Бенз(а)пирен, как токсичный контаминант отработавших газов

Среди органических веществ, загрязняющих атмосферу, почвы и природные воды, особое место занимают полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). Эти соединения относятся к суперэкотоксикантам 1го класса опасности, поскольку многие из них, обладают мутагенными и канцерогенными свойствами и способны к накоплению в природных объектах. В атмосфере ПАУ преимущественно сорбированы на твердых частицах аэрозоля. Размеры частиц в значительной степени определяют дальнейшее поведение ПАУ, их осаждение из атмосферного воздуха и перенос воздушными массами в направлении доминирующих ветров. Выпадение ПАУ при сухом осаждении, с атмосферными осадками приводит к накоплению их в почвах и поверхностных водах. Из сотен ПАУ различного строения, обнаруженных в объектах окружающей среды, для постоянного контроля выбран узкий ряд приоритетных соединений. В России это лишь один ‒ бенз(а)пирен.

Одним из широко распространённых источников бенз(а)пирена является процесс горения практически всех видов горючих материалов. Бенз(а)пирен присутствует в дымовых газах, копоти и саже, оседающих в дымоходах и на поверхностях, имевших контакт с дымом, точнее в смолистых веществах, содержащихся в продуктах сгорания. Он образуется в результате протекания процессов полимеризации относительно простых по структуре осколков молекул (в основном свободно радикального характера), которые образуются из исходного топлива вследствие действия высоких температур, при неблагоприятных условиях горения. Антропогенные источники бенз(а)пирена могут быть стационарными (промышленные предприятия, ТЭЦ, крупные и мелкие отопительные системы), загрязняющими атмосферу в относительно ограниченных районах, и передвижными (транспорт), выбросы которых распространяются на значительно большие пространства [2].

В молекулярно-дисперсном состоянии бенз(а)пирен может находиться лишь в ничтожно малых количествах. В воздухе он преимущественно связан с твердыми частицами атмосферной пыли. Твердые частицы, содержащие бенз(а)пирен, довольно быстро выпадают из воздуха вследствие седиментации (разрушение коллоида и выпадение осадка), а также с атмосферными осадками и переходят в почву, растения, почвенные воды и водоемы. Это обуславливает довольно большую изменчивость концентрации бенз(а)пирена в атмосферном воздухе, которая зависит не только от интенсивности выброса его из источника загрязнения, но и от метеорологических условий. Будучи химически сравнительно устойчивым, бенз(а)пирен может долго мигрировать из одних объектов в другие. В результате многие объекты и процессы окружающей среды, сами, не обладающие способностью синтезировать бенз(а)пирен, становятся его вторичными источниками.

Почвы и грунты на территориях, прилегающих к автомагистралям, испытывают регулярное химическое загрязнение полициклическими ароматическими углеводородами, которые содержатся, главным образом, в газопылевых выбросах автотранспорта. Ситуация усугубляется тем, что дорожные проезды за пределами боковых примагистральных газонов активно используются в качестве парковок автомобилей, часто кратковременных. Как известно, выхлопные газы прогревающегося двигателя автомобиля более обогащены токсичными веществами, особенно ПАУ (в том числе 3,4-бенз(а)пиреном). Поэтому уровень химического загрязнения этих участков довольно высок.

Проведем оценку концентрации бенз(а)пирена вблизи магистрали шириной R g=5 м при средней плотности автомобильного потока [ N ]=100 авт/км на базе в 1 км при средней скорости движения автомобилей 60 км/час [1].

На рисунке показана зависимость убывания концентрации бенз(а)пирена на обочинах магистрали. Видно, что превышение среднесуточного ПДК в атмосфере, равного 1нг/м3 наблюдается на расстояниях меньших 15 м от центральной разделительной полосы магистрали, что объясняется значительной молярной массой бенз(а)пирена. В пределах этой зоны не рекомендуется любая торговля или другая хозяйственная деятельность.

Средняя концентрация бенз(а)пирена в пределах города СА =0,18 нг/м³. Коэффициент концентрации КА = СА / ПДК А=0,18.

Поскольку ветровая нагрузка и продуваемость городских магистралей меняются в широких пределах, то накопление и пространственное распределение концентрации бенз(а)пирена в грунтах зоны аэрации являются случайной величиной с большим среднеквадратичным отклонением.

Рисунок - Зависимость убывания концентрации бенз(а)пирена С (мкг/м³) от расстояния r (м) от центральной разделительной полосы магистрали

Измерения, проведенные в различных районах городов Воронежа и Липецка, со сходной плотностью автотранспорта, показали, что усредненная накопленная концентрация бенз(а)пирена в грунтах зоны аэрации СГ =0,009 мг/кг при ПДКГ =0,02 мг/кг. Коэффициент концентрации КГ = СГ / ПДКГ =0,45. Превышение этой величины наблюдалось только вблизи перекрестков с высокой плотностью автомобильных потоков.

Отношение коэффициентов концентрации в грунтах зоны аэрации к среднесуточному коэффициенту концентрации бенз(а)пирена в атмосфере КГ / КА =0,45/0,18=2,5>1. Налицо тенденция накопления бенз(а)пирена в городских грунтах зоны аэрации, где концентрация бенз(а)пирена находится на уровне техногенного фона, в то время как в атмосфере за счет ее самоочищения этот показатель находится на уровне природного фона.

Таким образам, можно сделать вывод, что накопленная концентрация бенз(а)пирена в грунтах зоны аэрации городских территорий определяется плотностью автомобильного транспорта и имеет тенденцию к накоплению. Превышение ПДК наблюдается вблизи автомагистралей на расстоянии до 15м в атмосфере и 25м в грунтах.