Фетт В. Атмосферная пыль

Подождите немного. Документ загружается.

Г л. 5. Распределение пыли в атмосфере 163

пыли, расположенный на уровне устья дымовых труб,

является источником дополнительной загрязненности

воздуха улиц только при дожде или тумане. Такое утвер-

ждение не находится в противоречии с данными о незна-

чительном содержании пыли во влажном воздухе озеле-

ненных участков, так как там влага не распространяется

Ф и г. 44. Сравнение вертикального распределения пыли на протя-

жении дня на окраине и в центре города (Лейпциг) [70].

Погода туманная, сырая, облачная, почти безветренная. Места измерения:

радиобашня на окраине города; -церковь Св. Петра в центре города. По

оси абсцисс отложены относительные величины содержания пыли в воздухе,

причем за 1 принято содержание пыли в 1 см

на высоте домов (133,5 м).

выше лиственного покрова. Дополнительная загрязнен-

ность образуется лишь в том случае, если влага попа-

дает в слой пыли, расположенный над крышами до-

мов [70].

В отличие от естественного тумана, возникающего

в каком-либо пространстве, так называемый «городской

туман» имеет относительную влажность меньше 100%

(иногда только приближающуюся к 100%). Поэтому по-

добные туманы особенно устойчивы, не рассеиваются

даже под действием солнечных лучей и могут окутывать

город в течение нескольких дней подряд (например, «лон-

донские туманы»). Кроме очень продолжительных город-

ских и кратковременных естественных туманов, бывают

и туманы переходной формы. В каждой данной мест-

ности число туманных дней зависит от географического

положения [5, 87]. При рассмотрении характера устой-

10*

04 06 08 10

23/X1934

I6/Xi 19J4

14 16 18 20

22/X1954

15/X! 1934

•См. ПОДПИСЬ К фиг. 42.

Фиг. 45. Вертикальное

распределение пыли,

измеренное на располо-

женной на окраине

Лейпцига радиобашне

час

~ при двух различных на-

правлениях ветра (со

стороны города и со

стороны сельской мест-

ности) [70].

!Гл.

5. Распределение пыли в атмосфере 165

чивости тумана необходимо учитывать, что основное

значение имеют непылевые компоненты атмосферного

воздуха.

Влияние микроклимата помещений на содержание

в них пыли

Большая часть пыли, содержащейся в воздухе поме-

щений (исключая производственные помещения), посту-

пает извне. Она проникает через окна, дверные щели,

вентиляционные каналы, заносится людьми и т. д. В по-

мещениях большинство пылинок оседает вследствие ма-

лого движения воздуха. Число исследований, посвящен-

ных количеству и видам обычной комнатной пыли,

невелико. Считается, что в нижнем этаже преобладает

крупная пыль улиц, а в верхних этажах — дым и

сажа [5].

Сметание пыли с предметов домашнего обихода или

выколачивание их в комнате вызывает лишь перемеще-

ние пыли внутри помещения. Например, при вытряхива-

нии пыльных тряпок через окно пыль частично возвра-

щается обратно в комнату. Самый надежный способ

удаления пыли — это применение пылесоса [93].

Если запыленность в комнате не изменяется искус-

ственно, например за счет уборки, отопления или вен-

тиляции то изменения ее на протяжении года носят

такой же характер, как на открытом воздухе, например

на балконе. Единственное различие состоит в том, что

в закрытых помещениях запыленность колеблется по

дням и месяцам меньше, чем на открытом воздухе. Про-

ветривание комнаты обычно сопровождается значитель-

ным увеличением количества пыли. Только при внезап-

ном падении содержания пыли в свободной атмосфере,

например при вторжении фена, возможно уменьшение ее

и в воздухе проветриваемого помещения. Через 3—4 часа

после проветривания содержание пыли в комнате ста-

новится «нормальным». По измерениям Гинера и

Гесса [8], среднегодовое содержание пыли в комнатном

воздухе составляет около 58% от содержания ее в сво-

бодной атмосфере.

Влияние этих факторов подробно изучено Эглоффом [94],

i 166 Часть I. Природа и свойства атмосферной пыли

Таблица 24

Запыленность воздуха в некоторых производственных

помещениях

Производство

Место или время измерения

Содержание

пыли

(ш~

г/м')

Электростанция Гердеке и Машинное отделение 0,19; 0,17

Зизель, Вестфалия

То же Двор 0,28

Электростанция Берлин — Двор и подвал

0,5; 0,6

Моабит

То же Прилегающая местность 0,43

Акционерное горно-про- У наружной стены зда- 0,9—1,0

мышленное общество ния

Ильзе, рудник Эрика

1—2

Хорошо проветренное жи-

лое помещение [97] 8—10

Класс школы [96]

Чугунолитейный завод

1,5

Сталелитейный завод

2,4—3,3

Чикаго Улица

2,5

Метрополитен, Нью-Йорк Станция

2,25—7,28

Метрополитен, Берлин Станция Зенефельдер-

2,5

плац

Современная мукомольная

мельница

3,5—8,4

Сталеплавильный завод

Прокатный цех

3,5—8,4

Зерп

4,7-7,5

Отделение шлифования же-

Середина помещения,

4,7-7,5

лезных изделий

пол грязный

То же

Около шлифовального

круга

Фабрика искусственной

Участок щипательных

шерсти

машин

То же

Участок резальных ма-

шин

Мастерская по изготовле-

нию плетеных изделий

из конского волоса [96]

!Гл.

5. Распределение пыли в атмосфере

167

Продолжение

Производство Место или время измерения

Содержание

пыли

(Ю

-3

г/м")

Лесопильный завод [96] 15—17

Мастерская по изготовле- 19—24

нию мраморных изделий

Токарная обработка метал-

5—25

лов [96]

Чугунолитейный завод

Отделение очистки отли-

71,7—100

вок

Сталеплавильный завод

То же

до 115,2

Зерп

Производство нюхательного

16—72

табака

Каменотесная

до 60

Производство валенок

175

Цементный завод

Во время работы

224

То же Во время перерыва 130

Мельница для размола

Бегуны и шаровые мель- 75—400

гипса ницы

Очистка отливок 210

Пескоструйная очистка от- 335—454

ливок [97]

Рудник по добыче золота Забой в кварцевой жиле

188—412

Разработка рудных место- Забой 200—412

рождений [97]

Корабль При наполнении бункера

200—600

углем

Эти же исследователи приводят ряд интересных срав-

нительных данных о запыленности свободной атмосферы

и различных закрытых помещений. Если содержание

пыли в свободной атмосфере принять за 100%, то в боль-

шом танцевальном зале оно составит: (зимой) 94%,

в кинотеатре (зимой) 92%, в театре (летом) 87%,

в классе после занятий 98%, в зале ожидания канатной

дороги на Гафелькар у Инсбрука 500%, в цехе резания

тряпья на бумажной фабрике 800—900%. Высокая

i 168

Часть I. Природа и свойства атмосферной пыли

запыленность воздуха на бумажной фабрике обусло-

влена источниками загрязнения в самом помещении.

В закрытых помещениях, где находится много лю-

дей, необходимо учитывать два специальных явления,

которые влияют на содержание пыли в воздухе: подня-

тие пыли людьми и абсорбцию пылинок в легких при

дыхании (см. табл. 36).

По данным Брезины и Шмидта [5], завихренная круп-

ная пыль (например, на мельнице или при разгрузке

угля) адсорбирует значительное количество витающих

мельчайших частиц, даже не имеющих заряда, и затем,

осаждаясь, очищает воздух.

В табл. 24 приведены данные ряда авторов [95—97]

о содержании пыли в некоторых производственных по-

мещениях, имеющих свои источники загрязнения воз-

духа. В таких помещениях запыленность воздуха опре-

деляется главным образом этими внутренними источни-

ками пылеобразования. При сопоставлении данных этой

таблицы необходимо иметь в виду, что колебания пока-

зателей частично вызваны различием методов измерения.

РАСПРОСТРАНЕНИЕ ПЫЛИ

Теория распространения пыли

Если известны источники пылеобразования, законы

выпадения пыли и характер движения воздушных масс,

наблюдающийся в настоящее время и вообще возмож-

ный в данных климатических условиях, то теория рас-

пространения пыли позволяет найти распределение ее

в любое время и в любых условиях, не прибегая к слож-

ным измерениям. Она дает возможность планировать

строительство промышленных предприятий и городов

в соответствии с требованиями гигиены.

Усовершенствованию теории распространения пыли

способствовало прежде всего развитие теории турбулент-

ности атмосферы и овладение современными математи-

ческими методами обработки данных. Упомянутая теория

касается всех параметров обмена, а следовательно, при-

менима к перемешиванию любых примесей воздуха,

скорость падения которых учитывается ею в той или

!Гл.

5. Распределение пыли в атмосфере

169

иной степени. Первое дифференциальное уравнение об-

мена воздуха, в которое входит постоянный коэффициент

обмена и градиент ветра, не зависящий от высоты [7, 98,

99], позволяет найти распределение пыли в атмосфере

для стационарных источников. Некоторые авторы

[100—103], усовершенствовавшие теорию распростране-

ния пыли в атмосфере, все еще исходят из стационар-

ности источников пыли и, кроме того, не принимают во

внимание гравитационное осаждение. Однако для дости-

жения большей точности в расчеты включена зависи-

мость коэффициента обмена воздуха и градиента ветра

от высоты. Исходя из неизменности во времени и про-

странстве горизонтального вектора ветра и тензора

обмена воздуха и рассматривая любое размещение источ-

ников пыли с изменяющимся количеством выбрасывае-

мых ими весомых частиц, Фортак [104] свел общее реше-

ние вопроса о распространении пыли к определению

функции Грина (эта функция определена в конечной об-

ласти). Полному овладению рассматриваемой теорией

мешает отсутствие точных сведений о влиянии различ-

ных форм рельефа подстилающей поверхности и о про-

текании процессов коагуляции во времени. Для того

чтобы отпала необходимость в сложных измерениях со-

держания пыли в воздухе, следует теоретически изучить

механизм возникновения вихрей и выпадения пыли.

Способ расчета распределения пыли зависит от по-

ставленной проблемы и требуемой точности. Для процес-

сов, совершающихся в сравнительно небольшом про-

странстве, например для процесса загрязнения воздуха

стационарным точечным источником, каким является

дымовая труба, выбрасывающая постоянное количество

загрязнений, существуют приемлемые формулы, позво-

ляющие рассчитать распределение пыли по отдельным

слоям атмосферы [102, 103, 105—107]. В частности, они

позволяют определить самые незначительные концентра-

ции пыли в приземном слое атмосферы и участки макси-

мальной запыленности (фиг. 46), а также количество

осевшей пыли [108]. Почти каждая из формул, предло-

женных различными авторами, имеет свою область при-

менения, в которой именно она является наиболее при-

годной.

i 170

Часть I. Природа и свойства атмосферной пыли

Краткую оценку их дал Хьюсон [43]. Теория расши-

рения струй дыма подробно рассмотрена в работах Ше-

лейховского [58] и Фукса [109].

Далее следует указать на теоретическое исследова-

ние Монина [110], касающееся горизонтального переме-

шивания загрязнений, поступающих из близких к земной

Максимальная концентрация,мг/м

0.004

Расстояние,

Фиг. 46. Максимальные наземные концентрации (пунктнр-

ные кривые) и расстояние от основания дымовых труб

(сплошные кривые), на котором они наблюдаются при раз-

личных профилях температуры и различных высотах труб

(по Сэттону). Удельный расход массы 1 г/сек [43].

/—область сильной инверсии; //

—

область умеренной инверсии;

///—средний температурный градиент; IV — большой температурный

коэффициент.

поверхности источников, и на работы Шмидта [111] и

Ромбакиса [112], в которых рассматривается распростра-

нение семян и цветочной пыльцы. Удовлетворительный

метод расчета, позволяющий определить распростране-

ние загрязнений (обычно вызываемых нестационарными

процессами) на большое пространство, впервые был

разработан Фортаком [113]. В этом случае для более

точного учета определенных граничных условий и особен-

ностей нестационарных источников пыли, распростра-

няющейся в различных направлениях, допустимо упро-

щение атмосферных факторов. При методе Фортака

принимается во внимание скорость падения частиц, и по-

!Гл.

5. Распределение пыли в атмосфере

171

этому он пригоден, например, для теоретического рас-

чета количества пыли, переносимой пассатами. Этим ме-

тодом удалось также установить влияние характера

почвы и растительности, например пустынь, водных про-

странств, зарослей, лесов, зеленых насаждений, на рас-

пределение пыли при пыльных бурях [114]. Большое

влияние на результаты вычислений оказывает спектр

распределения частиц пыли по размерам. Относительные

расстояния, пройденные двумя различными частицами,

обычно обратно пропорциональны квадратам их скоро-

стей падения.

Константы, принятые в этих теоретических исследо-

ваниях, и полученные результаты требуют эксперимен-

тальной проверки и подтверждения.

Экспериментальное исследование распространения пыли

Решению проблемы распределения пыли способ-

ствуют опыты и наблюдения, которые облегчают выяс-

нение ряда специальных вопросов и упрощают получе-

ние некоторых частных закономерностей. Результаты

опытов часто позволяют разработать обоснованные ги-

потезы и дают показатели, необходимые для использо-

вания теории при решении практических задач. Кроме

того, они могут подтверждать правильность теоретиче-

ских положений и превращать их в закономерности.

Экспериментальные исследования проводятся на мо-

делях и в большом масштабе в природе. К первому виду

относятся исследования процессов, протекающих в аэро-

динамической трубе [115—118], и аналогичных гидро-

динамических процессов. Наблюдения в природных усло-

виях проводятся на малых и больших пространствах и

касаются двух видов источников загрязнения воздуха —

естественных и вызванных деятельностью человека.

Источники второго вида разделяются на управляемые и

неуправляемые.

К области исследований, охватывающих небольшие

пространства, относятся главным образом обычные из-

мерения распространения видимых глазом клубов дыма

и облаков пыли, образующихся при работе промышлен-

ных предприятий. В большинстве случаев приходится

i 172

Часть I. Природа и свойства атмосферной пыли

иметь дело с непрерывными источниками загрязнения

воздуха, которыми нельзя управлять во время наблюде-

ния [119]. Пока лишь относительно немногие из таких из-

мерений дали результаты, сравнимые с теоретическими

[120—123]. Для изучения зависимости распространения

дыма от особенностей конструкции и работы дымовой

трубы были построены опытные отопительные установки,

позволяющие создать любые условия выброса дыма [124].

В целях исследования процессов диффузии в атмо-

сфере при разнообразных условиях измеряют скорость

растекания искусственных облаков дыма [125]. Устано-

влено, что в стратосфере с увеличением высоты размеры

облака увеличиваются, а при уменьшении стабильности

атмосферы возрастание размеров облака, наоборот, за-

медляется. В среднем в течение 3 мин. диаметр облака

увеличивается в 5 раз [126]. Особенно важно изучение

распространения аэрозоля в приземном слое атмосферы

в зависимости от рельефа подстилающей поверхности и

растительного покрова. Например, для успешной борьбы

с вредителями надо знать время и место выпадения

аэрозоля. С увеличением шероховатости земной поверх-

ности и скорости ветра (0—5 м/сек) вероятность выпа-

дения увеличивается [127].

К процессам распространения пыли на больших про-

странствах относятся выпадение пыли из пустынь

(стр. 197), извержения вулканического пепла (стр. 38),

большие лесные пожары, а также взрывы атомных бомб.

Эти процессы распространения пыли зависят главным

образом от общей атмосферной циркуляции. Горизон-

тальное и вертикальное распространение пыли, а также

ее отложение определяются рядом факторов, например

горизонтальным обменом воздуха на больших простран-

ствах, ведущими потоками, дивергенцией, турбулент-

ностью, циклогенезом, стабильностью, процессами вос-

ходящего скольжения, агеострофическим потоком масс

воздуха, выпадением осадков на больших площадях.

Полоса дыма, образовавшегося при больших лесных по-

жарах в 1950 г. в Западной Канаде (округ Альберта;

49° с. ш., 112° з. д.), вблизи источника возникновения

имела ширину 150 км, над восточной частью США —

1500 км и над Европой — 3000 км. Благодаря вертикаль-