Исследование загрязнения снежного покрова Барнаула

УДК 535.536

Т.В. Андрухова,

В.И. Букатый, И.П. Чефранов Исследование загрязнения снежного покрова Барнаула

В конце XX в. объем выбросов загрязняющих веществ антропогенного происхождения стал соизмерим с масштабами природных процессов миграции и аккумуляции различных соединений. Прямое влияние химического загрязнения воды и воздуха на здоровье испытывают жители не только крупных городов, но и сельских районов. В связи с этим возникла необходимость развития и расширения исследований экологического состояния окружающей среды. Развитие промышленности, интенсификация производства, резкое увеличение численности транспорта повлекли за собой серьезные проблемы, связанные с загрязнением атмосферы. Рост числа химических элементов, используемых в производстве, возникновение новых технологических процессов обусловили появление в перечне загрязняющих веществ новых опасных для здоровья синтетических соединений, аэрозолей тяжелых и редких металлов.

В условиях промышленных центров, к числу которых относится Барнаул, актуальны исследования элементного состава аэрозольных загрязнений, в основном, техногенного происхождения. Пылевые промышленные выбросы накапливаются, в конечном счете, в почве, нарушая соотношение между элементами, изменяя тем самым геохимический фон.

В последнее время в мониторинге загрязнения окружающей среды часто используются так называемые природные планшеты, и в этом смысле интерес представляет изучение состава снежного покрова как накопителя пыли.

Исследование снегового покрова можно разделить на четыре основных этапа:

- отбор снеговых проб;

- подготовка исследуемых образцов;

- исследование отобранных проб;

- обработка и интерпретация результатов.

Отбор снеговых проб

Надежность элементного анализа аэрозоля во многом зависит от пробоотбора и подготовки пробы к спектральному анализу. Опасность загрязнить пробу может быть уменьшена при правильном выборе метода забора аэрозоля.

Для выявления наиболее загрязненного района пробы отбирались в разных районах Барнаула. Была составлена карта забора снеговых проб. Цифрами на карте обозначены: №1 - площадь Свободы, №2 - улица Космонавтов (район ХБК), №3 - Солнечная поляна, №4 - пересечение улиц Балтийской и Попова, №5 - улица А. Матросова, №6 - Демидовская площадь, №7 - пересечение улицы Мерзликина и пропспекта Красноармейского. Также для исследования загрязненности конкретного микрорайона были взяты пробы снега в точках, отмеченных на карте цифрами 1-8, заключенными в круги.

Для сбора аэрозольных частиц использовался метод отбора снежных проб, который проводился не только в черте города, но и за его пределами, в частности, в районе озера Красил ово, находящегося на расстоянии ~60 км от Барнаула. Измерения в районе озера Кра-силово рассматривались нами как фоновые.

Пробы снега отбирались в виде кернов с площадью основания 200х200 мм и на всю глубину снежного покрова и в каждой точке отбора забиралось не менее 3-4-х образцов. Каждая проба снега помещалась в химически неактивную тару и хранилась до анализа при температуре от -5 0С до -20 0С. Перед анализом проба снега помещалась в стеклянную емкость, промытую спиртом и высушенную.

Подготовка исследуемых образцов

Для получения сухого остатка использовался метод фильтрации. Снеговую воду пропускали через фильтр с диаметром мембран 2 мкм Осадок, представлявший основной интерес, оседал на фильтре и высушивался естественным путем. Для исследования электропроводности и кислотности талая вода помещалась в стеклянные сосуды и хранилась в холодильнике до начала анализа.

В методе фильтрации, основанном на пропускании талой снеговой воды через пористый слой, применялись бумажные фильтры. Поэтому при использовании этих методов забора в атомно-эмиссионном спектральном анализе требуется много сложных операций для

Карта города с отмеченными местами забора проб. В левом нижнем углу приведено увеличенное изображение исследуемого микрорайона

удаления его органической основы и получение зольного остатка. В результате изготовлялась навеска, состоящая из спектрально-чистого графита и зольного остатка в процентном соотношении 40-50%. Если учесть потери интересующих нас веществ на этапе озоления и разбавления графитовым порошком, то ошибка определения количества элемента могла составить —15—20%.

Исследование отобранных проб

Исследование многокомпонентной экспериментальной пробы сопряжено с трудоемким процессом определения и идентификации огромного количества спектральных линий в широком диапазоне длин волн. С целью проведения эксперимента было взято 15 проб сухого осадка массой от 2 до 170 мг.

Сухая проба смешивалась наполовину с графитовым порошком, делилась на пять частей и помещалась в чашечные электроды, которые затем сжигались в камере сгорания спектральной установки. Образцы с пробой подвергались воздействию дуги переменного тока. В качестве противоэлектрода использовался графитовый электрод, заточенный по стандарту

Результатом проведенного качественного анализа спектра сухой пробы явилось наличие таких элементов, как железо, магний, кобальт, никель и свинец, также эксперимент показал, что влияние органической компоненты несущественно. Результаты качественного анализа приведены в таблице 1.

Для проведения количественного анализа были взяты соли с известной долей исследуемых химических элементов. Далее была измерена масса эталонных образцов, получен их спектр и составлены соотношения, по которым рассчитаны концентрации искомых элементов в исследуемых пробах.

Для проведения количественного анализа аэрозоля были изготовлены растворы эталонных веществ и взяты их соли с известной концентрацией искомого элемента в пробе. Соли смешивались с графитом и сжигались, исследовался спектральный состав смеси. Затем определялась концентрация искомых элементов в эталонных пробах по конкретным длинам волн. Это делалось для того, чтобы в дальнейшем было легко находить неизвестные концентрации по интенсивности спектральной линии. Выбор искомых анализируемых элементов обусловлен степенью их вредного влияния на организм человека.

Таблица 1

под 600. Межэлектродный промежуток составлял 2 мм.

Результаты качественного анализа аэрозоля

№1, пл. Свободы №2, ул. Космонавтов (ХБК) №3, Солнечная поляна №4, ул. Балтийская-Попова №5, ул. Матросова №6, Демидовская площадь №7, ул. Мерзликина ФОН, оз. Красилово 1-Н СП уп 40 г- ОО

А1 Се А1 А1 Се Са XV А1 А1 А1 Са А1 А1 Са А1 Се

Се Со Се Се Со Се Се Се Са Се Се Се Со Се Се Со

Со Сг Сг Со Сг Со Со Си Се Со Со Со Сг Сг Со Си

Бе Ре Си Сг Си Сг Ре Ре Ре Сг Ре Сг Ре Ре Си Ре

Мп Мо Ре Ре Ре Ре Мп К Мо Си Мп Ре Мп Мо Ре №

№ Мо М) Мо № Мп М> Мп № Ре Мо Мо Мо М) № Р

Р № № М) V Мо № Мо № Мо М) М> № Р РЪ РЪ

РЪ № РЪ № Хп РЪ РЪ № РЪ №> РЪ Ті V РЪ V

\У Бі Б Ті 8п V РЪ 8 Р 8 V XV ві XV

Хп Ті V XV Ті \У ві РЪ 8п \У Хп V

V \¥ Хп V Хх V 8 XV Хх XV

XV Хх \У XV Zn

хп Хх

Таблица 2

Результаты определения pH, ЕЬ

№ пробы, место забора рн ЕЬ, отн. ед. Масса осадка, мг Концентрация аэрозоля в талом снеге, мг/л

№1, пл. Свободы 5,7 96 212,00 42,39

№2, ул. Космонавтов (ХБК) 4,5 406 109,00 31,14

№3, Солнечная поляна 4,7 391 20,35 4,54

№4, ул. Балтийская-Попова 6,1 355 49,05 12,91

№5, ул. Матросова 4,5 358 121,00 28,14

№6, Демидовская пл. 7,9 434 106,50 26,62

№7, ул. Мерзликина 47,20 23,45

ФОН, оз. Красилово 6,0 926 0,29 0,07

1 - - 34,09 17,04

2 — — 38,01 34,87

3 - - 27,23 10,47

4 - - 100,14 41,72

5 — — 22,55 11,27

6 - - 19,83 7,63

7 — — 23,22 9,68

8 - 29,53 13,42

Качественный анализ аэрозоля показал наличие следующих элементов: Мп, I, Си, Ее, Еп, Са, Б1, Со, РЬ, А1, Со, N1. Количественный анализ проведен спектрографическим методом, были обнаружены следующие элементы: Мп (361,2 нм), N1 (360,3 нм), РЬ (367,5 нм), Со (368,2 нм), Ее (364,9 нм), Си (365,8 нм), А1 (368,0 нм), Еп (342,4 нм), построены калибровочные графики, рассчитаны соответствующие концентрации (табл. 2). Значения кислотности рН и электропроводности ЕЬ указаны в таблице 3. Измерения кислотности и электро-

проводности проводились одновременно со спектральным анализом как комплексное исследование состава атмосферного аэрозоля. Измерение этих характеристик необходимо для раскрытия полноты влияния загрязнения на экологическую обстановку в городе.

Следует также отметить, что в сухой пробе были найдены цинк, кремний, молибден, которые не обнаруживались раньше.

Анализ кислотности показал, что неблагоприятными районами с экологической точки зрения являются Демидовская площадь (7,9), рай-

Таблица 3

Результаты количественного анализа аэрозоля

№ пробы, место забора Концентрация в пробе, %

Мп № Со Ре РЬ Си А1 Ъл

№1, пл. Свободы 0,0004 0,0014 0,0041 0,0183 0,0019 0,0001 0,0003

№2, ул. Космонавтов (ХБК) - 0,0017 0,0008 0,0039 - - 0,0002

№3, Солнечная поляна - 0,0108 0,0086 0,0014 0,0024 0,0001

№4, ул. Балтийская-Попова — 0,0128 0,00 (О 0,0055 — — 0,0003 0,0001

№5, ул. Матросова 0,0043 0,0018 0,0016 0,0032 - 0,0002

№6, Демидовская пл. 0,0009 - 0,0046 0,0152 0,0017 -

№7, ул. Мерзликина 0,0001 — 0,0009 0,0016 0,0007 —

ФОН - оз. Красилово 0,0011 0,0037 0,0044 0,0024 0,0070 0,0002 -

1 — 0,0028 0,0045 0,0006 — 0,0001 —

2 - (0)0(0 0,0016 0,0008 0,0038 0,0001 -

3 0,0017 - 0,0014 0,0057 0,0010 -

4 - 0,0031 0,0245 - 02)001

5 07)012 0,0012 0,0015 0,0001 02)001

6 - - 0,0013 0,0009 - 0,0001

7 - 07) 00 с 0,0015 0,0032 0,0007 0,0022 0,0002 -

8 - 0,0060 0,0009 0,0019 0,0003 0,0022 - -

он хлопчато-бумажного комбината ХБК (4,5) и Солнечная поляна (4,5), что превышает предельно-допустимую концентрацию.

Электропроводность талой воды зависит от степени минерализации (концентрации растворенных минеральных солей) и температуры. Минерализация в среднем по городу не пре-

вышает ПДК, хотя в конкретных точках забора проб (Демидовская площадь, площадь Свободы и район ХБК) заметно выше.

Данные количественного спектрального анализа сравнивались с ПДК, и значительного превышения по указанным выше элементам обнаружено не было.