CC BY
37
УДК 87.17.91+550.4
ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ ТВЕРДЫХ ОСАДКОВ СНЕЖНОГО ПОКРОВА В РАЙОНЕ НОВОСИБИРСКОГО ОЛОВОКОМБИНАТА (2005-2016 ГГ.)
Светлана Юрьевна Артамонова
Институт геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, тел. (383)333-27-92, e-mail: [email protected]
Никита Александрович Попов
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, студент, тел. (383)333-27-92, e-mail: [email protected]
Рассматривается проблема техногенного загрязнения воздуха в районе металлургического предприятия на примере Новосибирского оловокомбината. С применением помощью рентгенофлюоресцентного анализа на синхротронном излучении проведен сравнительный анализ элементного состава аэрозольных частиц, накопленных в 2005 и 2016 гг. в снежном покрове рекреационной зоны «Бугринская роща», находящейся в зоне влияния выбросов Новосибирского оловокомбината. Выявлено, что за эти годы интенсивность и геохимическая спецификация выпадающих на поверхность техногенных пылеаэрозолей сохраняется.
Работа проведена в рамках проекта VIII.72.1 РАН при частичной поддержке гранта РФФИ № 14-05-00289.
Ключевые слова: техногенное аэрозольное загрязнение, тяжелые металлы, снежный покров, рентгенофлюоресцентный анализ на синхротронном излучении.
ELEMENT COMPOSITION OF FALLOUT, ACCUMULATED IN SNOW BLANKET OF NOVOSIBIRSK TIN PLANT AREA
Svetlana Yu. Artamonova
V. S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 3 Akademik Koptyug Prospect, Ph. D., Senior researcher, tel. (383)333-27-92, e-mail: [email protected]
Nikita A. Popov
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., student, tel. (383)333-27-92, e-mail: [email protected]
The problem of technogenic pollution of metallurgical enterprises as Novosibirsk Tin Plant is considered in the article. Using X-ray fluorescence measurements with synchrotron radiation elemental composition of aerosol of 2005 and 2016 years, accumulated in snow blanket of the "Bugrinskaya roshcha" recreation open space, affected by Novosibirsk Tin Plant emission, are considered. It is revealed, that the intensity and geochemical specification of technogenic fallout is staying during 2005-2016 yy.
The work was supported by the VIII.72.1 RAS project and partially by the Russian foundation for basic research (RFBR) under project No. 14-05-00289.
Key words: technogenic aerosol pollution, heavy metals, snow blanket, X-ray fluorescence measurements with synchrotron radiation.
Изучение аэрозольного загрязнения городского воздуха является одной из актуальных проблем геохимии техногенеза. Выбросы промышленных предприятий являются одними из основных факторов техногенного загрязнения городской среды. Интересную информацию об экологическом состоянии городской среды может дать косвенное изучение аэрозольного загрязнения путем изучения депонирующих компонентов окружающей среды, как снежный покров, ткани городской растительности, почвенный покров, которые аккумулируют в себе оседающие под действием силы тяжести и с атмосферными осадками техногенные аэрозоли.
Для изучения выбрана лесопарковая рекреационная зона «Бугринская роща», которая, как показали предыдущие исследования [Артамонова и др., 2007], находится под значительным воздействием выбросов Новосибирского оловокомбината (ОК), расположенного в 1-2 км южнее.
ОК является предприятием цветной металлургии: производится олово, сплавы, припои и баббиты различных марок на основе олова, свинца, меди и сурьмы, а также галлий, висмут и индий высокой чистоты путем переработки сложных по составу руд и концентратов. При плавке рудных концентратов добавляется известняковый флюс и коксовая мелочь. ОК был основан в годы Великой Отечественной войны на окраине города, но по мере застройки оказался практически в центре левобережной части мегаполиса Новосибирска. В непосредственной близости находятся жилые кварталы, дачные участки и лесопарковая зона «Бугринская роща». Если в 2005 г. производство на ОК шло полным ходом, то в начале 2015 г. в СМИ было объявлено о банкротстве Новосибирского оловокомбината и о приостановлении его производства. В связи с этим стал актуальным вопрос о возможном снижении аэрозольной техногенной нагрузки в районе ОК.
Целью настоящей работы являлось проведение сравнительного анализа элементного состава техногенных аэрозолей, накопленных в снежном покрове Бугринской роще в 2005 и 2016 гг.
Экспериментальная часть. Известно, что кристаллы снега (зимой) и капли дождя (летом), проходя через толщу воздуха, очищают его: захватывают твердые аэрозольные частицы и газообразные соединения. Крупные и тяжелые аэрозольные частицы оседают и в сухих условиях под воздействием силы тяжести. Таким образом, в условиях Сибири устойчивый снежный покров, формирующийся с начала ноября до конца марта, аккумулирует газовые и твердые аэрозольные частицы в течение зимнего периода. Исследования показали, что твердые осадки снега адекватно отражают интенсивность и химическую специфику аэрозольного загрязнения [Артамонова и др., 2007, Артамонова, 2011, 2012].
Отбирались крупнообъемные до 200 л пробы снежного покрова в конце марта путем проходки шурфов размером до 40 х 40 см на всю глубину до поверхности земли. После оттаивания и отстаивания в 50-литровых баках верхний слой декантировали, нижнюю часть фильтровали через бумажный фильтр «си-
няя лента». Пыльность (содержание взвеси, мг/л) определялась отношением массы взвесей к объему талого снега, среднесуточная техногенная аэрозольная нагрузка (мг/м2*сут) определялась отношением массы взвесей к площади отбора и периоду формирования устойчивого снежного покрова до даты отбора. В качестве фонового выбран участок на наветренной юго-западной стороны -в 12 км от г. Новосибирска.
Элементный состав аэрозолей (35 элементов) определялся рентгено-флуоресцентным методом на синхротронном излучении (РФА-СИ) на станции элементного анализа ВЭПП-3 Института ядерной физики им. Будкера СО РАН (аналитик Ю.П. Колмогоров) с пределами обнаружения до 0.1 ррт в зависимости от энергии возбуждения эмиссионных линий (таблица), использовался международный стандарт почвы SOIL-7 МАГАТЭ. Относительная погрешность не превышает 15 %.
Таблица
Нижние пределы обнаружения РФА-СИ (ppm)
А. 23 КэВ первичной монохроматизированной ^ энергии
V & Mn Fe М Zn Ga Ge As Se Br
5 4 4 3 3 2 1 0.5 0.5 0.4 0.3 0.25
Rb Sr Y Zr № Mo Pb И Bi U та
0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.1 0.3 0.2 0.2 0.3 0.3
В. 36.5 КэВ первичной монохроматизированной энергии
Cs Ag Cd Sn Sb I
0.2 0.3 0.3 0.2 0.2 0.2
В 2005 г. в Бугринской роще по мере удаления с 1225 до 2005 м к северу от ОК пыльность снежного покрова снижалась с 45.3 до 26.7 мг/л. В 2016 г. пыльность снега в 1736 м от ОК составила 68 мг/л. Основными индикаторами выбросов Новосибирского Оловокомбината признаны элементы: As, Sn, Т1, Cd, РЬ [Артамонова и др., 2007, Артамонова, 2011]. В 2005 г. наиболее сильное техногенное загрязнение наблюдалось в 570 м к северу от ОК на пустыре, где сейчас расположен магазин «Икея»: в аэрозолях этого участка содержание Sn достигало 14 кг/т, As - 5 кг/т, Т1 - 104 г/т, Cd - 157 г/т, РЬ - 969 г/т.
По мере удаления от ОК техногенная нагрузка уменьшалась в 3-7 раз, и в 1.6-1.9 км в аэрозолях Бугринской рощи содержание Sn составляло 1.9 кг/т, As - 0,94 кг/т, Т1 - 19 г/т, Cd - 21.7 г/т, РЬ - 298 г/т. К индикаторам выбросов ОК 2005 г. дополнительно надо отнести Сг: в аэрозолях его содержание коррелирует с содержанием As, Sn, Cd, Pb с коэффициентом 0.62-0.72. При этом в 2005 г. в аэрозолях ближней зоны содержание Сг составляло 670 г/т, в аэрозолях Бугринской рощи - 28 г/т.
В аэрозолях Бугринской рощи (в 1.75 км от ОК) в 2016 г. содержание Sn примерно такое же, как и в 2005 г. - 1.8 кг/т, содержание As, Sn, Т1, Cd, РЬ, Сг стало заметно меньше, чем в 2005 г.: As - всего 0,49 кг/т (или меньше в 2 раза), ^ - 5.5 г/т (меньше в 3.5 раза), Cd - 11.3 г/т (меньше в 2 раза), РЬ - 172 г/т (меньше в 1.7 раза),Сг - 75 г/т (меньше 3.7 раза) (рис. 1).
Рис. 1. Отношение содержания элементов в аэрозолях 2016 г. к содержанию элементов в аэрозолях 2005 г., Бугринская роща, Новосибирск
На рис. 1 видно, что кроме вышеназванных элементов-индикаторов, по сравнению с 2005 г. снизилось содержание М, Ge, ^ в 2 раза, Se в 4 раза. Данный факт указывает, что уменьшились выбросы большинства халько-фильных элементов - спутников оловянной руды, вместе с тем выбросы преимущественно чистого олова сохранились на прежнем уровне, что свидетельствует об изменениях в производстве ОК. Отношение содержаний ряда элементов, не связанных с выбросами ОК, близко к 1 и указывает на то, что их содержание в аэрозолях в 2016 г. сохраняется практически на прежнем уровне 2005 г.
Пыльность снега Бугринской рощи в 14.6 раз выше пыльности снега на фоновом участке, которая равна всего 4.3 мг/л. Вместе с тем сравнение элементных составов аэрозолей с фоновым участком показывает, что Бугрин-ская роща продолжает все еще значительно загрязняться под выбросами ОК (рис. 2).
В 2016 г. Бугринская роща продолжает находиться под воздействием выбросов ОК, здесь в аэрозолях сформированы геохимические аномалии As, Sn, Cd, Т1, 7п, Sb, РЬ, а также Сг: содержание этой группы преимущественно халькофильных элементов во много раз превышает их фоновое содержание (см. рис. 2). Тогда как содержание элементов, не связанных с выбросами ОК, практически равно фоновым уровням: это К, Rb, Y, 7г, МЬ, ^ и др. Высокое содержание Са и родственного Sг в аэрозолях Бугринской рощи, мнению авторов, обусловлено выбросами ОК, поскольку известняк является компонентом технологического процесса на предприятии.
Cr
As
Рис. 2. Отношение содержания элементов в аэрозолях Бугринской рощи к их содержанию в аэрозолях фонового участка
Таким образом, экономические трудности предприятия, начавшиеся в 2015 г., привели к значительному снижению выбросов, что подтверждает снижение в аэрозолях окрестностей ОК, в том числе Бугринской рощи содержания ряда токсичных элементов, как As, Tl, Cd, Pb, Сг и др., в 2-4 раза. При этом интенсивность выбросов Sn остается на прежнем уровне. Изменение соотношения элементов в выбросах ОК может указывать на изменение в технологии, на изменение состава сырья или улучшение фильтров. Вместе с тем выбросы ОК продолжают загрязнять окрестности предприятия токсичными преимущественно халькофильными элементами, и рекреационная лесопарковая зона Бугринской рощи продолжает испытывать существенную техногенную аэрозольную нагрузки.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Минерально-геохимические индикаторы техногенных источников аэрозольного загрязнения / С. Ю. Артамонова, А. С. Лапухов, Л. В. Мирошниченко, Л. И. Разворотнева // Химия в интересах устойчивого развития. - 2007. - Т. 15. - С. 643-652.
2. Артамонова С. Ю. Экология городов: анализ и оценка с помощью РФА-СИ на примере Новосибирска // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. - 2011. - № 11. - С. 66-71.
3. Артамонова С. Ю. Геохимические особенности аэрозольного загрязнения в районе Сибирского химического комбината // Химия в интересах устойчивого развития. - 2012. -Т. 20, № 4. - С. 405-418.
4. Климат Новосибирска. - Л. : Гидрометеоиздат, 1979. - 221 с.
© C. Ю. Артамонова, Н. А. Попов, 2017
