насоса отсасывается через два воздушных  фильтра в измерительную камеру, герметично закрываемую с помощью  впускного выпускного клапана.

Моделированный свет от источника  проходит через один из оптических фильтров и селективно поглощается  контролируемым газом. Поглощение света  вызывает изменение температуры  газа, которая повышается и понижается вследствие пульсаций света, что  приводит к соответствующему повышению  и понижению давления газа в закрытой камере. Два микрофона, установленных  в камере, воспринимают изменение  давления, которое прямо пропорционально  концентрации контролируемого газа, находящегося в камере.

Длительность рабочего цикла  при измерении содержания только одного газа или водяного пара (проба  отбирается из окружающего прибор воздуха) около 30 сек, а при анализе пяти газов и водяного пара приблизительно до 105 сек.

7.3 Максимально разовая концентрация загрязняющих веществ

Значение максимально  разовой концентрации загрязняющих веществ в исследованной точке (x, y, z) в результате выброса загрязняющих веществ двигателями воздушного судна определяются соотношением:

(1)

где q_мр – максимально разовая концентрация загрязняющих веществ, мг/м3

q_мм – максимальное значение мгновенной концентрации загрязняющего вещества в точке (х, у, z) в момент tм рассчитывается по следующей формуле:

Максимальное значение мгновенной концентрации загрязняющего вещества в точке (x, y, z) в момент tм рассчитывается по следующей формуле:

(2) 
где х’, у’, z’ – текущие координаты источника примеси.

x’= хо + Unt’ +

y’ = yo + Vnt’ + 

z’ = zo + Wnt’ + 

Необходимые для расчета  значений концентрации загрязняющих веществ  по выражению параметры выхлопной  струи двигателя определяются следующим  образом. Результирующий подъем оси  выхлопной струи двигателя самолета Н вычисляется по формуле:

Н = hдв + 37 / Uв + s_z (3)

Величины дисперсий рассеивания  примеси загрязняющих веществ в  момент начала воздействия атмосферной  турбулентности, обусловленные расширением  выхлопной струи авиадвигателя, s_х, s_у, s_z, определяются следующим образом:

s_z = 14,75 – 0,44 х Uв cos Y

а) ось ОХ поля параллельна  направлению движения источника

s_x = s_z 

б) ось ОХ поля перпендикулярна  направлению движения источника

; 

где n – количество двигателей;

l – расстояние между  центральными осями крайних работающих  двигателей, м;

y - угол между векторами  скорости истечения струи и  скорости ветра.

Производительность выброса  загрязняющих веществ является одной  из характеристик двигателя и  определяется режимом его работы.

Коэффициенты турбулентной диффузии к_х, к_у, к_z определяется по данным состояния атмосферы.При расчете концентрации загрязняющих веществ с целью определения величины предельно допустимых выбросов для различных источников, размещенных в зоне аэропорта, выбор значений среды осуществляется из условий, что диффузия примеси загрязняющих веществ будет минимальной.

Время tм установления в точке (х, y ,z) максимальной концентрации загрязняющих веществ определяется по формуле:

Где: L – расстояние от источника  до исследуемой точки поля м;

Uв – скорость ветра м/с.

Величина коэффициента пересчета  К30 определяется с помощью следующих  выражений:

К20 = 13,3 – (lgtм – 4,6) х 3,35 x К1 для lgtм ≤ 4,6 (6)

К30 = 13,3 – (4,6 – lgtм) х 9,57 х К1, для lgtм > 4,6

где К1 = 6 – 1,07 х 10-4Δtэф для Δtэф ≤ 560

К1 = 1 – (Δtэф – 560) 0,0004 для 560 < Δtэф

К1 = 0,522

В формулах (6) величина интервала  времени переноса загрязняющих веществ  через точку (х, у, z) определяется:

(7)

где Uв – скорость источника, м/с

8.3 Мониторинг загрязнения атмосферного воздуха.

В соответствии со стандартами  качества воздуха применительно  к двигателям воздушных судов  регламентируется выброс:

-  оксида углерода (СО)

-  суммарных углеводородов (НС)

-  оксидов азота (NOx, NO2, NO)

-  взвешенных частиц (сажа)

-  диоксида серы (SO2)

По имеющимся данным загрязнение  атмосферного воздуха в зоне аэропорта  не превышает 3-4 % от общего загрязнения  и обычно не требует проведения специального контроля. Однако, если к зоне аэропорта близко примыкает населенная местность или особенности рельефа и метеоусловия, так же как и повышение фоновые концентрации могут вызывать повышенные уровни загрязнения в этих районах, проведение мониторинга загрязнения может значительно облегчить контроль качества воздуха в окрестности аэропорта.

В последнее время автоматизированны системы контроля загрязнения воздуха, позволяющие значительно повысить точность и надежность измерений и имеющих низкую эксплуатационную стоимость. Применение этих систем для мониторинга загрязнения воздуха на территории и в окрестности может обеспечить эффективный контроль загрязнения воздуха в окрестности аэропортов ГА.

Выбор параметров контроля.

Образование и распространение  примесей оксида углерода (СО) и углеводородов (НС) от двигателей воздушных судов  в зоне аэропорта определяют практически  одни и те же механизмы. Выброс оксидов  углерода и углеводородов связан с неполным сгоранием топлива, особенно на режимах малого газа (руление  воздушного суда) и соответственно эти компоненты загрязнения в  большей мере присутствуют в зоне запуска и руления воздушных судов. В зоне валентно-посадочной полосы преобладает выброс оксидов азота.

Проведение модельных  и натуральных исследований позволили  получить надежные методы расчета максимальных разовых концентраций загрязняющих веществ (осредненная за получасовой период), применяемых при расчете предельно-допустимых концентраций загрязняющих веществ. Использование модели загрязнения позволяет вести мониторинг по одному из компонентов загрязнения. Обычно это СО и НС.

Размещение мониторинга.

Использование в системе  мониторинга моделей загрязнения  воздуха позволяет ограничить число  мониторов в зоне аэропорта. Обычно достаточно разместить мониторы в точках вблизи исполнительных стартов и  в зоне запуска двигателей.

9.3 Требования к системам мониторинга.

Мониторинг токсичных  газов в составе автоматизированной системы контроля представляет собой  высокочувствительный с большой  избирательностью измерительный прибор, предназначенный для проведения длительного мониторинга в условиях воздействия внешней среды при  минимальном обслуживании.

Высокая чувствительность прибора  достигается за счет применения метода фотоакустической инфракрасной спектроскопии, имеющей ряд преимущества перед используемыми ранее методами. Надежность измерений обеспечивается автопроверками, проводимыми в автоматизированном режиме. Высокая точность результатов обеспечена автокомпенсацией измерений температуры и интерференции, обусловленной присутствием водяного пара и других газов в пробе.

Монитор соединяется с  ЭВМ, управляющей обменом информации, сбором данных и результатов автопроверок и выполняющей калибровку прибора.

Последовательности проведения измерений и автопроверок мониторов выполняются автоматически. Обширная процедура автопроверки прибора позволяет выявить и идентифицировать неисправность в системе и сообщить о них управляющей ЭВМ. После устранения неполадки прибор автоматически возвращается в режим измерений.

Полный рабочий цикл прибора, включая продувку измерительной  камеры, занимает 45-55 сек.

Совмещение методов моделирования  и мониторинга загрязнения в  зоне аэропорта позволяет вести  оперативный контроль загрязнения  и при необходимости предприниматель  действия, направленные на снижение загрязнения. К числу последних относится  выбор схемы руления, изменения  направления старта, выполнение валета на номинальном режиме, роллинг-старт, сокращение времени ожидания и другие эксплуатационные приемы, связанные со снижением эмиссии двигателей воздушных судов.

Валовый выброс загрязняющих веществ двигателями  воздушных  судов .

Данные методические указания позволяют рассчитать массу загрязняющих веществ, выбрасываемых двигателями  воздушных судов (ВС) в окрестности  аэропорта.

Исходными данными для  расчета являются:

-  масса загрязняющих веществ, выбрасываемая двигателями отдельных типов ВС при операциях в зоне аэропорта за взлетно-посадочный цикл;

-  интенсивность полетов, определяемая числом взлет-посадок ВС в аэропорту (определяется расписанием движения).

Эмиссия двигателей ВС.

Эмиссия двигателей воздушного судна определяется индексом эмиссии (EI), представляющим количество загрязняющих веществ (г), образующихся при сжигании 1 кг топлива.

К числу загрязняющих веществ, выбрасываемых двигателями ВС, относятся  окись углерода (СО), углеводороды (НС) и окислы азота (NOx).

Масса загрязняющих веществ, выбрасываемых двигателем ВС составляет:

m = S EIi j Gтi ti

где Gтij – расхож топлива, кг/час; i – режим работы двигателя;

ti – продолжительность работы двигателя, час;

EIi – величина индекса эмиссии, определяемая при стендовых испытаниях двигателя, кг/кг;

j – составляющая загрязнения.

 

 Масса загрязняющих  веществ, выбрасываемая двигателями  ВС 

Этап взлетно-посадочного  цикла	Относительная тяга, %	Время работы двигат. на данном этапе полета, мин.
Взлет Набор высоты Заход на посадка Руление после посадки  и перед взлетом	100 85 30 7	0,7 2,2 4,0 26,0

Приведенные в таблице  параметры стандартного взлетно-посадочного  цикла характерны для операций ВС в аэропортах с высокой интенсивностью движения. Эти операции оказывают  наиболее неблагоприятное воздействие  на окружающую среду, создавая повышенные концентрации загрязняющих веществ двигателями ВС вплоть до высоты 900 м. Предполагается, что загрязняющие вещества, выбрасываемые на большей высоте, не достигает земной поверхности при нормальных процессах диффузии, происходящих в атмосфере, и практически не влияют на качество окружающего воздуха.