Химико-экологическая оценка загрязнения свинцом атмосферы города Тюмени

период 2012–2015 гг. Мониторинг снежного покрова позволяет оценить общую загрязненность воздуха на территории города, выделить экологически благоприятные и неблагоприятные районы, установить мобильные и локальные источники загрязнения атмосферы и характер их влияния на прилежащие территории [8-16].

Тюмень длительное время развивалась, прежде всего, как административный и интеллектуальный центр огромной области, и город длительное время не знал проблем с загрязнением среды в таком масштабе, в каком их испытывали многие другие города России, особенно складывающиеся вокруг металлургических и химических предприятий [4]. На территории города выделяют 4 административных округа: Калининский, Центральный, Ленинский и Восточный (рис. 1). Контроль качества воздушной среды осуществляется 3 независимыми организациями: 1) стационарными постами контроля общегосударственной системы наблюдений Тюменского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды; 2) Центром гигиены и эпидемиологии в Тюменской области; 3) передвижной лабораторией МУ «ЛесПаркХоз» [11]. Основным источником экспериментальной информации для определения фоновых концентраций загрязняющих веществ городе являются данные стационарных постов наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. Выбор места расположения стационарных постов при организации наблюдений за загрязнением атмосферы в городе осуществлялся органами гидрометеорологической службы в 1967-2004 гг. (рис. 2) [11].

Как видно по карте на рис. 2, 3 стационарных поста расположены неравномерно по территории города и не могут производить эффективный мониторинг состояния воздушного бассейна, ввиду того, что уже не учитывают современную застройку города и расположение других источников загрязнения помимо крупных автомагистралей города.

Рис. 1. Схема размещения предприятий в г. Тюмени

особенность климата и микроклимата территории, которые во многом определяют способность атмосферы рассеивать и адсорбировать вредные примеси. Это зависит от характера турбулентного обмена и ветрового режима, наличия тумана, рельефа местности, наличия растительности и водных объектов, а также температурных инверсий. На аэрационный режим конкретной территории влияет характер планировки и застройки города в целом и его отдельные элементы, например ориентация и профиль основных автомагистралей. Поэтому наличие открытых пространств, больших озелененных площадей является важнейшим фактором очистки воздуха от вредных примесей. Для Тюмени характерно уменьшение количества зелёных насаждений, площади газонов в результате застройки и расширения проезжей части улиц, площади пригородных лесов вследствие пожаров, устройства коттеджных и дачных поселков [4].

Рис. 2. Карта стационарных постов наблюдений в Тюмени [11]

Рис. 3. Размещение промышленных источников загрязнения в г. Тюмени

Влияние хозяйственной деятельности человека на процессы экологии значительно. Немаловажное значение в загрязнении атмосферы города имеют выбросы, сбросы и отходы промышленных предприятий, автотранспорта и предприятий энергетики. На территории города расположено больше 200 крупных предприятий, которые представляют 12 отраслей промышленности. По объемам энергетика составляет 44%, машиностроение и металлообработка - 25%, пищевая - 11,2%, лесная и деревообрабатывающая - 6,1%, строительных материалов - 2%, химическая и нефтехимическая - 1,2%. Равномерное, в целом по всему городу, расположение промышленных предприятий имеет свои положительные и отрицательные стороны (рис. 3). Негативный аспект заключается в том, что при любом румбе ветров какая-либо часть города оказывается под шлейфом загрязнителей. В то же время отдельные районы города не подвергаются одновременно суммарному воздействию всех промышленных предприятий, как если это случилось бы при концентрации всех производственных узлов на какой-либо одной территории.

Важнейшим фактором, обуславливающим состояние атмосферного воздуха, является

К категории техногенных источников, воздействующих на все компоненты городской среды, отнесены, главным образом, предприятия машиностроения, металлообработки и строительного комплекса. К таким предприятиям относятся: машиностроительный завод, станкостроительный завод, судостроительный завод, ОАО «Тюменский аккумуляторный завод», Завод бетонных изделий, Тюменский ЖБИ. Особые группы экологически опасных предприятий занимают предприятия энергетики: ТЭЦ-1, ТЭЦ-2 и транспорта: аэропорт Рощино, Тюменская станция Свердловского отделения ОАО «Российские железные дороги» и т.д. По данным

Тюменьстата, в 2013 г. в Тюменской области число учтенных предприятий и организаций, осуществляющих эмиссию загрязняющих веществ в атмосферу, возросло с 1082 до 1195, источников выбросов - с 17156 до 22354 [19,20].

Город Тюмень по характеру техногенного загрязнения в настоящее время относится к типу городов, для которых уровень антропогенной нагрузки определяется, в основном, выбросами автотранспорта и в котором выбросы автотранспорта составляют более 80% валовых выбросов загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу города. Линейная структура, неразвитость поперечных направлений, искусственные и естественные преграды, непланомерное развитие города, бессистемное решение транспортных проблем привели к тому, что транспортные магистрали в условиях интенсивной автомобилизации населения не соответствуют потребностям горожан. Километровые заторы наблюдаются на главных магистралях города (ул. Мориса Тореза, Республики, Герцена, Ленина); экологическая обстановка вдоль таких магистралей опасна для здоровья жителей [4]. В Тюмени ежегодно от различных заболеваний умирает примерно 6000 человек; из них около 2000 человек вследствие экологического неблагополучия (по статистике 30 % всех заболеваний связано с состоянием экологии).

Ввиду сложившейся экологической обстановки в г. Тюмени изучение форм распространения такого поллютанта, как свинец является неотъемлемой ступенью в комплексном экологическом мониторинге городской среды.

Цель работы: оценка распределения содержания свинца на территории города и изучение динамики загрязнения атмосферы г. Тюмени в зимние периоды 2012-2015 гг. на основе химического анализа снежного покрова.

Объекты и методы исследования. В пределах города отбор проб снега производился на участках с ненарушенным снежным покровом у промышленных предприятий, тепловых электростанций и т.п., в жилых кварталах города, парках, скверах, садах, у транспортных магистралей (не ближе 50 м). Отбор проб производился весовым снегомером (ВС-43) в соответствии с нормативными документами [18]. В качестве фоновой точки был выбран участок, расположенный в лесном массиве на расстоянии 24 км от города. Данный участок испытывает минимальное антропогенное воздействие, концентрации химических элементов в этой точке были приняты в качестве фоновых. В зимние периоды 20122013 гг. и 2013-2014 гг. с территории города было отобрано 50 проб снега в каждый зимний период, в 2015 г. количество проб было увеличено до 90.

Предварительная обработка проб снега заключались в фильтровании, после чего отфильт- рованная талая вода и взвешенное вещество на фильтрах подвергались дальнейшей обработке и анализу. Полученный осадок на фильтре высушивали при температуре 105°С, далее прокаливали в тиглях при 550оС в муфельной печи в течение 2-3 часов до постоянной массы. Озоленную пробу растворяли в 10 см3 10% азотной кислоты, переносили в мерную колбу вместимостью 50 см3 и доводили бидистиллированной водой до метки. Таким образом твердую компоненту переводили в жидкий вид для дальнейшего исследования на содержание свинца атомно-абсорбционным методом на ААС Shimadzu AA-6300; фильтрат талой воды анализировался также атомно-абсорбционным методом на ААС Спираль-17 без дополнительной пробоподготовки.

Результаты исследования. Среди специфических загрязняющих веществ в воздушном бассейне городов важное место занимают металлы, большинство которых относится к первому и второму классам опасности. Их негативное влияние на человека проявляется не только в прямом воздействии высоких концентраций, но и в отдаленных последствиях, связанных со способностью многих металлов аккумулироваться в организме. Металлы содержатся в большинстве видов промышленных, энергетических и автотранспортных выбросов в атмосферу и могут являться индикаторами техногенного воздействия этих выбросов на окружающую среду [32]. Свинец – токсикант 1-го класса опасности, имеет высокую растворимость, биохимическую активность и канцерогенность; обладая повышенной тенденцией к биоаккумуляции и комплексообразованию, может находиться в окружающей среде в минеральной и органической формах [11].

Содержание свинца в снежном покрове 2013 г. в г.Тюмени изменяется в интервале от 0 до 180 мкг/л. Определение содержания свинца в жидкой и твердой фазе (пыли) снега представлено на диаграмме (рис. 4), из которой видно, что в основном свинец мигрирует в виде твердых частиц и только 3% переносится в водорастворимой форме. Фоновое значение концентрации свинца составляет 0,1 мкг/л в жидкой фазе, в твердой – 27 мкг/л. В значительной части проб, как в твердой, так и в жидкой фазах наблюдается превышение ПДК для рыбохозяйственных водоемов (0,006 мг/л) от 2 до 30 раз.

В снежном покрове 2014 г. содержание свинца изменяется в интервале от 0 до 214 мкг/л. По сравнению с 2013 г. преобладающей формой миграции по-прежнему остается твердая, но доля водорастворимых форм свинца в снеге возрастает более, чем в 2 раза. Концентрация свинца на фоновом участке в жидкой фазе также увеличилась почти в 2 раза (1,9 мкг/л), а содержание свинца в твердой фазе существенно уменьшилось (17 мкг/л). В 2015 г. пробы снега были про- анализированы только в жидкой фазе, в которой содержание свинца колеблется от 0 до 30,4 мкг/л. Если сравнивать с прошлым годом, то наблюдается небольшой спад максимальной концентрации свинца с 38,4 до 30,4 мкг/л, но значительно превышает содержание данного показателя в 2013 г. (9,2 мкг/л).

Рис. 4. Диаграмма миграции форм свинца в 2012-2014 гг.

Для объективной характеристики оценки опасности загрязнения территории города был рассчитан коэффициент концентрации (Кс), представляющий собой отношение концентрации свинца в исследуемых пробах к фоновой концентрации [21]. Использование коэффициента концентрации позволило исключить влияние различий во времени и условиях накопления снега и сравнивать результаты разных лет между собой. Средние значения и интервалы изменения коэффициентов концентрации представлены в табл. 1. Изучение распределения форм свинца в 2013 г. на территории города (рис 5 и 6) показало, что ореолы рассеяния свинца в жидкой и твердой формах существенно различаются.

Таблица 1. Средние значения и интервалы К(с) по свинцу в 2012-2015 гг.

Год	Жидкая фаза		Твердая фаза
	Кс к фону	Кс к ПДК хоз.быт.вод.	Кс к фону	Кс к ПДК хоз.быт.вод.
2013	7,72 ± 5,12	0,08 ± 0,05	0,89 ± 0,36	2,36 ± 0,96
	0,05÷88,85	0,00÷0,92	0,00÷6,73	0,00÷17,92
2014	1,79 ± 0,93	0,33 ± 0,17	2,36 ± 0,68	4,08 ± 1,18
	0,00÷20,53	0,00÷3,84	0,00÷12,34	0,00÷21,30
2015	52,75 ± 15,09 0,00÷304,00	0,53 ± 0,15 0,00÷3,04

Площади распространения свинца в твердой фазе в значительной степени локализованы и одна из них привязана к области района Дом Обороны, где источником загрязнения является Аккумуляторный завод, а другая к микрорайону Казарово, где наиболее вероятным источником поступления металла являются твердые виды топлива, используемые в частном секторе. Для жидкой фазы характерно распространение на большее расстояние от источника загрязнения. Можно выделить ряд участков, где распределение концентрирования свинца в такой форме в большей степени связано с автомагистралями, при этом данная форма является более значимой, чем миграция в твердой фазе.

Возрастание суммарного содержания свинца в 2014 г. (рис. 7, 8) получило отражение на картах изоконцентраций, области распространения как жидкой, так и особенно твердой фазы значительно увеличились и, по сути, занимают почти всю территорию города.

Возрастание суммарного содержания свинца в 2014 г. (рис. 7, 8) получило отражение на картах изоконцентраций, области распространения как жидкой, так и особенно твердой фазы значительно увеличились и, по сути, занимают почти всю территорию города.

Рис. 5. Карта изоконцентраций К(с) свинца в жидкой фазе снежного покрова 2012-2013 гг.

Рис. 6. Карта изоконцентраций К(с) свинца в твердой фазе снежного покрова 2012-2013 гг.

Рис. 7. Карта изоконцентраций К(с) свинца в жидкой фазе снежного покрова 2013-2014 гг.

Рис. 8. Карта изоконцентраций К(с) свинца в твердой фазе снежного покрова 2013-2014 гг.

Как видно по результатам исследований в течение последних 3 лет большинство максимумов значения свинца и в той, и в другой фазе обусловлено выбросами предприятиями машиностроения и металлообработки, а также как основной поставщик свинца в атмосферу не сдает своих позиций автотранспорт. Несмотря на то, что в 2002 г. был введен запрет на использование этилированного топлива, в неэтилированном топливе хоть и на порядок меньше, но все равно продолжает содержаться свинец. К тому же г. Тюмень – один из самых автомобилизированных городов России, где на каждую тысячу жителей приходится примерно по 450 автомобилей, т.е. личный автомобиль почти у каждого второго. И это без учета транзитного транспорта, ежедневно въезжающего и выезжающего с территории города, образуя заторы и пробки, способствующие накоплению в атмосфере свинца, формальдегида, бензапирена и др. опасных веществ. Таким образом регулярные загрязнения в районе крупных автомагистралей объясняются транспортной обстановкой города.

Выводы: при анализе снегового покрова для получения объективных данных в результате мониторинга необходимо отдельно анализировать твердую и жидкую фазы снега, чтобы установить формы миграции загрязнителей и определить приоритетные источники загрязнения и область их воздействия. Большинство промышленных предприятий г.Тюмени и прилежащих территорий являются источниками загрязнения атмосферного воздуха пылеаэрозолями. Ореол распространения пылевых загрязнений в значительной степени зависит от скорости и направлении ветра, особенностей застройки, количества и частоты выпадения осадков. Установлено, что свинец мигрирует в атмосфере преимущественно в твердой фазе и основными источниками его поступления являются предприятия машиностроения, металлообработки и строительный комплекс и транспорт. При административном ранжировании районом с самой высокой антропогенной нагрузкой по свинцу является Калининский округ, районом с самой низкой является Ленинский АО.