CC BY
23
УДК 504.064.2
КОНЦЕНТРАЦИИ БЕНЗ(А)ПИРЕНА
В АТМОСФЕРЕ Г. КРАСНОЯРСКА В ЛЕТНИЙ И ЗИМНИЙ ПЕРИОДЫ
Сергей Владимирович Михайлюта
Ассоциация экологических расследований, 660098, Россия, г. Красноярск, ул. 9 Мая, 69-106, кандидат технических наук, руководитель, тел. (923)280-47-80, e-mail: [email protected]
Анатолий Александрович Леженин
Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН, 630090, г. Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 6, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, тел. (383)330-64-50, e-mail: [email protected]
Павел Геннадьевич Гудовский
Ассоциация экологических расследований, 660098, Россия, г. Красноярск, ул. 9 Мая, 69-106, председатель, тел. (905)976-13-46, e-mail: [email protected]
Представлены результаты измерений концентраций бенз(а)пирена в 10 пунктах на территории г. Красноярска в летний и зимний периоды. Пункты для отбора проб воздух выбирались в зонах расположения автономных источников теплоснабжения и в районах крупнейших автомагистралей г. Красноярска. Показано влияние летнего и зимнего метеорологических режимов на регистрируемые значения концентраций. Предложена гипотеза, объясняющая соотношение вкладов в загрязнение приземного слоя атмосферы в г. Красноярске в системе промышленные предприятия-автотранспорт.
Ключевые слова: атмосферный пограничный слой, загрязнение атмосферы, источники загрязнения, концентрации, загрязняющие вещества, автономные источники теплоснабжения.
BENZO(A)PYRENE CONCENTRATIONS IN AN URBAN AIR OF KRASNOYARSK IN SUMMER AND WINTER
Sergey V. Mikhailuta
Environmental inVestigation Association, 69-106, 9 Maya St., Krasnoyarsk, 660098, Russia, Ph. D., Chief Executive Officer, phone: (923)280-47-80, e-mail: [email protected]
Anatoly A. Lezhenin
Institute of the Computational Mathematics and Mathematical Geophysics SB RAS, 6, Prospect Аkademik Lavrentiev St., Novosibirsk, 630090, Russia, Ph. D., Senior Researcher, phone: (383)330-64-50, e-mail: [email protected]
Pavel G. Gudovsky
Environmental inVestigation Association, 69-106, 9 Maya St., Krasnoyarsk, 660098, Russia, ^airman, phone: (905)976-13-46, e-mail: [email protected]
Observed data of benzo(a)pyrene concentrations in 10 points in the territory of Krasnoyarsk during the summer and winter. Air pollution samples were collected in of household coal combustion areas and in areas of the largest highways of Krasnoyarsk. Influence of the summer and winter meteorological conditions on urban air pollution has been shown. The hypothesis explaining a ratio between low and high levels sources of air pollution is offered.
Key words: atmospheric boundary layer, urban air pollution, industrial emissions.
Введение
Проблема загрязнения атмосферного воздуха - актуальная проблема крупных городов России. Часто первенство среди источников загрязнения необоснованно приписывают автотранспортным источникам [1]. При оценке соотношения вкладов среди источников загрязнения атмосферного воздуха необходимо учитывать не валовые показатели выбросов, а парциальные вклады по каждому из рискоформирующих показателей. Кроме этого, доминирующим фактором, определяющим степень перераспределения вкладов в загрязнение приземного слоя атмосферы от высоких и низких источников, является состояние пограничного слоя атмосферы, а именно развитость слоя перемешивания и степень обмена между верхним и нижним слоем атмосферы. В данной работе на примере бенз(а)пирена показано соотношение вкладов в загрязнение приземного слоя атмосферы от низких и высоких источников в г. Красноярске.
Объекты и методы исследования
Бенз(а)пирен - химическое вещество первого класса опасности с ярко выраженным канцерогенным действием. Является индикатором наличия в воздухе целого класса канцерогенных ароматических углеводородов [2]. В атмосферу поступает с частицами пыли и сажи, которые образуются при сгорании нефтяного мазута, сланцевых и каменноугольных смол. Также, бенз(а)пирен выделяется в атмосферу на предприятиях при производстве резинотехнических изделий, при сжигании твердого топлива на мелких котельных за счет его неполного сгорания. В период летнего и зимнего периодов на территории г. Красноярска выполнялся отбор и анализ проб бенз(а)пирена. Пункты для отбора проб выбирались вблизи крупных автомагистралей города (рис. 1) и в зонах с автономными источниками теплоснабжения (рис. 2).
Рис. 1. Пример пункта наблюдения в районе крупных автомагистралей г. Красноярска
Рис. 2. Пример пункта наблюдения в районе расположения автономных источников теплоснабжения в г. Красноярске
Было выбрано пять пунктов в районе крупных автомагистралей и пять пунктов в зонах с автономными источниками теплоснабжения. Наблюдения и отбор проб выполнялся в летний период и в зимний, отапливаемый период. В каждом пункте был организован отбор проб с интервалом в 2 часа в течение суток. Всего за период исследования в 2017 году было отобрано 200 проб (100 в летний период и 100 - в зимний). Анализ проб выполнялся методами высокоэффективной жидкостной хроматографии в аккредитованной лаборатории Регионального центра по стандартизации метрологии и испытаний в Красноярском крае.
Результаты и обсуждение
По результатам исследования было обнаружено, что все пункты в районе автомагистралей демонстрируют классический суточный ход концентраций для летнего периода [3] с минимум концентраций в дневное время и повышением -в ночное (рис. 3, 4).
Напротив, пункты, расположенные в зонах с автономными источниками теплоснабжения, пос. Торгашено, пос. Суворовский, микрорайон Покровка -зоны с печным отоплением и минимумом автотранспорта, в летний период (в период, когда отопление не используется) демонстрируют атипичный суточный ход концентраций (рис. 5, 6).
2,5
1-5
1.2
1.3
0.8
0.5 0.-S
o.e
0.6
0.5
0.5
n
/1:50 7:18 9:00 11:00 13:00 14:00 16:00 17:50 20:00 22:00
ВРЕМЯ СУТОК, Ч
Рис. 3. Суточный ход концентраций бенз(а)пирена в районе крупной автомагистрали на ул. Малиновского, 1
Б 4.5
А / \
5
3.5
«Г 3 3
< 2.5
2
1
О
X 1.5 >5
1 0.5 О
1:1
0.7
¡■8"-"G. «__ Л С. ñ
и, Г*-V?
1:00 7:00 9:15 9:55 10:50 13:00 15:00 17:30 19:50 22:10
ВРЕМЯ СУТОК, Ч
Рис. 4. Суточный ход концентраций бенз(а)пирена в районе крупной автомагистрали на ул. им. П. Железняка, 6А
60
50
54
Sr 40
щ
оГ 2Е
=Г 30
< 28 О- х
/ \
т
Üj- 20 X .20
I
О
' 10 V"
Ml
14
8:46 13:45 17:20 20:20 20:40 21:00 23:00 23:00
ВРЕМЯ СУТОК, Ч
Рис. 5. Суточный ход концентраций бенз(а)пирена в поселке Торгашено, ул. Шиферников, 25
Рис. 6. Суточный ход концентраций бенз(а)пирена на ул. Линейная, 1 в микрорайоне Покровка
Можно видеть (рис. 5, 6), что суточный ход в зонах автономных источников теплоснабжения, несмотря на летний период и отсутствие автотранспорта демонстрирует "пилообразный" ход концентраций, свидетельствующий о забросе концентраций из верхних слоев атмосферы, от высоких источников.
Взаимосвязь концентраций бенз(а)пирена в районах автомагистралей с интенсивностью транспортного потока во всех пунктах выглядит следующим образом рис. 7.
Рис. 7 показывает, что нарастающий в дневное время поток автотранспорта и, следовательно, выбросов, компенсируется уносом вертикальными потоками тепла [4, 5].
3500
3000
_ zr
и 2500 сс £ I
S 2 ООО
ГЦ
а_
£ 1500
X со X
i 1000 IX X
500
о
Рис. 7. Суточный траффик (авт/ч) и концентрация бенз(а)пирена в атмосферном воздухе, ул. Брянская, 17, г. Красноярск
-Э4ЧЮ
-- -РРГТ
ign- 7
Э9
2( fl
<1:20
Й:00
10:00
11:30
13:30 13:30 Время суток, ч
16:00
17:30
20:00 22:00
3.5
2.5
1.5
0.5
В зимний период происходит снижение интенсивности вертикального обмена между нижним и верхними слоями атмосферы. При этом работа предприятий теплоэнергетики и автономных источников теплоснабжения приводит к повышению выбросов бенз(а)пирена [6]. Следствием этого является и повышение концентраций бенз(а)пирена в отобранных пробах воздуха (рис.8, 9).
Рис. 8. Суточный ход бенз(а)пирена в районе крупной автомагистрали на ул. Брянская, 17 в зимний и летний период
Рис. 9. Суточный ход концентраций бенз(а)пирена в поселке Торгашено, ул. Шиферников, 25м, в зимний и летний период
Можно видеть, что в зимний период времен на автомагистралях города наблюдается значительное, в среднем в 12 раз, повышение концентраций
бенз(а)пирена. При этом в зонах автономных источников теплоснабжения концентрация бенз(а)пирена в зимний период ниже, в среднем почти в 2 раза.
Такая картина перераспределения в суточном ходе бенз(а)пирена может быть связана с двумя факторами. Снижение интенсивности обмена и перемешивания между нижним и верхними слоями воздуха, при котором заброс загрязняющих веществ в зоны с автономными источниками теплоснабжения снижается, это можно видеть на рис. 9.
Повышение в 12 раз концентраций бенз(а)пирена на автомагистралях в зимний период связано на наш взгляд с тем, что районы крупных автомагистралей - это открытые широкие участки местности с перегретым у земли слоем воздуха, что в свою очередь, способствует забросу загрязняющих веществ от высоких источников.
Заключение
Выявленный эффект заброса загрязняющих веществ в приземный слой атмосферного воздуха городских территорий от высоких источников имеет необходимо учитывать при реализации программ по мониторингу и оценке состояния и загрязнения воздушной среды, а также при планировании мероприятий по уменьшению негативного воздействия со стороны высоких промышленных источников загрязнения.
Работа поддержана грантом РФФИ, Правительства Красноярского края и Красноярского краевого фонда поддержки научной и научно-технической деятельности № 16-41-240788.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Михайлюта С., Кучеренко А., Леженин А. Проблемы оценки структуры выбросов в системе промышленные предприятия - автотранспорт // Экология и промышленность России. - 2017. - № 4. - С.54 - 58. DOI:10.18412/1816-0395-2017-4-54-58
2. Перечень и коды веществ, загрязняющих атмосферный воздух. - СПб. - 2008. -
438 с.
3. Ландсберг Г.Е. Климат города. - Л.: Гидрометеоиздат, 1983. - 248 с.
4. Mayer H., Haustein Ch., Matzarakis A. Urban air pollution caused by motor-traffic. In: Air Pollution VII. WIT PRESS. Advances in Air Pollution. - 1999. - 6. - P. 251-260.
5. Hargreaves P., Leidi A., Grubb H., Howe M., Mugglestone Local and seasonal variations in atmospheric nitrogen dioxide levels at Rothamsted, UK, and relationships with meteorological conditions // Atmospheric Environment. - 2000. - Vol. 34. - P. 843-853.
6. Mikhailuta, S.V., Lezhenin A.A., Black Carbon, Soot and Dust Particles in the Atmosphere of an Industrial City // Химия в интересах устойчивого развития. - 2016. - Т. 24. - .С. 447-453.
© С. В. Михайлюта, А. А. Леженин, П. Г. Гудовский, 2018
