Оценка загрязнения атмосферы г. Воронежа по химическому составу снежного покрова

ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ Г. ВОРОНЕЖА ПО ХИМИЧЕСКОМУ СОСТАВУ СНЕЖНОГО ПОКРОВА

Т.И. Прожорина, доцент, к.х.н., С.А. Куролап, профессор, д.г.н., Н.И. Якунина, магистрант, Воронежский государственный университет, г. Воронеж

В настоящее время наиболее востребованными являются экспрессные методы контроля качества окружающей среды, которые позволяют произвести относительно быструю оценку эколого-геохимической обстановки. Один из таких методов основан на использовании снежного покрова. Снег обладает высокой сорбционной способностью и осаждает из атмосферы на земную поверхность значительную часть продуктов техногенеза. Многолетний мониторинг снежного покрова позволяет выявить пространственно-временные особенности распределения элементов, выявить очаги загрязнения и определить тенденцию в изменении качества окружающей среды [1].

Цель работы заключалась в исследовании химического состава снежного покрова в различных функциональных зонах г. Воронежа и выявлении зависимостей между наличием загрязняющих веществ и уровнем техногенного воздействия.

В период, предшествующий снеготаянию, 11.02.2015 года были отобраны 47 проб снега в различных функциональных зонах города Воронежа с разной степенью техногенного воздействия: 11 проб в жилой зоне, 9 - в промышленной зоне, 9 - в транспортной зоне, 6 - в зоне рекреации, 10 - районы перспективной застройки (жилые) и 2 фоновые пробы.

Репрезентативные пробы «лежалого» снега отбирались по всей толще снежного покрова [2]. Пробы снега растапливались при комнатной температуре, талую воду фильтровали. По осадку на фильтре, определяли взвешенные вещества (весовым методом), а в фильтрате определяли следующие показатели: NH4+, NO3-, NO2- (колориметрический метод); общая жесткость, Са2+, Cl-, SO42-, HCO3- (титриметрический); рН (потенциометрический); минерализация и Mg2+ (расчетный) [3].

Исследования химического состава снега выполнены на следующий день после отбора проб (12.02.2015 г.) на базе учебной эколого-аналитической лаборатории факультета географии, геоэкологии и туризма Воронежского госуниверситета.

Для более объективной характеристики геохимической индикации загрязнения снежного покрова за основу принимается сопоставление концентраций поллютантов городских проб снега с соответствующими значениями их фонового аналога. Это достигается расчетом коэффициента концентрации химических элементов (Кс) по формуле:

Кс = С,

с С

Сф

где С - содержание элемента в объекте, Сф - фоновое содержание элемента [1].

В качестве фона была выбрана № 47, расположенная в северном направлении в 15 км от города в Рамонском районе, СТ «Северный бор».

С целью выявления степени техногенной нагрузки на районы города Воронежа, был сделан сравнительный анализ полученных результатов:

1) по данным фактического присутствия загрязняющих веществ в атмосферных осадках для исследуемых функциональных зон;

2) по рассчитанным коэффициентам концентрации химических элементов для исследуемых проб снега.

Результаты анализа химического состава талой воды указывают на повышенный техногенный уровень загрязнения снежного покрова во всех исследуемых функциональных зонах г. Воронежа [4]. Так, например, содержание минеральной пыли в пробах снега варьирует от 34,81 до 620,08 мг/л. Низкие значения взвешенных веществ (от 34,0 до 93,22 мг/л) отмечаются в пробах снега, отобранных преимущественно в зонах перспективной застройки (точки 36, 39, 40, 41, 42) и рекреации (точки 15, 19, 20, 26, 47).

Высокие значения взвешенных веществ (более 204 мг/л) отмечаются в пробах снега, отобранных в промышленной (точки 12, 28, 29, 31) и еще больше в транспортной зонах (точки 6, 7, 10, 16, 21). Это объясняется повышением уровня загрязненности атмосферы городских ландшафтов. В промышленных городах запыленность воздуха увеличивается в 5-10 раз по сравнению с фоном и ведет к возрастанию роли взвешенных частиц как носителей химических элементов [1].

Значения минерализации снежных проб варьируют от 30,5 (фон) до 190,69 мг/л. Наибольшие значения минерализации (более 150 мг/л) характерны для шести проб снега:

- точка 17 и 33 - транспортная зона 171,4 и 172,9 мг/л;

- точка 22 и 23 - жилая застройка 161,01 и 167,87 мг/л;

- точки 36 и 39 - перспективная застройка 190,69 и 159,7 мг/л.

Минимальные значения минерализации снеговых вод (менее 100 мг/л) за

некоторым исключением прослеживаются, в основном, для жилой зоны (точки 1, 3, 9, 13, 18, 24); зоны рекреации (точки 4, 15, 19, 20, 30, 34) и для 3-х точек перспективной застройки (точки 38,41,42).

Об антропогенном загрязнении атмосферы также свидетельствует увеличение концентрации катионов Са2+ и Mg2+ в атмосферных осадках и соответственно жесткости. Величина общей жесткости снежных проб варьирует от 0,053 до 1,172 мг-экв/л. Минимальные значения жесткости (менее 0,1 мг-экв/л) отмечаются в точках 26, 34, 47 (зона рекреации) и в точках 40, 43 (перспективная застройказона). Максимальные значения (более 0,20 мг-экв/л) отмечены для точек транспортной (6, 7, 10, 16, 21, 33), промышленной (28, 29, 31) и жилой зоны (13, 18, 45).

Присутствие хлоридов в снеге напрямую связано с интенсивностью применения антигололедных средств для дорожных покрытий в зимний период.

В г. Воронеже для этих целей используется песчано-соляная смесь. Содержание С1--ионов в пробах снега варьирует от 3,09 мг/л (фон) до 40,15 мг/л. Максимальные концентрации (более 10 мг/л) отмечаются в пробах снега транспортной зоны (точки 7, 10, 16, 21, 33); по 1 пробе в зоне рекреации и жилой СП (точки 26 и 45 соответственно), а также в двух точках перспективной застройки (точки 39 и 44).

Наличие азотсодержащих соединений в воде определяется деятельностью бактерий, но в зимний период в снежном покрове их присутствие невозможно, поэтому все содержание N03-, N02-, NH4+-ионов в талой воде обусловлено только антропогенным воздействием, к которому можно отнести, в первую очередь, выбросы от промышленных предприятий и автотранспорта (оксиды азота). Так, например, значения N03- - аниона изменяются от 1,46 до 49,88 мг/л. Максимальные значения нитратов (более 27 мг/л) отмечаются в пробах снега транспортной (точки 6, 7, 8, 16, 21, 33), жилой (точки 13,24,25,45) и промышленной зоны (точки 5, 12, 31). Минимальные значения N03- - аниона (менее 5 мг/л) - в зонах рекреации (4, 15, 19, 26) и перспективной застройки (точки 40, 42).

Величина рН снежных проб изменяется в интервале от 5,3 до 8,12. Наиболее высокие значения рН (7,0-7,3) отмечаются в пробах снега, отобранных преимущественно в транспортной зоне (точки 6, 8, 10, 33), а также в промышленной зоне (точки 5, 12, 14, 29).

По степени минерализации и содержанию пыли в снеге можно судить о «техногенном давлении» на среду. Поэтому сравнительный анализ степени загрязненности снега в различных функциональных зонах города проводили по двум показателям химического состава - общая минерализация и взвешенные вещества (пыль).

Для проб снега, отобранных в зоне рекреации, значения минерализации составляют от 61,41 до 143,27 мг/л, а содержание взвешенных веществ от 35 (точка 19) до 220,5 мг/л (точка 30). Наиболее «чистой» парковой зоной является точка 19 (ул. Маршала Одинцова, 11). Наиболее «загрязненная» зона рекреации отмечена в точке 30 (ул. 9 Января, 262/1). В среднем величина минерализации для точек рекреации составляет 90,0 мг/л, а взвешенных частиц - 103 мг/л. Часто зоны рекреации располагаются вблизи автомагистралей (например, ул. Набережная Масалитинова, ул. 9 Января), поэтому они также загрязнены продуктами выбросов автотранспорта.

В жилой зоне было выделено 3 подзоны: центральная историческая часть города (жилая ЦИ); кварталы с современной многоэтажной застройкой (жилая СП) и частный сектор с одноэтажной застройкой (жилая ЧС). Анализ показал, что наибольшая минерализация и содержание пыли наблюдается в зонах жилая ЧС и жилая СП.

Среди проб жилой ЦИ наиболее «чистая» точка 9 (ул. Ворошилова, 30), наиболее «загрязненная» - точка 3 (ул. Героев Стратосферы, 8), для них содержание взвешенных веществ возрастает от 107,3 до 290,4 мг/л.

Для проб жилая ЧС наиболее «чистая» точка 24 (ул. Шишкова, 53). Наиболее «загрязненные» - точки 13 (ул. Циолковского) и 25 (ул. Нагорная, 25), для них минерализация достигает 161 мг/л, а количество взвешенных частиц - 373,6 мг/л.

Для проб жилой СП трудно выделить наиболее «чистую» зону. Однако, очевидно, что наиболее «загрязненная» - точка 45 (ул. Грамши, 70), которая характеризуется высокими значениями минерализации (95,3 мг/л) и взвешенных частиц (367 мг/л).

Для проб снега, отобранных в промышленной зоне, величина минерализации изменяется незначительно от 94,1 до 128,7 мг/л, а содержание взвешенных веществ варьирует в широком диапазоне - от 40,39 до 351,4 мг/л. Большинство проб превышают фоновую минерализацию в 3,1-4,2 раза. К наиболее «загрязненной» промышленной зоне по содержанию пыли и азотистых соединений можно отнести сразу несколько проб снега:

- точка № 12 (ул. Ленинградская, 98а) - взвешенные вещества превышают фон в 9,5 раза; минерализацию - в 3,1 раза; нитраты - в 19,8 раза;

- точка № 28 (пр-т Труда, 111) - взвешенные вещества превышают фон в 9,8 раза; минерализацию - в 3,3 раза; нитраты - в 17 раз;

- точка № 29 (ул. 9 Января, 180)- взвешенные вещества превышают фон в 10,1 раза; минерализацию - в 3,2 раза; нитриты и нитраты - в 23,5 и 17 раз;

- точка № 31 (ул. Дорожная, 15) - взвешенные вещества превышают фон в 7,7 раза; минерализацию - в 4,2 раза; нитриты и нитраты - в 24 и 22 раза.

Величина минерализации для проб снега, отобранных в транспортной зоне, варьирует от 93,1 до 172,9 мг/л, а содержание взвешенных частиц - от 94,7 до 620,08 мг/л. Наименее загрязненная проба № 11 (ул. Саврасова). К наиболее «загрязненной» транспортной зоне относятся:

- точка № 6 (Московский пр-т, 36) - взвешенные вещества превышают фон в 15,1 раза; жесткость - в 6,9 раза; нитриты и нитраты - в 30 и 31 раз;

- точка № 16 (ул. Брусилова - Ленинский пр-т) - пыль превышает фон в

17.7 раза; минерализация - в 5,6 раза; нитриты и нитраты - в 13 раз;

- точка № 33 (ул. Скрибиса, 16) - пыль превышает фон в 7,8 раза; минерализация - в 5,7 раза; нитраты - в 23,5 раза; хлориды - в 13 раз;

- точка № 21 (б-р Победы - ул. 60 лет Армии) - взвешенные вещества превышают фон в 5,9 раза; минерализация - в 4,7 раза; нитриты и нитраты - в

18.8 и 23,2 раза;

- точки № 7 (ул. 9 Января) - взвешенные вещества превышают фон в 8,8 раза; минерализация - в 3,7 раза; нитраты - в 26,7 раза;

- точки № 10 (ул. Матросова, 6) - взвешенные вещества превышают фон в 8,8 раза; минерализация - в 3,3 раза; нитраты - в 18,5 раза.

Из 10 проб снега перспективной застройки, 2 точки (36 и 39) по состоянию снежного покрова характеризуются как «загрязненные». В них обнаружены существенные превышения по минерализации в 6,2 и 5,2 раза. Проба № 36 (Московский пр-т, 90/1) характеризуется наибольшим коэффициентом концентрации по содержанию сульфатов в снеге (Кс= 10,3) по

сравнению с остальными пробами. А в пробе № 39 (ул. Острогожская, 148) обнаружено значительное превышение фона по содержанию всех форм азота ^4+, Ш2-, Ш3-) - в 14,4; 23,5 и 34,2 раза.

Результаты анализа показали, что по качественным и количественных характеристикам проведенных исследований к наиболее «чистым» можно отнести четыре точки перспективной застройки (точки 40, 41, 42, 43), расположенные в пос. Шилово и Отрадное.

Таким образом, исследования химического состава снежного покрова в различных функциональных зонах г. Воронежа позволили сделать следующие выводы:

1. Содержание минеральной пыли, и величина минерализации снеговых вод характеризуют интенсивность техногенного пресса на городскую среду, а состав талых вод указывает на характер ее загрязнения.

2. В пробах снега всех городских зон г. Воронежа преобладающее место занимают N03-, N02-, О- - ионы, что косвенно отражает состав техногенных выбросов в атмосферу.

3. По степени загрязненности, исследуемые городские зоны можно расположить в следующий убывающий ряд: транспортная > промышленная > жилая и рекреация > перспективная застройка > фоновая.

4. По степени загрязненности, исследуемые жилые подзоны можно расположить в следующий убывающий ряд: жилая ЧС > жилая СП > жилая ЦИ.

Список использованной литературы

1. Касимов Н.С. Экогеохимия городских ландшафтов / Н.С. Касимов. -М.: Изд-во Моск. ун-та, 1995. - 336 с.

2. Гаврилова И.П. Практикум по геохимии ландшафта / И.П. Гаврилова, Н.С. Касимов. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1988. - 447 с.

3. Прожорина Т.И. Эколого-аналитические методы исследования окружающей среды: учебное пособие / Т.И. Прожорина, Н.В. Каверина, А.Н. Никольская, Е.Ю. Иванова, А.И. Федорова и др. - Воронеж: Истоки, 2010. -304 с.

4. Куролап С.А. Воронеж: среда обитания и зоны экологического риска / С.А. Куролап, С.А. Епринцев. - Воронеж: Истоки, 2010. - 207 с.