нии образуется вытянутое облако продуктов сгорания с концентрациями хлористого водорода порядка 10-20 тыс. мг/м3. В процессе первоначального подъема и расширения облака средняя концентрация хлористого водорода в нем за несколько первых минут уменьшается до 100-1000 мг/м3. Такая концентрация в центре облака может сохраняться в течение нескольких десятков минут. При относительной влажности воздуха свыше 60% и содержании водяных паров в продуктах сгорания более 7% в облаке может происходить конденсация паров соляной кислоты и последующее выпадение капель аэрозоля. В этом случае наблюдаются более высокие приземные концентрации HCl, чем в условиях без конденсации. Основными "загрязнителями" геологической среды являются твердые частицы оксида алюминия и соляная кислота.
Испытания РДТТ проводятся круглогодично начиная с 1964 г. Нами изучалось влияние испытаний на поверхностные воды, грунты и снежный покров.
ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИСПЫТАНИЙ
Испытательный стенд находится в Кировском районе г. Пермь. Экологическая обстановка района складывается под воздействием предприятий нефтехимической, химической, оборонной, строительной и других видов промышленности, а также выбросов автотранспорта. Длительное техногенное воздействие различных источников привело к определенным деформациям компонентов окружающей среды, причем выделить роль каждого источника крайне затруднительно.
Территория расположена на правобережной пойме и 2-й надпойменной террасе р. Кама. Рельеф поймы волнистый, осложнен многочисленными заболоченными старичными понижениями и озерами, узкими грядами, валами. Поверхностные воды представлены старичными озерами в пределах широкой правобережной поймы Вот-кинского водохранилища, а также многочисленными болотами на пойме и в меньшей степени на террасах Камы. Воды гидрокарбонатно-кальцие-во-натриевого состава с минерализацией 0.10.2 г/л. В талых снежных водах преобладает ион
s о;- , а общая минерализация не превышает 20 мг/л [10, 12].
В геологическом строении территории принимают участие аллювиальные отложения четвертичной системы. Пойму слагают суглинки, глины (иногда заторфованные), супеси, пески, гравийные грунты, 2-ю надпойменную террасу - пески, песчано-гравийные отложения, суглинки. Они подстилаются континентальными отложениями
верхнего отдела пермской системы, представленными аргиллитами, песчаниками, известняками.
В пределах поймы грунтовые воды вскрыты на глубине 0-3 м. Вскрытая мощность водообиль-ной зоны составляет около 20 м. В пределах 2-й надпойменной террасы грунтовые воды залегают на глубинах 7-14 м. Воды пресные гидрокарбонат-но-хлоридно-кальциево-натриевые, гидрокарбо-натно-кальциево-натриевые, хлоридно-карбонат-но-кальциевые, гидрокарбонатно-кальциевые, хло-ридно-сульфатно-натриевые с минерализацией 0.15-0.6 г/л. Водоносный горизонт плохо защищен от поверхностного загрязнения, так как зона аэрации сложена в основном песками с коэффициентом фильтрации от 0.2 до 3.2 м/сут.
Преобладающий тип почв на исследуемой территории - подзолистый, включающий несколько подтипов, различающихся глубиной залегания, мощностью и выраженностью подзолистого горизонта. Примыкающая к пойме Камы часть территории характеризуется болотно-подзолистым и болотным типами почв. По гранулометрическому составу доминируют песчаные и супесчаные разновидности. Растительность в пределах исследуемой территории представлена лесными, луговыми, болотными и с высокой долей синан-тропных видов сообществами растений [8].
ОРГАНИЗАЦИЯ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА ВЛИЯНИЕМ ИСПЫТАНИЙ
НА ЭКОЛОГИЧЕСКУЮ ОБСТАНОВКУ
Для выявления экологических последствий сжигания твердых ракетных топлив необходима организация системы наблюдений за миграцией и формами нахождения загрязнителей в окружающей среде. Опыт, накопленный во время наблюдений при испытаниях на открытом стенде, с учетом результатов математического моделирования рассеивания продуктов сгорания [12], дает возможность предложить систему мониторинга, позволяющую дать оценку воздействия сжигания ракетного топлива на окружающую среду. Эта система включает две составляющие - наблюдения во время испытаний и постоянные наблюдения за состоянием окружающей среды (рис. 1).
Наблюдения во время испытаний позволяют определить степень, зону и продолжительность загрязнения атмосферы, состав и количество выпадающих загрязняющих веществ и их взаимодействие с почвой, грунтами и гидросферой.
Постоянные наблюдения включают отбор и анализ проб воздуха (для определения фона), почв, грунтов, подземных и поверхностных вод и оценку состояния биологических компонентов, позволяющих оценить динамику накопления загрязнений и влияние испытаний на окружающую среду в целом. Элементы предлагаемой системы
Наблюдения во время испытаний Природные среды
I
Синоптические наблюдения
"—-у Атмосфера
Наблюдения за перемещением облака у// Поверхностные воды
Подземные воды
Грунты
Наблюдения за выпадением загрязнителей
Почвы
///
Растительность
Отбор и анализ проб Животный мир
Рис. 1. Система наблюдений для оценки воздействия сжигания ракетного топлива на окружающую среду.
были опробованы как во время испытаний, так и при экологическом обследовании района стенда. Некоторые методические особенности проведенных наблюдений и их результаты изложены ниже.
Наблюдения за выпадением загрязнителей из облака
Основные загрязнители, как отмечалось выше, выпадение которых возможно на земную поверхность в заметных количествах, HCl и оксиды алюминия.
ракетный двигатель
№ - гС У)
/ ^ i отбойная ф ™ стенка 2
озеро 0 100 200 300 м 1 1 1 1
Рис. 2. Схема размещения точек наблюдения во время испытаний 28 мая и 29 мая 2002 г.
Для оценки величин выпадения HCl на земную поверхность разработана и апробирована методика, заключающаяся в расстановке специальных ловушек по траектории движения облака. Ловушки представляют собой емкости, заполненные дистиллированной водой или раствором 0.01 н. Na2CO3. В ловушках за счет выпадения из облака должно происходить увеличение содержания Cl- и снижение pH растворов.
Предварительная апробация методики была проведена во время испытаний 28 и 29 мая 2002 г. Ловушки были установлены в трех точках в районе стенда (рис. 2). Контроль осуществлялся по двум параметрам - рН и Cl-. Во время этих испытаний определялся также оптимальный объем растворов, заливаемых в ловушки (табл. 1). Как показали наблюдения, использование 0.01 н. раствора Na2CO3 объемом 0.25 л позволяет повысить чувствительность метода. Указанные параметры ловушек были использованы во время последующих испытаний. При испытаниях (5 июня 2002 г.) ловушки были размещены в 11 точках в районе стенда по направлению ветра, фиксированного до начала испытаний. Полученные значения pH и содержания Cl- показаны на рис. 3.
Во всех трех случаях после проведения испытаний зафиксировано увеличение содержания Cl-в ловушках, что свидетельствует о принципиальной возможности использования этого метода для контроля выпадений HCl. Для количественной оценки выпадения HCl из облака необходима дальнейшая разработка оптимальной сети наблюдения по траектории его движения. Отметим также, что предпринимались попытки обнаружения твердых частиц оксида алюминия в ловуш-
Таблица 1. Экспериментальные наблюдения по оценке возможности контроля выпадений хлористого водорода во время испытаний 28 и 29 мая 2002 г.
№ точки
28 мая объем жидкости 0.50 л
н2о
^9со3
рН С1- рН С1- рН С1- рН С1-
1 7.27 7.24 10.13 13.93 6.80 6.55 8.07 9.75
2 7.18 11.56 9.40 15.88 - 16.86 9.66 29.53
3 6.17 3.90 10.35 7.38 6.29 13.09 10.5 11.56
Фон 7.15 2.50 10.37 4.60 6.24 2.50 10.35 4.60
29 мая объем жидкости 0.25 л
н2о
^9со
3
ках. Однако его концентрация оказалась ниже чувствительности методов.
Основными компонентами твердой фазы выбросов, образующихся при испытаниях, являются различные модификации оксида алюминия: а-А1203, у-А1203, Х-А1203, 8-А1203, 9-А1203 и к-А1203.
В природных условиях встречается только а-А1203 -корунд, что позволяет уверенно использовать остальные модификации в качестве индикаторов загрязнения при сжигании РДТТ. Отметим, что а, в, у-А1203 входят в состав так называемого технического глинозема [2].
оз. Горькое
оз. Мал. Ласъвинское
Условные обозначения
Точка наблюдения, справа 3 ч числителе содержание С1- в мг/л, $ знаменателе - значение РН
10.28
Стенд
Траектория движения облака Направление ветра
5.57
1574 о 1034 % 10.23 3.2> ,
Условный фон
3.20 10.45
0 100 200 300 400 500 м
1_I_I_I_I_I
Рис. 3. Экспериментальные наблюдения за выпадением хлористого водорода в ловушки с раствором ^2С03 во время испытания 5 июня 2002 г.
Таблица 2. Химический состав водной вытяжки твердых продуктов сгорания, мг/кг грунта
№ пробы нсо3 С1- да3 N02 Са2+ Mg2+ №+ + К+ Fe3+ Р^общ А13+ Сумма рН
1 2 33.6 30.5 348.2 144.1 967.9 289.0 63.1 27.6 0.1 0.4 489.0 163.4 38.9 6.1 118.4 57.5 60.5 17.9 0.2 0.1 0.6 0.3 0.3 1.2 2120.1 737.5 5.5 5.8
Корунд химически стоек по отношению ко многим химическим реагентам. Он очень медленно реагирует с растворами щелочей и кислот даже при высоких температурах. Корунд обладает высокой твердостью, практически не гигроскопичен. Теплота образования по реакции 2А1тв + + 1.502газ = а-А1203, происходящей при сжигании ракетного топлива, составляет примерно 1675 кДж/моль [3, 14]. При нагревании до температуры 1600-1700°С происходит разложение в-А1203 и превращение его в а-А1203.
у-А1203 имеет кристаллическую решетку кубической сингонии (типа шпинели). В зависимости от температуры получения кристаллизуется как в скрытокристаллической, так и в явно кристаллической формах. При нагревании превращение у-А1203 в а-А1203 происходит с образованием промежуточных метастабильных фаз 5- и 0-А12О3 [7, 14]. В отличие от а-А1203, у-А1203 хорошо растворяется как в кислотах, так и в щелочах. Скрыто-кристаллический у-А1203 обладает большой способностью поглощать влагу, а также другие вещества.
Дифрактограммы различных модификаций оксида алюминия часто невыразительны, так как фазы слабо раскристаллизованы [16].
Для исследования состава твердой фазы твердых пр
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.