Исследование содержания мелкодисперсных частиц в атмосферном воздухе вблизи автомобильных дорог
Автор: Уланова Т.С., Антипьева М.В., Волкова М.В., Гилва М.И.
Журнал: Анализ риска здоровью @journal-fcrisk
Рубрика: Практика оценки риска в гигиенических и эпидемиологических исследованиях
Статья в выпуске: 4 (16), 2016 года.
Бесплатный доступ
Приведены результаты инструментального определения массовой концентрации взвешенных частиц РМ2.5, РМ10 и общей пыли (TSP), содержащихся в атмосферном воздухе крупного города вблизи автомобильных дорог. Измерения проводили с использованием лазерного анализатора аэрозолей DustTrak 8533 в течение 2016 г. Отбор проб (n = 67) был организован по сокращенной программе на базе маршрутных постов, размещаемых на территориях, примыкающих к асфальтированным магистралям с интенсивным движением транспорта - до 1200 автомобилей в час на исследуемых участках. Разовые концентрации взвешенных частиц достигали уровней 1,5 ПДКмр. За исследуемых период превышений установленных величин ПДКсс для мелкодисперсных частиц фракций РМ2.5 и РМ10 вблизи автомобильных дорог не выявлено. Установлены и параметризованы достоверные линейные зависимости между числом дизельного автотранспорта на остановках и концентрациями взвешенных частиц РМ2.5, РМ10, TSP (коэффициент корреляции от 0,62 до 0,65; критерий Фишера от 14,2 до 38,0; p2.5 и РМ10 вблизи автомагистралей крупного промышленного центра, для планирования мониторинговых исследований на территории крупного промышленного центра.
Мелкодисперсные частицы, выбросы автотранспорта, атмосферный воздух, лазерная нефелометрия
Короткий адрес: https://sciup.org/14237975
IDR: 14237975 | УДК: 614.715: | DOI: 10.21668/health.risk/2016.4.05
Investigations of fine particles concentrations in the atmospheric air near highways
This paper presents the results of the experimental determination of particulate matter PM2,5, PM10 mass concentration and total suspended particles up to 15 microns (TSP), which are the priority components of air pollutants near the highways. The measurements were made during the year 2016 using a laser analyzer of aerosol DustTrak 8533. The study shows the dependence of the particulate matter concentration from the time of day and the traffic congestion. The sampling (N = 67) was performed due to brief program on the basis of the route monitoring station, which is located on the road junction with heavy traffic - up to1,200 vehicles per hour on the test sites. The single concentrations of the suspended substances reached the levels of the Maximum permissible concentration (MPC) of 1.5. During the study period, the exceeding of the established average daily MPC for fine particles PM2.5 and PM10 fractions near the highways have not been identified. The significant linear relationship between the number of diesel vehicles on stops and the concentrations of particulate matter PM2.5, PM10, TSP (correlation coefficient from 0.62 to 0.65; Fisher's criterion of 14.2 to 38.0; p 2.5, PM10 concentrations on the sites close to the highways of the large industrial center.
Текст научной статьи Исследование содержания мелкодисперсных частиц в атмосферном воздухе вблизи автомобильных дорог
0,035 мг/м3 (PM 2.5 ) и 0,06 мг/м3 (PM 10 ); максимальная разовая – 0,16 мг/м3 и 0,3 мг/м3; среднегодовая – 0,025 мг/м3 и 0,04 мг/м3 соответственно [7]. . Мониторинг загрязнения атмосферного воздуха взвешенными частицами является востребованным, вместе с тем до 2016 г. определения концентраций мелкодисперсной пыли носили научно-исследовательский характер [4–6, 8, 9, 14, 18, 22], за исключением организованного автоматизированного мониторинга в г. Москве, Санкт-Петербурге, Сочи, Казани [16, 17]. С введением в действие в марте 2016 г. РД 52.04.830-2015 «Массовая концентрация взвешенных частиц РМ 10 и РМ 2.5 в атмосферном воздухе» и РД 52.04.840-2015 «Применение результатов мониторинга качества атмосферного воздуха, полученных с помощью методов непрерывных измерений» установлен эталонный гравиметрический метод измерений массовой концентрации взвешенных частиц диаметром менее 10 мкм и менее 2,5 мкм, позволяющий также определять корректировочный коэффициент для автоматического анализатора.
Особенностью российской системы нормирования является 20-минутное осреднение данных, в том числе полученных с помощью методов непрерывных измерений [20]. Методы прямых измерений с помощью газоанализаторов и пылемеров позволяют организовать фонд данных о состоянии и загрязнении атмосферного воздуха городов [20].
В условиях крупного промышленного центра поступление мелкодисперсных частиц в атмосферу в основном обусловлено антропогенными источниками: выбросами автотранспорта и промышленных предприятий [1]. Например, в Пекине, по оценкам Пекинского центра охраны и мониторинга окружающей среды, частицы РМ 2.5 образуются, главным образом, в результате сжигания угля и выброса выхлопных газов [2].
В процессе сгорания топлива и работы дизельных двигателей автотранспортных средств образуется большое число мелкодисперсных частиц [10]. Помимо непосредственных выбросов от работы двигателей, мелкодисперсные частицы образуются также в результате износа дорожного полотна и автомобильных шин. Мелкодисперсные частицы сажи за счет своих малых размеров, обусловливающих медленное естественное выведение из атмосферы, и сорбционных свойств могут увеличивать свою токсичность поглощением вредных веществ из выбросов и переносить на тысячи километров, представляя угрозу здоровью человека и окружающей среде [10]. В загрязнении атмосферного воздуха крупных городов доля выбросов автотранспорта может достигать 60–90 % [11]. Автомобильные выбросы содержат десятки различных токсичных веществ, среди которых в приоритете наряду с бенз(а)пиреном и сажей мелкодисперсные частицы РМ2.5, РМ10 [1, 14, 15, 18].
Целью настоящей работы являлось исследование содержания мелкодисперсных частиц РМ 2.5 , РМ 10 в атмосферном воздухе вблизи автомобильных дорог.
Материалы и методы. Для определения содержания мелкодисперсных частиц в атмосферном воздухе использовали анализатор пыли DustTrak, модель 8533, имеющий диапазон размеров регистрируемых частиц 0,1–15 мкм. Диапазон измерения массовой концентрации частиц аэрозоля 0,01–150 мг/м3 [21]. Инструментальные исследования содержания мелкодисперсных частиц и суммы взвешенных частиц (TSP) в атмосферном воздухе выполняли в теплый период (весна – лето) 2016 г. Измерения были организованы по сокращенной программе согласно ГОСТ 17.2.3.01-86 на базе маршрутных постов, размещаемых на территориях, примыкающих к асфальтированным магистралям с интенсивным движением транспорта – до 1200 автомобилей в час на исследуемых участках [12]. Продолжительность измерений и период усреднения при определении разовых концентраций составляли 20 мин, регистрация единичных значений посекундная. Высота размещения прибора составляла 1,5 м. Замеры сопровождались измерением температуры воздуха и скорости ветра.
Измерение уровня загрязнения воздуха, обусловленного выбросами автотранспорта [19], проводили при различных метеоусловиях и интенсивности движения автотранспорта. Согласно нормативным требованиям [19], точки выбраны в районах с интенсивным движением транспорта в местах частого торможения автомобилей – на перекрестках автомагистралей и остановочных пунктах. Подсчет количества проходящих транспортных средств производили за период измерения концентрации аэрозоля (20 мин). Транспортные средства делили на две категории: бензиновые – легковые автомобили, мотоциклы; дизельные – автобусы и грузовые автомобили. Кроме того, выполняли оценку уровня загрязнения атмосферного воздуха мелкодисперсными частицами РМ2.5 и РМ10 на остановках, где население проводит сравнительно небольшое количество времени, но при этом, как предполагается, получает сравнительно большую дозу мелкодисперсных частиц.
Полученные данные сравнивали с максимальными разовыми величинами ПДК взвешенных частиц РМ 2.5 и РМ 10 в атмосферном воздухе населенных мест [7]. Статистическая обработка данных включала расчеты и оценку критерия Фишера, коэффициента корреляции, с учетом уровня значимости < 0,05.
Результаты и их обсуждение. Измерение уровня загрязнения атмосферного воздуха на остановочных пунктах показало, что в условиях непрерывных ежесекундных измерений, в том числе во время торможения, остановки и разгона автобусов, разовые концентрации взвешенных частиц возрастают до величин 1,5 ПДК мр . Однако при усреднении данных, полученных за 20-минутный интервал, превышения ПДК мр не установлено (табл. 1, 2, рис. 1, 2).
Таблица 1
Результаты измерений максимальной разовой концентрации мелкодисперсных частиц РМ 2.5 и РМ 10 , а также общей пыли до 15 мкм (TSP) на остановках
|
Место измерения: остановка |
Транспортная нагрузка, ед. машин/20 мин |
Максимальная разовая концентрация РМ2.5, ± Δ, мг/м 3 |
Максимальная разовая концентрация РМ10, ± Δ, мг/м 3 |
Максимальная разовая концентрация TSP, ± Δ, мг/м 3 |
|
|
дизельный двигатель |
бензиновый двигатель |
||||
|
Величина ПДК максимальная разовая, мг/м 3 |
|||||
|
0,160 |
0,300 |
– |
|||
|
№ 1, n = 4 |
95 |
836 |
0,025 ± 0,005 |
0,063 ± 0,013 |
0,111 ± 0,022 |
|
№ 2, n = 11 |
195 |
822 |
0,055 ± 0,011 |
0,073 ± 0,015 |
0,091 ± 0,018 |
|
№ 3, n = 2 |
80 |
520 |
0,014 ± 0,003 |
0,041 ± 0,008 |
0,079 ± 0,016 |
|
№ 4, n = 2 |
160 |
1400 |
0,027 ± 0,005 |
0,038 ± 0,008 |
0,039 ± 0,008 |
|
№ 5, n = 2 |
120 |
720 |
0,014 ± 0,003 |
0,030 ± 0,006 |
0,047 ± 0,009 |
|
№ 6, n = 2 |
40 |
480 |
0,016 ± 0,003 |
0,053 ± 0,011 |
0,095 ± 0,019 |
Таблица 2
Результаты измерений максимальной разовой концентрации мелкодисперсных частиц РМ 2.5 и РМ 10 , а также общей пыли до 15 мкм (TSP) на перекрестках
|
Место измерения: перекресток |
Транспортная нагрузка, ед. машин/20 мин |
Максимальная разовая концентрация РМ2.5, ± Δ, мг/м 3 |
Максимальная разовая концентрация РМ10, ± Δ, мг/м 3 |
Максимальная разовая концентрация TSP, ± Δ, мг/м 3 |
|
|
дизельный двигатель |
бензиновый двигатель |
||||
|
Величина ПДК максимальная разовая, мг/м 3 |
|||||
|
0,160 |
0,300 |
– |
|||
|
№ 1, n = 30 |
120 |
1039 |
0,050 ± 0,010 |
0,063 ± 0,013 |
0,080 ± 0,016 |
|
№ 2, n = 4 |
450 |
3185 |
0,031 ± 0,006 |
0,040 ± 0,008 |
0,051 ± 0,010 |
|
№ 3, n = 4 |
277 |
1250 |
0,024 ± 0,005 |
0,028 ± 0,006 |
0,040 ± 0,008 |
|
№ 4, n = 2 |
160 |
1000 |
0,051 ± 0,010 |
0,093 ± 0,019 |
0,100 ± 0,020 |
|
№ 5, n = 2 |
100 |
1080 |
0,011 ± 0,002 |
0,020 ± 0,004 |
0,034 ± 0,007 |
Рис. 1. Зависимость максимальной разовой Рис. 2. Зависимость максимальной разовой концентрации частиц РМ2.5 на остановочных пунктах концентрации взвешенных частиц РМ2.5 и РМ10
от числа автотранспорта с дизельным двигателем, на остановке № 2 от числа автотранспорта с дизельным проезжающего по асфальтированной автодороге; двигателем, проезжающего по асфальтированной n = 23, F = 38,2, p <0,05 автодороге; n = 11, F = 14,6, p <0,05
Уравнение линейной зависимости у = 0,0002 х + 0,0062 характеризуется коэффициентом корреляции 0,6452; критерий Фишера F составил 38,2, p < 0,05, что подтверждает гипотезу о весомой доле вклада выбросов дизельных автотранспортных средств в загрязнение атмосферного воздуха мелкодисперсными частицами.
В ходе исследований для остановочного пункта № 2, далекого от светофора, в условиях кольцевого движения автотранспорта получены зависимости массовой концентрации взвешенных частиц ( у ) РМ 2.5 и РМ 10 , а также TSP от числа автотранспортных средств с дизельными двигателями ( х ) (см. рис. 2).
Достоверность аппроксимации и адекватность линейной зависимости подтверждена рассчитанными значениями коэффициента корреляции и коэффициента Фишера: для РМ 2.5 у = 0,0001 х + 0,0329 ( R 2 = 0,6192, F = 14,6, p < 0,05), для PМ 10 у = 0,0001 х + 0,0445 ( R 2 = 0,6196, F = 14,7, p < 0,05), у = 0,0002 х + 0,051 для TSP ( R 2 = 0,6203, F = 14,7, p < 0,05). Увеличение концентраций частиц в атмосферном воздухе линейно связано с возрастанием доли частиц в выхлопных газах в условиях торможения и разгона, а фоновый уровень концентраций мелкодисперсных частиц, скорее всего, сформирован выхлопными газами автотранспортных средств, проезжающих с постоянной скоростью, и вторичным вовлечением пыли с поверхности. В условиях других остановочных пунктов рядом находились перекрестки со светофорами, соответственно, присоединялись факторы торможения, остановки и разгона всех транспортных средств, а также выхлопы на холостом ходу при стоянии в утренних и вечерних пробках (рис. 3).
Согласно полученным уравнениям, прогнозируя ситуацию, можно предположить, что достижение и дальнейшее превышение ПДК мр (РМ 2.5 ) может произойти на остановке у автодороги, загруженной дизельными автотранспортными средствами, число которых за 20 мин превышает 770 единиц вблизи светофора или 1271 вдали от светофора. В связи с этим непрерывный мониторинг максимальных разовых концентраций взвешенных мелкодисперсных частиц целесообразно вести вблизи автодорог с загруженностью, близкой к указанной.
Результаты замеров максимальных разовых концентраций на перекрестках автомагистралей представлены в табл. 2. Измеренные значения концентраций мелкодисперсных частиц РМ 2.5 и РМ 10 не превышали ПДК мр . Кроме того, при определении максимальной разовой концентрации мелкодисперсных частиц на перекрестках достоверной зависимости от числа автотранспорта не установлено.
Выводы. При исследовании мелкодисперсных частиц на автомагистралях г. Перми с интенсивностью движения до 2,5 тыс. машин в час массовые концентрации взвешенных частиц, усредненные за 20-минутный период, на остановках и перекрестках не превышали установленных гигиенических нормативов.
Установлены и параметризованы линейные зависимости между числом дизельного автотранспорта на остановках и концентрациями взвешенных частиц РМ 2.5 , РМ 10 , TSP, что позволяет прогнозировать уровень загрязнения атмосферы дизельными автотранспортными средствами при их торможении и разгоне.
Рекомендуется выполнять непрерывный мониторинг среднесуточных концентраций взве-
Рис. 3. Зависимость максимальной разовой концентрации взвешенных частиц РМ 2.5 , РМ 10 от времени суток
шенных мелкодисперсных частиц вблизи крупных автомагистралей, а также максимальных разовых концентраций взвешенных мелкодисперсных частиц вблизи автодорог с загруженностью в 769–1270 дизельных автотранспортных средств за 20 мин и более.
Выполненные исследования могут быть использованы для расчета рисков для здоровья населения от воздействия выбросов автотранспортных средств и объективной оценки содержания мелкодисперсных частиц РМ 2.5 и РМ 10 вблизи автомагистралей крупного промышленного центра.
Список литературы Исследование содержания мелкодисперсных частиц в атмосферном воздухе вблизи автомобильных дорог
- Аликина Е.Н., Теплоухова Н.В., Уланов А.В. Определение фракционного состава и количественного содержания мелкодисперсных частиц в выхлопах дизельных автомобилей//Фундаментальные и прикладные аспекты анализа риска здоровью населения: материалы Всеросс. научно-практ. конф. молодых ученых и специалистов Роспотребнадзора с международным участием. -2012. -Т. 1. -С. 22-25.
- В 2015 году средняя концентрация взвешенных частиц РМ2.5 в воздухе в Пекине снизилась на 6,2 проц. //Russian news.CN. -URL: http://russian.news.cn/2016-01/05/c_134978768.htm (дата обращения: 18.11.2016).
- Воздействие дисперсного вещества на здоровье человека //Записка Всемирной организации здравоохранения/Совместной целевой группы по аспектам воздействия загрязнения воздуха на здоровье человека. -Женева, 2012. -13 с. -URL: http://www.unece.org: 8080/fileadmin/DAM/env/documents/2012/EB/ECE_EB_AIR_2012_18_R.pdf (дата обращения: 22.10.2016).
- Волкова М.В., Уланова Т.С. Мелкодисперсные частицы PM2.5 и PM10 в выбросах автотранспорта//Модернизация и научные исследования в транспортной комплексе: материалы международной научно-практической конференции. -Пермь, 2016. -С. 157-159.
- Волкова М.В., Уланова Т.С. Мелкодисперсные частицы PM2.5 и PM10 в воздухе на урбанизированных территориях//Экология и научно-технический прогресс. Урбанистика: материалы Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (с международным участием). -Пермь, 2015. -С. 71-74.
- Гилева О.В., Волкова М.В. Инструментальные исследования мелкодисперсных частиц в атмосферном воздухе//Фундаментальные и прикладные аспекты анализа риска здоровью населения: материалы Всероссийской научно-практической интернет-конференции молодых ученых и специалистов Роспотребнадзора. -Пермь, 2015. -С. 213-216.
- ГН 2.1.6.2604-10. Дополнение № 8 к ГН 2.1.6.1338-03. Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест /Утв. постановлением Главного государственного санитарного врача РФ от 19.04.2010 г. № 26. -URL: http://docs.cntd.ru/document/902216601 (дата обращения: 18.10.2016).
- Годовые колебания частиц PM10 в воздухе Владивостока/В.А. Дрозд, П.Ф. Кику, В.Ю. Ананьев //Известия Самарского научного центра Российской академии наук. -2015. -Т. 17, № 5 (2). -С. 646-651.
- Голохваст К.С. Нано-и микроразмерные частицы атмосферных взвесей и их экологический эффект (на примере городов юга Дальнего Востока): дис. … д-ра биол. наук. -Владивосток, 2014. -310 с.
- Голохваст К.С., Кику П.Ф., Христофорова Н.К. Атмосферные взвеси и Экология человека//Экология человека. -2012. -№ 10. -С. 5-10.
- Голохваст К.С., Чернышев В.В., Угай С.М. Выбросы автотранспорта и Экология человека (обзор литературы)//Экология человека. -2016. -№ 1. -С. 9-14.
- ГОСТ 17.2.3.01-86. Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населенных пунктов . -URL: http://www.ekan.ru/sites/docs/GOST-17-2-3-01-86.pdf (дата обращения: 18.11.2016).
- Директива № 2008/50/ЕС Европейского парламента и Совета о качестве атмосферного воздуха и мерах его очистки. Европейский союз . -Страсбург, 21 мая 2008. -URL: https://www.lawmix.ru/abrolaw/3063 (дата обращения: 18.10.2016).
- Загрязнение атмосферного воздуха города Белгорода частицами пыли малых размеров /А.Э.Боровлев, С.А. Кунгурцев, Л.В. Мигаль, В.И. Соловьев//Ученые записки: электронный научный журнал Курского государственного университета. -2013. -№ 1 (25). -С. 269-272. -URL: http://scientific-notes.ru/pdf/029-039.pdf (дата обращения: 18.10.2016).
- Лежнин В.Л., Коньшина Л.Г., Сергеева М.В. Оценка риска для здоровья детского населения, обусловленного загрязнением атмосферного воздуха выбросами автотранспорта, на примере г. Салехарда//Гигиена и санитария. -2014. -№ 1. -С. 83-86.
- Об утверждении методических рекомендаций по обеспечению качества измерений концентраций взвешенных частиц (РМ2.5 и РM10) в атмосферном воздухе Санкт-Петербурга: распоряжение Комитета по природопользованию, охране окружающей среды и обеспечению экологической безопасности Санкт-Петербурга от 20.05.2010 № 75-Р . -URL: http://docs.cntd.ru/document/891832021 (дата обращения: 15.11.2016).
- Официальный сайт государственного природоохранного бюджетного учреждения «Мосэкомониторинг» . -URL: http://www.mosecom.ru (дата обращения: 15.10.2016).
- Пшенин В.Н. Загрязнение воздуха мелкодисперсными частицами около автомобильных дорог//Модернизация и научные исследования в дорожной отрасли: сборник научных трудов. -М., 2013. -С. 96-104.
- РД 52.04.186-89. Руководство по контролю загрязнения атмосферы /утв. Госкомгидрометом СССР 01.06.1989, главным государственным санитарным врачом СССР 16.05.1989. -М., 1991. -641 с. -URL: http://ohranatruda.ru/ot_biblio//normativ/data_normativ/44/44486/index.php (дата обращения: 20.10.2016).
- РД 52.04.840-2015. Применение результатов мониторинга качества атмосферного воздуха, полученных с помощью методов непрерывных измерений /утв. Росгидрометом 29.12.2015. -URL: http://docs.cntd.ru/document/1200133380 (дата обращения: 15.11.2016).
- Руководство по эксплуатации пылемера DustTrak DRX модели 8533/8534. -СПб., 2009.
- Уланова Т.С., Гилёва О.В., Волкова М.В. Определение частиц микро-и нанодиапазона в воздухе рабочей зоны на предприятиях горнодобывающей промышленности//Анализ риска здоровью. -2015. -№ 4. -С. 44-49.
- Cheng M., Chui H., Yang C. The effect of coarse particles on daily mortality: a case -crossover study in a subtropical city, Taipei, Taiwan//International Journal of Environmental Research and Public Health. -2016. -№ 13. -С. 347 DOI: 10.3390/ijerph13030347
- Differentiating the effects of fine and coarse particles on daily mortality in Shanghai, China/H. Kan, S.J. London, G. Chen //Environment International. -2007. -№ 33. -P. 376-384.
- Environmental Protection Agency. National Ambient Air Quality Standards for Particulate Matter; Final rule //Federal Register. -2006. -Vol. 71. -94 p. -URL: https://www3.epa.gov/ttnamti1/files/ambient/pm25/pt535806.pdf (дата обращения: 18.10.2016).
- WHO Air quality guidelines for particulate matter, ozone, nitrogen, dioxide and sulfur dioxide. Global update 2005. Summary of risk assessment. (WHO/SDE/PHE/OEH/06.02) //World Health Organization. -2006. -22 p. -URL: http://apps.who.int/iris/bitstream/10665/69477/1/WHO_SDE_PHE_OEH_06.02_eng.pdf (дата обращения: 22.10.2016).
