, ,
ИВМиМГ СО РАН, ИНХ СО РАН, НИОХ СО РАН, Новосибирск
Анализ состояния длительного загрязнения атмосферы
и снежного покрова г. ТОМска
Аннотация
Приведены результаты экспериментальных исследований загрязнения атмосферного воздуха и снежного покрова вблизи стационарных постов Гидрометеослужбы г. Томска. Установлены качественные и количественные закономерности между содержанием ряда измеренных компонентов примеси в атмосфере и снеге, включающих сажу, бенз(а)пирен, взвешенные вещества, окислы азота, серы. Показана возможность использования взаимно дополнительных систем мониторинга и получения на их основе более детальной оценки состояния длительного загрязнения атмосферы города.
Введение
Источниками загрязнения атмосферного воздуха г. Томска являются дымовые трубы промышленных предприятий, ТЭЦ, котельных, а также автомобильный транспорт. К доминирующим загрязняющим примесям следует отнести пыль, сажу, тяжёлые металлы, окислы углерода, серы, азота, формальдегид, полиароматические углеводороды (ПАУ). Для оценки уровня загрязнения атмосферы города создана сеть стационарных постов наблюдений [1]. В настоящее время в Томске функционирует 6 постов.
Снежный покров является удобным индикатором аэрозольного загрязнения атмосферного воздуха. Изучение пространственного распределения загрязнения в снеге позволяет ответить на многие вопросы: выявить источники выбросов аэрозольных примесей, дифференцировать зоны интенсивности воздействия и дальность распространения, оценить суммарный выброс и характеристики дисперсного состава примеси [2]. Особый интерес снежный покров представляет при изучении процессов длительного загрязнения (месяц, сезон).
Целью данной работы является выявление качественных и количественных взаимосвязей между концентрациями определённых примесей на основании сопряженных исследований загрязнения атмосферного воздуха и снежного покрова на постах г. Томска.
1. Мониторинг загрязнения атмосферы и снежного покрова города.
Контроль качества атмосферного воздуха проводится по четырем основным параметрам (взвешенные вещества, диоксиды серы и азота, оксид углерода) и специфическим (оксид азота, хлористый водород, аммиак, фтористый водород, формальдегид, бенз(а)пирен и др.). Посты подразделяются на "городские фоновые" в жилых районах (ПНЗ 14), "промышленные" вблизи предприятий (ПНЗ 5, 11, 12, 13) и "авто" вблизи автомагистралей или в районах с интенсивным движением транспорта (ПНЗ 2). Это деление является в значительной степени условным, так как взаимное размещение жилых районов города, промышленных площадок предприятий, автомагистралей не позволяет сделать четкого разделения.
Рис. 1. Схема размещения стационарных ПНЗ на территории г. Томска
Для Томска содержание в воздухе взвешенных веществ распределено достаточно дифференцировано. Значительное влияние на повышенную запыленность воздуха города оказывают недостаточная благоустроенность территории, качество дорог, малое количество зелёных насаждений, а также метеорологические условия (направление и скорость ветра, температурный режим, количество и интенсивность атмосферных осадков).
Основные источники выброса сажи в атмосферу города – это ТЭЦ и котельные, работающие на твердом и жидком топливе; печные трубы частного сектора; автомобильный и железнодорожный транспорт. Повышенное содержание бенз(а)пирена в атмосфере отмечается в холодный период года, что связано с увеличением нагрузки на отопительную систему (возрастает количество сжигаемого топлива).
Источниками загрязнения атмосферы оксидами азота являются предприятия топливно-энергетического комплекса, котельные, дымовые трубы печей частного сектора, промышленные предприятия, автотранспорт, железнодорожный транспорт. Диоксид серы поступает в атмосферный воздух, как с выбросами от стационарных источников, так и с отработанными газами автотранспорта. Больше всего этой примеси содержится в выбросах автотранспорта, работающего на дизельном топливе.
Отбор проб снега выполнялся в конце зимнего сезона 2009 вблизи стационарных ПНЗ г. Томска. Анализ снежных проб проводили в лаборатории после их топления по разным схемам в зависимости от природы искомых компонентов. Неорганические компоненты определяли после топления проб как в осадках, так и фильтратах. Органические компоненты, в основном ПАУ, определяли после их экстракционного концентрирования в хлористый метилен из всего объема нефильтрованной пробы. После упаривания сухой остаток растворяли в ацетоне. Полученный раствор анализировали методом газовой хроматографии с масс-спектрометрическим детектором.
2. Параметры для сравнения загрязнения атмосферного воздуха и снега
Для прямого сравнения результатов измерений в воздухе и снеге были выбраны соответственно следующие параметры: взвешенные вещества (пыль) и осадок; бенз(а)пирен в обеих средах; сажа воздуха сопоставлялась с бенз(а)пиреном и суммой ПАУ в снеге. К сожалению, бенз(а)пирен в г. Томске измеряется только на двух ПНЗ. Для расширения объёма выборок сравнения может быть использована также сажа, которая является известным индикатором присутствия бенз(а)пирена (ПАУ) в воздухе [3].
Другими неочевидными параметрами для сравнения в рассматриваемых средах нами были выбраны: оксиды азота (NO2, NO), с одной стороны, и нитраты, нитриты, с другой, а также оксид серы(IV) и сульфаты. Из литературных данных известно, что оксиды азота и серы являются газовыми предшественниками вышеперечисленных анионов в аэрозольных выпадениях в снег. Расчёт среднезимних концентраций примесей, измеряемых в атмосфере, проводился за период времени с середины ноября по середину марта, что примерно соответствует периоду залегания устойчивого снежного покрова в городе.
3. Результаты и обсуждение
Результаты экспериментальных исследований приводятся в виде диаграмм, на которых по вертикальной оси представлена величина сопоставляемых параметров, на горизонтальной оси указаны порядковые номера ПНЗ. В случаях, когда между сравниваемыми величинами помимо качественного имеется и достаточно близкое количественное согласие, приводятся также диаграммы отношений (К) соответствующих параметров в снеге и воздухе.
Осадок в снеготалой пробе / взвешенные вещества в атмосфере. На рис. 2 представлена диаграмма отношений концентраций этих параметров по шести ПНЗ за зимний сезон г. г. Из диаграммы видно, что разброс отношений (К), в целом, незначительный.
|
|
Рис. 2. Концентрации и отношения концентраций (К) взвешенных веществ в воздухе (мг/м3) к удельному осадку в снеге (мг/л) за зимний период г. г. для ПНЗ г. Томска
Вместе с тем на рис. 2б можно выделить группу постов, близких по значениям величины К. В неё следует включить ПНЗ 2, 5, 11, 12, 13.
Нитрат-анионы / диоксид азота. Анализ рис. 3а показывает, что изменения на ПНЗ концентраций диоксида азота в атмосферном воздухе, а также нитрат-анионов в снежном покрове, происходит вполне согласованно. Вместе с тем рис. 3б показывает, что можно выделить две группы постов, близких по значениям величины К. В первую группу следует включить ПНЗ 2, 5, 11, а во вторую – ПНЗ 12, 13, 14. Такое деление на группы возможно обусловлено различием действующих источников.
|
|
Рис. 3. Концентрации диоксида азота в воздухе (мг/м3), нитратов в снеге (мг/л) и их отношений за зимний период г. г. для ПНЗ г. Томска
На рис. 4 приведены результаты измерений концентраций сульфат-ионов в снеге и диоксида серы в атмосфере за зимний сезон г. г. Полученные результаты показывают достаточное соответствие взаимного изменения в обеих средах.
|
|
Рис. 4. Концентрации диоксида серы в воздухе (мг/м3), сульфатов в снеге (мг/л) и их отношений за зимний период г. г. для ПНЗ г. Томска
Результаты экспериментальных исследований и численного анализа данных наблюдений загрязнения атмосферного воздуха и снежного покрова на стационарных постах Гидрометеослужбы г. Томска позволили установить качественные и количественные закономерности между концентрациями ряда компонентов примеси, таких как оксиды азота и нитрат-анионы; диоксид серы и сульфаты; взвешенные вещества и осадок. Наиболее высокий уровень количественного согласия получен между уровнями концентраций сульфатов в снеге и диоксида серы, осадка в снеге и пыли в атмосфере. Результаты этих исследований могут быть использованы для взаимного контроля данных наблюдений в снеге и приземном слое воздуха, существенно дополнить в зимнее время стационарную сеть наблюдений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Безуглая, состояния загрязнения атмосферы в городах. / / Л.: Гидрометеоиздат, 19с.
2. Василенко, загрязнения снежного покрова. / , , / Л.: Гидрометеоиздат, 19с.
3. Ровинский, мониторинг полициклических ароматических углеводородов. / , , / Л.: Гидрометеоиздат, 19с.
