Глава 13. Развитие городского подземного строительства объектов

Подземные сооружения располагаются на глубине от 4 до 20 м.

Преимущества расположения заглубленных городских объектов:

- минимальное воздействие на ландшафт,

- не нарушается сложившаяся структура городской застройки,

- пониженное влияние на окружающую среду вибраций и шума,

- объекты защищены от воздействия климатических факторов и радиации,

- экономия за счет неотчуждаемых земель. Стоимость их более высокая, чем наземных строений,

- увеличивается площадь земли для зеленых насаждений.

Недостатки:

- сложные системы вентиляции, освещения, канализации,

- требуется утилизация разрабатываемых грунтов,

- сложности с обводнением территории.

К подземным объектам относят:

- атомные электростанции (во Франции её мощность 375 МВт на глубине 50 м),

- деловые центры (в Японии они построены на 0,5 млн чел., 300 магазинов, гаражи на 500 автомобилей, в Нью-Йорке построено 4 яруса служебных и торговых помещений, в Москве на Манежной площади - торговый центр),

- воздушная среда в таких объектах бывает чище, чем в городе.

Материалы для практических занятий

Темы практических занятий:

1. мониторинг окружающей среды,

2. этапы решения экологических задач,

3. определение удаленности строящегося объекта от жилых зданий,

4. выбор площадки для строительства объекта,

5. влияние выбросов на воздушную среду из высоких источников,

6. влияние выбросов на воздушную среду из низких источников,

7. влияние сбросов в водную среду,

8. определение предотвращенного ущерба при внедрении средств очистки выбросов в атмосферный воздух,

9. определение предотвращенного ущерба при внедрении средств очистки сбросов в поверхностные воды.

1. Мониторинг окружающей среды

Наблюдения за загрязнением атмосферы проводятся на стационарных, маршрутных и передвижных постах.

Стационарные посты служат для проведения систематических наблюдений, оборудованы аппаратурой для отбора проб воздуха, непрерывной регистрации содержания вредных примесей в атмосфере. Их количестве в городе при населении до 50 тыс. – 1; при 50 ‑ 100 тыс. – 2; при 100 - 200тыс. – 3, при 200 - 500 от 3 до 5, при 500 - 1000 – до 10, при 1000 - 2000 – до 15.

Маршрутные посты организуются с использованием передвижной автомашины, на которой установлена аппаратура для отбора и регистрации до 10 проб воздуха за 8 часов и объезда до 5 постов.

Передвижной пост предназначен для последовательного отбора проб воздуха на высоте 1,5 м от поверхности земли вдоль направления ветра от источника на различных расстояниях (подфакельные отборы). Эти отборы проб необходимы для определения рассеивания выбросов с учетом рельефа местности, скорости и температуры воздуха, влияния высоты источника выброса Н. Длительность отбора проб 20 – 30 мин для стационарного источника (например, котельной).

Источники выбросов разделяются на организованные через вентиляционные шахты и дымовые трубы, и неорганизованные, т.е. наземные.

Выбросы автотранспорта относятся к передвижным выбросам. С учетом нестационарности принята их условная высота – 5 м. Определяются выбросы NO₂, NO, CO, SO₂, бенз(а)пирена, сажи, углеводорода.

Отбор проб воздуха может осуществляться при помощи абсорбционной установки, схема которой приведена на рис. 1.1 [21].

Рис. 1.1. Схема аспирационной установки:

1 – воздухосборник,2 – реометр для измерения расхода воздуха, 3 – фильтр для осаждения пыли, 4 – диафрагма, 5 – эжектор для отсоса воздуха,6 – ротаметр для измерения расхода воздуха, 7 – защитный патрон улавливания влаги, 8 – поглотительный прибор,

9 – воздуходувка

Отбор проб проводится протягиванием воздуха через соответствующие поглотительные среды (жидкие и твердые) или фильтрующие материалы. Пробоотборники устанавливаются в аспирационную установку.

Объем просасываемого воздуха с химическими выбросами должен быть в 10 раз больше объема раствора в поглотительном приборе.

Определение абсорбированного вредного вещества в растворе производят различными методами. В качестве поглотительной жидкости используется вода или растворы, состав которых зависит от вида вредного вещества. В учебном пособии [23] для многих веществ приведены абсорбирующие вещества. К примеру, для определения состава щелочи NaOH в поглотительном приборе может находиться раствор соляной кислоты HCl и по количественному содержанию соли NaCl, отнесенному к измеренному расходу воздуха, определяется концентрация щелочи в атмосфере.

Количество уловленных вредных веществ определяется аппаратурой на основе методов газовой и тонкослойной хроматографии, ультрафиолетовой и инфракрасной спектрометрии, атомной спектрометрии, флуориметрии, а также использования ядерных методов, масс-спектрометрии, лазерного зондирования. Такое многообразие обусловлено стремлением достичь высокой точности определения вредных веществ в атмосфере.

Хроматографический метод основан на разделении смесей, он обладает возможностью определять многие вещества с использованием сорбции газов жидкостью или изменении свойств газа. Определение вещества проводится по изменению теплопроводности, плазменной ионизации его, по электронному захвату вещества.

Прибор катарометр работает на принципе изменения теплопроводности в зависимости от молекулярного веса вещества и размера молекулы. Количественное определение проводится методом сравнения с образцом вещества, и показания выводятся на шкалу прибора.

Прибор плазменно-ионизационный основан на горении между двумя электродами, где проходит ионизация потока газа при горении водорода и кислорода, и при этом изменяется электропроводность газа. При попадании в пламя вредного вещества интенсифицируется ионизация.

Электронозахватный прибор основан на захвате тепловых электронов в β-излучателе низкой энергии, захват приводит к уменьшению проводимости газа вследствие малой подвижности ионов в сравнении с электронами.

Тонкослойная хроматография основана на покрытии стеклянной пластины тонким слоем суспензии твердого вещества (силикагеля) и с последующим испарением нанесенной жидкости. По параметру удержания на пластине вещества судят по его величине методом сравнения с образцом.

Спектрометрия в ультрафиолетовой области спектра (200 – 780)∙10 ^-9м основана на сравнении степени поглощения вещества с образцом пробы.

Атомная спектрометрия основана на возбуждении впрыскиваемого раствора с веществом на новые электронные уровни в пламени с температурой до 3000 ^оС. Поглощение в пламени горелки характерных для данного вещества длин волн и является мерой концентрации его. Этот метод годится для исследования большой группы веществ.

Флуориметрия (флуоресценция) основана на использовании света в качестве источника возбуждения. Молекулы возбуждаются при облучении их светом (300 – 800)∙ 10 ^-9 м и сравнении с образцом.

Инфракрасная спектрометрия используется для веществ с длиной волн от 780∙10 ^-9 м до 0,5 мм. Этот метод полезен для определения органических веществ.

Ядерно-магнитная спектрометрия основана на измерении ядерных спинов молекул в магнитном поле с частотами менее 200 МГц и определением резонансных частот исследуемого вещества.

Ядерная спектрометрия. Пробу облучают потоком нейтронов с образованием радиоактивных изотопов, и по спектру гамма-излучения пробы определяют количество вещества.

Масс-спектрометр основан на преобразовании вещества в ионы и затем разделяются по массе в магнитном или электрическом поле. Положительные ионы образуются при бомбардировке электронами вещества Прибор обладает высокой точностью.

Лазерное зондирование используется для обнаружения вредного вещества в атмосфере. Лазер испускает короткий монохроматичный импульс излучения, который возвращается к детектору. Возвратившийся импульс будет иметь другую длину волны. Точность измерения не высокая.

Существует несколько способов определения вредных веществ:

- метан и другие углеводороды определяются методом газовой хроматографии с использованием плазменно-ионизационного детектора;

- кислородосодержащие углеводороды определяются абсорбционным методом с раствором серной и хромотроповой кислот и по интенсивности окраски определяют эти вещества методом газовой хроматографии;

- двуокись азота и окись азота определяется с использованием сульфаниловой кислоты, при подаче азокрасителя в раствор определяется концентрация веществ хемилюминесцентным методом;

- азотосодержащие углеводороды (например, гидразин) определяются газосигнализатором ФК - 0055 фотоколориметрическим методом по изменению цвета ленты, пропитанной раствором, что вызывает изменение светового потока и электропотенциала;

- азотная кислота определяется кулонометрическим методом;

- сернистый ангидрид определяется кулонополярографическим методом с использованием, например, газоанализатора ГКП-1 с самописцем, погрешность 20 %;

- окись углерода определяется оптико-акустическим методом с использованием, например, газоанализатора ГМК-3 и измерением инфракрасной радиации на фотоэлементе, погрешность метода ‑ 5 %;

- метилмеркаптан определяется при его взаимодействии с хлорным железом и ацетатом ртути, по окраске определяется его концентрация;

- хлор определяется при его реакции с метиленом, создавая раствор оранжевого цвета;

- аммиак определяется при его взаимодействии с фенолом, при которой появляется синяя окраска раствора;

- бенз(а)пирен определяется при замораживании воздуха до температуры минус 196 ^оС методом флуоресценции.

Результаты анализов позволяют провести расчет концентрации вредных веществ в воздухе.

Концентрация вредного вещества при отборе проб воздуха в жидкостном поглотителе определяется по формуле

С = в∙М / (V∙а∙к), (18)

где М – количество вещества, мкг, найденное в пробе объемом "а", мл; в – общий объем пробы в поглотительном приборе, мл; V – объем протянутого воздуха, л; к – коэффициент приведения объема воздуха к нормальным условиям, приведенный в табл.1.1.

Таблица 1.1

Температура, оС	Давление, Р, мм рт.ст.
	730	740	750	760	770	780
0	0,96	0,97	0,98	1,0	1,1	1,2
10	0,93	0,94	0,95	0,96	0,98	0,99
20	0,89	0,91	0,92	0,93	0,94	0,95
30	0,87	0,88	0,89	0,9	0,91	0,03

Концентрация пыли равна С = m / (V∙к), где m – количество пыли в пробе, мг, V - объем протянутого воздуха, м³, к – коэффициент приведения.

Определение достоверности полученных результатов проводится в следующей последовательности:

а) определяется среднее значение параметра С_ср. = ;

б) определяется среднее квадратичное отклонение

;

в) определяется оценка достоверности максимального и минимального значений измерений D_m = (C_m – C_i) / σ;

г) полученное значение D_m сравнивается с табличными значениями при различных значениях вероятности р_в и значительных количествах опытов п, приведенных в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Количество опытов	Вероятность, рв, %
	95	98	99	100
2	15,6	39	78	780
10	2,4	3,0	3,4	5,0
20	2,1	2,6	3,0	4,0
30	2,08	2,5	2,8	3,7
60	2,02	2,4	2,7	3,5

Если значение D_m не превосходит соответствующего табличного значения, то с принимаемой вероятностью р_в величина С_m соответствует исследуемому ряду измерений. В средствах охраны окружающей среды принимается вероятность достоверности измерения параметров менее 98 %.