CC BY
12
УДК 543.3, 502.33:911.37
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛЕЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ПОЛЛЮТАНТОВ ВДОЛЬ ГОРОДСКИХ АВТОДОРОГ
ШУМИЛОВА М.А., ПЕТРОВ В.Г., ЖИДЕЛЕВА Т.Г.
Институт прикладной механики УрО РАН, 426067, г. Ижевск, ул. Т.Барамзиной,34
АННОТАЦИЯ. Значительная роль в загрязнении снежного покрова, расположенного вдоль автодорог, принадлежит автотранспорту и сопутствующим ему службам. В работе представлены результаты исследования химического состава снежного покрова, находящегося вблизи напряженных городских автомагистралей.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: снежный покров, предельно допустимые концентрации (ПДК), поллютанты (загрязняющие вещества), химический состав, коэффициенты концентрации.
ВВЕДЕНИЕ
На современном этапе развития мировой экономики основным видом транспорта является автомобильный, что влечет за собой рост негативных воздействий на окружающую среду: увеличение выбросов выхлопных газов, продуктов износа как автомобилей, так и самого дорожного полотна, возрастает количество применяемых антигололедных средств. В последние годы в качестве объекта мониторинга состояния атмосферы все чаще используют снежный покров как интегральный показатель загрязненности атмосферы на территориях, характеризующихся наличием устойчивого снежного покрова в течение длительного времени. Содержание загрязняющих веществ в нем на 2-3 порядка выше по сравнению с атмосферным воздухом [1], что позволяет определять концентрацию поллютантов довольно простыми методами с высокой степенью достоверности. Достаточно одной лишь пробы, взятой по всей толщине снега, чтобы получить достоверные и представительные данные о количестве загрязнений за весь зимний период от образования устойчивого снежного покрова до начала снеготаяния. Поскольку количество и интенсивность осадков год от года меняется, то использовать абсолютные значения поллютантов представляется некорректным. Выходом из сложившейся ситуации является отбор фоновых образцов снега и анализ полученных данных с учетом фоновых загрязнений. Снег как объект мониторинга незаменим при определении области влияния источников загрязнения. На большинство живых организмов максимальное воздействие оказывают подвижные формы элементов, хорошо растворимые в воде, поэтому степень их экологической опасности существенно выше по сравнению с комплексными или малорастворимыми соединениями. В период весеннего половодья данные вещества попадают в природные среды, преимущественно, в почву и воды, загрязняя их.
Цель проведенных нами исследований химического состава снежного покрова в, так называемых, «спальных» районах города Ижевска, расположенных вдоль напряженных автомагистралей и практически не подвергающихся вредному воздействию крупных промышленных предприятий, заключалась в установлении степени негативного воздействия городского автотранспорта на жилые комплексы.
ПРИБОРЫ И МЕТОДЫ
Для отбора проб снега нами были выбраны три зоны с приблизительно одинаковой интенсивностью движения автотранспорта, расположенные вдоль улицы Удмуртской и Воткинского шоссе в жилых микрорайонах «Север» и «Буммаш» (г.Ижевск). Как нами было установлено, в зимний период 2009-2010 гг. средняя интенсивность движения в этих районах составляла величину 3100 единиц автотранспорта в час. Отобранная проба с заданной степенью точности должна отображать среднюю концентрацию загрязнений на выбранном участке, что достигается за счет отбора нескольких частных проб в каждой точке.
Отбор снежных проб проводился весовым снегомером в конце марта - перед началом таяния снега, в период максимального влагозапаса на расстоянии (1, 5, 10, 15, 25, 50) м справа и слева от полотна дороги. Фоновым участком, не подвергающимся загрязнению или испытывающим его в минимальной степени, была выбрана лесная зона, находящаяся напротив парка Космонавтов.
Пробоподготовка снега заключается в растапливании отобранных проб; для изучения возможных потерь определяемых компонентов в процессе пробоподготовки нами были исследованы режимы топления проб. Снег помещают в стеклянные емкости с крышкой, после таяния снега получившуюся воду подвергают химическому анализу. В лабораторных условиях при 25 °С отобранные образцы снега расслаиваются с образованием на водной поверхности темной водно-масляной эмульсии, на дне - осадка из твердых частиц; между ними располагается относительно прозрачный слой солевого раствора.
При мониторинге снежного покрова нами были исследованы обе фазы: в фильтрате определяли основные растворимые химические макрокомпоненты талой воды, в осадке -содержание взвешенных веществ. При анализе талой воды возможно использование методик, применяемых при анализе вод [2]. Химические анализы выполнялись по стандартным методикам [3]. Для исследования химического состава талых вод использовали метод прямой потенциометрии при измерении рН; титриметрии - при определении содержания хлоридов, химического потребления кислорода (ХПК), жесткости и общей щелочности; гравиметрии - при определении содержания взвешенных веществ; колориметрии - при определении общего содержания железа, сульфатов и цветности. Гравиметрические исследования проводили с использованием аналитических весов ВЛР-200 и сушильного шкафа - Ш 4501; потенциометрические измерения осуществляли с помощью иономера И-120М с применением в качестве рабочего индикаторного электрода - ЭСЛ-63-07 и электрода сравнения - хлорсеребряного электрода - ЭВЛ 1М1. Все используемые для анализа реактивы имели квалификацию не ниже «хч».
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Результаты химического анализа талых вод, представленные в табл. 1, свидетельствуют, что по большинству рассматриваемых параметров соответствующие данные для фонового образца имеют меньшие значения, чем величины предельно-допустимых концентраций (ПДК) для поверхностных вод. Исключение составляет лишь количество взвешенных веществ, которое даже в фоновом образце, практически лишенном техногенной нагрузки, превышает уровень ПДК в 3,6 раза.
Как видно из табличных данных, по большинству органолептических свойств (взвешенные вещества, цветность, пенистость), а также содержания макрохимических компонентов талого снега, взятого в микрорайоне «Север» (точка 1), в районе ГИБДД -перекрестка Воткинского и Славянского шоссе (точка 2) и в районе кинотеатра «Ударник» (точка 3) фиксируется повышенный техногенный уровень загрязнения снежного покрова. При этом повышенное содержание загрязняющих компонентов обнаружено как в непосредственной близости от автотрассы, так и на значительном удалении от нее. Особенно значительно превышение ПДК по содержанию взвешенных веществ, которое находится в диапазоне от 1750 - до 10-кратного количества, в точке 1; от 870 - до 5,5-кратного количества в точке 2 и от 1200 - до 6,5-кратного количества в точке 3.
Геохимическая индикация загрязнения снежного покрова основывается на сопоставлении загрязненных городских проб снега с их фоновым аналогом. Это достигается расчетом коэффициента концентрации химического элемента (Кс), показывающим кратность превышения содержания химического элемента в точке апробирования над его содержанием в природной среде на фоновом участке [4] (табл. 2).
В графическом виде закономерность в изменении величины коэффициента содержания взвешенных частиц по мере удаления от проезжей части представлена на рис.1, где наглядно видно, что максимальное загрязнение находится на расстоянии (5^10) м от дороги.
Таблица 1
Результаты химического состава проб снега за 2009-2010 гг. в период, предшествующий снеготаянию
Показатели Фон № точки Расстояние от дороги, м
слева справа
1 5 10 15 1 5 10 25 50
рН 6,6 1 7,2 7,2 7,0 6,8 70 7,0 6,9 6,7 6,5
2 7,3 6,9 6,8 6,8 7,0 6,9 7,0 6,8 6,8
3 7,2 7,1 6,8 6,7 7,3 7,3 7,1 6,9 6,9
Взвешенные вещества, мг/дм3 36 1 6804 4260 109 120 3238 17542 690 3045 106
2 2302 7660 54 124 1455 8695 8357 129 71
3 5102 3897 1502 1300 2796 6543 12008 124 65
Цветность, ° 0 1 70 40 10 5 70 70 30 20 5
2 70 70 40 15 80 60 30 10 5
3 60 60 60 5 40 60 80 5 0
Пенистость нет 1 есть нет есть нет есть есть есть есть есть
2 есть есть есть нет есть нет есть есть есть
3 есть нет нет есть есть есть нет есть есть
Щелочость, мг-экв/дм3 0,47 1 1,15 1,72 0,68 0,68 2,20 2,70 1,15 1,30 0,68
2 1,72 1,56 0,89 0,62 1,92 1,14 0,88 0,62 0,52
3 1,92 1,46 1,87 0,47 1,35 1,04 1,56 0,88 0,62
Жесткость, мг-экв/дм3 0,10 1 2,42 2,04 0,49 1,11 5,23 1,91 1,61 0,20 0,16
2 2,31 0,20 0,14 0,29 3,41 1,19 0,49 0,13 0,14
3 1,34 1,44 0,56 0,20 6,06 0,77 0,88 0,46 0,11
Железо, мг/дм3 <0,05 1 0,5-1,0 0,05-0,1 0,05-0,1 0,05-0,1 0,5-1,0 0,1-0,5 0,1-0,5 0,1-0,5 0,1-0,5
2 0,1-0,5 0,1-0,5 0,05-0,1 <0,05 0,5-1,0 0,1-0,5 0,1-0,5 0,05-0,1 <0,05
3 0,5-1,0 0,1-0,5 0,1-0,5 0,05-0,1 0,1-0,5 0,5-1,0 0,5-1,0 0,05-0,1 <0,05
Хлориды, мг/дм3 17,4 1 2017 1224 803 35 1917 1656 1813 110 27
2 1334 486 220 141 1799 1133 480 122 34
3 1476 1352 746 106 926 652 565 105 23
Сульфаты, мг/дм3 10,0 1 50 50 10 10 60 80 45 20 10
2 60 40 25 15 80 80 20 10 10
3 70 60 40 10 80 60 60 15 15
ХПК, мг О2/дм3 1,4 1 4,2 4,6 2,2 2,2 5,9 6,7 3,3 2,5 7,7
2 4,8 3,9 2,0 2,3 4,7 4,7 0,9 2,7 1,2
3 5,5 2,9 3,2 1,1 4,5 3,4 2,6 1,8 0,7
Углерод, % 0,5 1 1,6 1,8 0,8 0,8 2,2 2,5 1,3 0,9 2,9
2 1,8 1,4 0,7 0,9 1,8 1,8 0,3 1,0 0,5
3 2,1 1,1 1,2 0,4 1,9 1,3 1,0 0,7 0,3
Достаточно большое значение коэффициента на расстоянии 25 м от проезжей части в микрорайоне «Север» объясняется находящейся поблизости внутриквартальной дорогой, которая вносит дополнительные загрязнения. И даже при удалении на 50 м от автострады коэффициент концентрации во всех исследуемых зонах приближается к 2-3 единицам от фона; при этом даже фоновые образцы превышают санитарно-гигиенические нормы более чем в 3 раза.
Аналогичные закономерности в изменении коэффициента концентрации просматриваются для большинства исследуемых показателей. Графическая зависимость коэффициента концентрации хлорид-иона (рис. 2) и ХПК (рис. 3), характеризующего количество загрязнений воды легко окисляемыми органическими и неорганическими веществами, указывает на возрастание величин этих параметров на расстоянии 5 м от дороги даже по сравнению с пробами, взятыми в непосредственной близости от проезжей части (1 м). Вторичный рост содержания окислителей в талой воде наблюдается на расстоянии 25 м от шоссе в районе ГИБДД (точка 2) и особенно высокие значения коэффициента ХПК зафиксированы на расстоянии 50 м от ул. Удмуртской в Северном микрорайоне (точка 1). Такое увеличение количества загрязнителей можно объяснить приближением к жилой застройке, что однозначно указывает на антропогенный характер загрязнений.
Таблица 2
Коэффициенты концентрации химического состава проб снега за 2009-2010 гг. в период, предшествующий снеготаянию
Показатель № точки Расстояние от дороги, м
слева справа
1 5 10 15 1 5 10 25 50
рН 1 2 3 1,09 1,09 1,06 1,03 1,06 1,06 1,05 1,02 0,98
1,11 1,05 1,03 1,03 1,06 1,05 1,06 1,03 1,03
1,09 1,08 1,03 1,02 1,11 1,08 1,08 1,05 1,05
Взвешенные вещества 1 190,96 119,56 3,07 3,36 90,88 492,34 19,37 85,47 2,96
2 64,61 214,99 1,53 3,49 40,84 244,04 234,55 3,63 2,00
3 143,19 109,37 42,16 36,49 78,47 183,64 337,02 3,48 1,83
Щелочность 1 2,45 3,66 1,45 1,45 4,68 5,74 2,44 2,77 0,68
2 3,66 3,32 1,89 1,32 4,09 2,43 1,87 1,32 0,52
3 4,09 3,11 3,98 1,00 1,35 2,87 3,32 1,87 0,62
Жесткость 1 24,65 20,77 5,01 11,30 5,226 1,906 1,609 0,199 0,155
2 2,308 0,200 0,137 0,294 3,410 1,185 0,488 0,127 0,140
3 1,341 1,441 0,559 0,196 6,062 0,765 0,880 0,464 0,108
Железо 1 1,5-20,0 1,0-2,0 1,0-2,0 1,0-2,0 10,0-20,0 2,0-10,0 2,0-10,0 2,0-10,0 2,0-10,0
2 2,0-10,0 2,0-10,0 1,0-2,0 1,0 10,0-20,0 2,0-10,0 2,0-10,0 1,0-2,0 1,0
3 10,0-20,0 2,0-10,0 2,0-10,0 1,0-2,0 2,0-10,0 10,0-20,0 10,0-20,0 1,0-2,0 1,0
Хлориды 1 139,77 70,24 46,07 2,01 101,00 95,00 104,01 6,32 1,54
2 76,56 45,09 12,65 8,14 103,23 64,99 27,55 7,01 1,97
3 84,70 77,59 42,79 6,08 53,13 37,40 32,40 6,03 1,30
Сульфаты 1 5,0 5,0 1,0 1,0 6,0 8,0 4,5 2,0 1,0
2 6,0 4,0 2,5 1,5 8,0 8,0 2,0 1,0 1,0
3 7,0 6,0 4,0 1,0 8,0 6,0 6,0 1,5 1,5
ХПК 1 3,0 3,29 1,57 1,57 4,21 4,79 2,36 1,79 5,5
2 3,43 2,79 1,43 1,64 3,36 3,36 0,64 1,93 1,2
3 3,93 2,07 2,29 0,79 3,21 2,43 1,86 1,29 0,7
Углерод 1 3,2 3,6 1,6 1,6 4,4 5,0 2,6 1,8 5,8
2 3,6 2,8 1,4 1,8 3,6 3,6 0,6 2,0 1,0
3 4,2 2,2 2,4 0,8 3,8 2,6 2,0 1,4 0,6
500 400 300 -200 100 0
"Ряд1 Ряд2 -Ряд3
Кс
120 100 80 60 40 20 0
Ряд1 Ряд2 -Ряд3
20
40
60
Рис. 1. Значения коэффициента содержания взвешенных частиц (справа) в зависимости от расстояния от автотрассы
Рис. 2. Значения коэффициента концентрации хлорид-ионов (справа) в зависимости от расстояния от автотрассы
м
0
м
В третьей точке - районе парка Космонавтов содержание окислителей равномерно уменьшается и на расстоянии (5^10) м от Воткинского шоссе уже не превышает санитарно-гигиенические нормы. Наиболее высокие показатели по загрязнениям анионного типа характерны для хлорид-ионов, поскольку все применяемые в городе антигололедные средства в основе содержат песчано-соляную смесь; при этом вновь на расстоянии 10 м от проезжей части в микрорайоне «Север» происходит повышение содержания хлоридов (рис. 2), что обусловлено дополнительным вкладом загрязнений от расположенной здесь внутриквартальной дороги.
6
-♦—Ряд1 Ряд2 -А—Ряд3
0
20
40
60
м
Рис. 3. Значения коэффициента ХПК (справа) в зависимости от расстояния от автотрассы
ВЫВОДЫ
Опираясь на экспериментальные данные, можно заключить, что в зимний период одним из основных источников макрохимических загрязнений территорий, расположенных вдоль крупных автомагистралей, являются широко используемые антигололедные средства, которые снегоуборочная техника сдвигает к лотковой части дорог и откидывает на расстояние (5^10) м от проезжей части. Являясь важным фактором безопасности движения в населенных пунктах, противогололедная реагентная обработка дорог формирует целый комплекс негативных воздействий на окружающую природу и инженерные структуры города. В связи с этим одной из важнейших задач городского хозяйства северных территорий является вывоз загрязненного снега с городских магистралей и его утилизация; для чего необходимо иметь сеть равномерно распределенных по территории города снегосплавных камер на канализационных коллекторах с последующей очисткой талых и фекальных стоков на городской станции аэрации.
1. Систер В.Г., Корецкий В.Е. Инженерно-экологическая защита водной системы северного мегаполиса в зимний период. М. : Изд-во МГУЭИ, 2004. 159 с.
2. Дмитриев М.Г., Казнина Н.И., Пинигина И.А. Санитарно-химический анализ загрязняющих веществ в окружающей среде. М. : Химия, 1989. 368 с.
3. Вода питьевая. Методы анализа. М. : Изд-во стандартов, 1984. 240 с.
4. Касимов Н.С. Экогеохимия городских ландшафтов. М. : Изд-во Моск. ун-та, 1995. 336 с.
RESEARCH CONCENTRATION FIELDS OF THE POLLUTANTS NEAR BY CITY MOTOR ROADS
Shumilova M.A., Petrov V.G., Zhideleva T.G.
Institute of Applied Mechanics, Ural Branch of the RAS, Izhevsk, Russia
SUMMARY. Motortransport and its accompany service have an important role in the pollution snow cover near motor roads. The results of the chemical composition research of snow located near by intensive city motor roads have been presented.
KEYWORDS: snow cover, maximum allowable concentration (MAC), pollution, chemical composition, concentration factor.
Шумилова Марина Анатольевна, кандидат химических наук, доцент, старший научный сотрудник ИПМ УрО РАН, тел. (3412) 21-89-55, e-mail: mashumilova@mail.ru
Петров Вадим Генрихович, доктор химических наук, ведущий научный сотрудник ИПМ УрО РАН, тел. (3412) 21-89-55, , e-mail: petrov@udman.ru
Жиделева Татьяна Геннадьевна, студент УдГУ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
