Исследование содержания мелкодисперсных частиц в атмосферном воздухе жилой зоны Белгорода

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Исследование содержания мелкодисперсных частиц в атмосферном воздухе жилой зоны Белгорода

А.Э. Боровлев

Боровлев А.Э., кандидат географических наук, доцент кафедры географии, геоэкологии и безопасности жизнедеятельности института наук о Земле Белгородского государственного национального исследовательского университета, г. Белгород, Россия

Белгородский государственный национальный исследовательский университет

Аннотация. Приведены результаты инструментального определения мелкодисперсных взвешенных частиц в атмосферном воздухе на территории жилой зоны города Белгорода. Измерения проводили с использованием лазерного анализатора DustTrak 8520. Получено соотношение РМ10: РМ2.5: TSP - 0,57 : 0,28 : 1,0. Установлено, что доля частиц фракции РМ10 в составе суммы твердых частиц составляет от 55,1 до 58,6 %, РМ2.5 - 25,5-32,4 %. Не выявлено превышений приземными концентрациями мелкодисперсных частиц максимальной разовой предельно допустимой концентрации (ПДКм.р.). Выявлены превышения ПДК среднесуточных и среднегодовых приземных концентраций РМ10 и РМ2.5 (до 2,2 ПДК). Результаты работ могут быть использованы для ориентировочной оценки содержания мелкодисперсных взвешенных частиц в атмосферном воздухе жилой застройки, расположенной в зоне влияния выбросов производства строительных материалов.

Ключевые слова: Белгород, загрязнение атмосферы, мелкодисперсные частицы, мониторинг, пыль, РМ10, РМ2.5, TSP.

Investigation of the content of fine particles in the atmospheric air of the residential area of Belgorod.

Borovlev A. E., Candidate of Geographical Sciences, Associate Professor, Department of Geography, Geoecology and Life Safety, Institute of Earth Sciences, Belgorod State National Research University, Belgorod, Russia

Annotation. The results of instrumental determination of fine suspended particles in the atmospheric air in the residential area of the city of Belgorod are presented. The measurements were performed using a DustTrak 8520 laser analyzer. The ratio PM10: PM2. 5: TSP-0.57 : 0.28 : 1.0 was obtained. It was found that the fraction of particles of the PM10 fraction in the composition of the sum of solid particles is from 55.1 to 58.6 %, PM2.5 - 25,5-32,4 %. No excess of the maximum single maximum permissible concentration (MPCm.r.) by surface concentrations of fine particles was detected. The MPC exceeded the average daily and average annual surface concentrations of PM10 and PM2. 5 (up to 2.2 MPC). The results of the work can be used for an approximate assessment of the content of fine suspended particles in the atmospheric air of residential buildings located in the zone of influence of emissions from the production of building materials.

Keywords: Belgorod, atmospheric pollution, fine particles, monitoring, dust, PM10, PM2. 5, TSP.

Введение

Взвешенные вещества (сумма твердых частиц - обозначается как TSP (total suspended particles)) принято относить к основным загрязнителям атмосферного воздуха города. Однако наиболее опасными для здоровья являются мелкодисперсные частицы (фракции твердых частиц с аэродинамическим диаметром менее 10 мкм (РМ10) и менее 2,5 мкм (РМ2.5)) [Health risk of particulate matter..., 2006; Directive 2008 50 EC..., 2008], так как обладают способностью адсорбировать из воздуха большое количество вредных веществ, которые вместе с ними также могут попадать в организм человека и проявляют токсическое действие, что вызывает ряд заболеваний или обостряет уже имеющиеся [Recheatal., 2012; Chengetal., 2016]. В странах Европы и США исследования распределения мелкодисперсных взвешенных частиц в атмосферном воздухе проводятся с конца 80-х годов прошлого века, и в настоящее время наблюдается их активное развитие в азиатских странах, обусловленное высокими темпами экономического развития этого региона мира [Karimianetal., 2016; Luetal., 2017].

В России предельно допустимые концентрации (ПДК) РМ10 и РМ2.5 были установлены в 2010 году (постановление Главного государственного санитарного врача РФ от 19.04.2010 № 26). Необходимые руководящие документы в части проведения и применения результатов были введены в действие только 2016 году [РД 52.04.830-2015, 2015; РД 52.04.840-2015, 2015]. Однако в настоящее время автоматизированный мониторинг РМ10 и РМ2.5 организован только в г. Москве, Санкт-Петербурге, Сочи, Казани, Набережных Челнах и Нижнекамске [Официальный сайт ГПУ «Мосэкомониторинг», 2020; Официальный сайт ФГБУ «УГМС Республики Татарстан», 2020; Экологический портал Санкт- Петербурга, 2020].

В настоящее время при оценке риска здоровью населения широко используются коэффициенты для перевода концентрации TSP в концентрации РМ10 и РМ2,5, равные 0,55 и 0,26 соответственно. При этом среднее соотношение РМ2.5: РМ10 (0,26 : 0,55) равно 0,47. Это согласуется с последними данными, полученными за период 2010-2014 гг. по 46-ти станциям мониторинга, которые являются частью автоматической городской и сельской сети Великобритании (AURN). Однако соотношение РМ2.5: РМ10 продемонстрировало значительную временную и пространственную изменчивость в Великобритании - варьировалась от 0,4 до 0,8 (при среднем 0,65) [Munir, 2017]. Поэтому для каждой территории указанные коэффициенты нуждаются в подтверждении в конкретных условиях происхождения пылевого загрязнения атмосферы.

Целью настоящей работы является исследование фракционного состава и концентраций взвешенных частиц в атмосферном воздухе на территории жилой зоны города Белгорода, определение пересчетных коэффициентов для РМ10 и РМ2,5 с последующей оценкой загрязнения исследуемой территории мелкодисперсными частицами.

Объекты и методы исследования

загрязнитель атмосферный воздух мелкодисперсный

Объектами исследования являются концентрации РМ10 и РМ2.5, формируемые в приземном слое атмосферного воздуха на территории жилой зоны города Белгорода выбросами промышленности и автотранспорта. Ежегодно в атмосферу города выбрасывается около 38,5 тыс. т, а общее количество стационарных источников загрязнения атмосферы превышает 3 000. В объеме выбросов ЗВ доля стационарных источников составляет 15,6-- 17,1 %, автотранспорта - 82,9-84,4 % [Borovlev, Zelenskaya, 2018]. Выброс в атмосферу твердых веществ от стационарных источников за последние годы снизился почти в 1,67 раза - с 1,504 тыс. т (2012 г.) до 0,9 тыс. т (2018 г.) и в суммарном объеме выбросов их доля в настоящее время составляет 2,3 %. Основной вклад в пылевое загрязнение атмосферы вносят предприятия промышленности строительных материалов (92,2 %), из них до 60 % приходится на ЗАО «Белгородский цемент».

Мониторинг пылевого загрязнения атмосферы проводится на 4-х стационарных постах (см. рис.) в соответствии с руководящим документом [РД 52.04.186-89, 2006] и предусматривает трехкратный отбор проб воздуха. Из них два поста находятся в зоне влияния выбросов объектов промышленности строительных материалов - ЗАО «Белгородский цемент» (пост № 3) и АО «Стройматериалы» (пост № 6). Третий пост № 7 расположен в «спальном» районе города, где отсутствуют крупные промышленные объекты. Четвертый пост № 8 находится в зоне влияния выбросов предприятий «Восточной промышленной зоны» (ООО «Полисинтез», канализационные очистные сооружения города, ООО «Белэнергомаш-БЗЭМ» и др.).

Рис. 1. Стационарные посты наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха на территории города Белгорода

Измерения осуществлялись с помощью пылемера «ОМПН-10.0» (на основе оптического блока DustTrak, модель 8520), имеющего диапазон измерения массовой концентрации частиц аэрозоля 0,04-100 мг/м3 и размеров регистрируемых частиц 0,1-10 мкм. Исследования выполняли в теплый период (июнь - июль) 2018 г. в местах расположения указанных 4-х стационарных постов (разовый отбор в сутки в течение 10-ти дней исследований). Гравиметрические исследования накопленных на фильтрах твердых частиц выполнены в лабораторных условиях. Полученные данные сравнивали с установленными нормативами ПДК для частиц РМ10 и РМ2.5 [Перечень и коды..., 2015].

Результаты и их обсуждение

Анализ содержания в атмосферном воздухе суммы TSP, а также частиц РМ10 и РМ2.5 позволил установить, что превышений ПДКм.р.. не установлено (табл. 1). Максимальные значения приземных концентраций суммы TSP, а также частиц РМ10 и РМ2были получены для поста № 3, минимальные - для поста № 7. Сопоставительный анализ содержания в атмосферном воздухе суммы TSP, мелкодисперсных частиц РМ10 и РМ2.5 позволил установить соотношение РМ10: РМ2.5: TSP, соответствующее 0,57 : 0,28 : 1,0. На долю частиц фракции РМ10 в составе суммы твердых частиц приходится от 55,1 до 58,6 %, на долю РМ2.5 - 25,5-32,4 %. Среднее по городу соотношение РМ2.5: РМ10 составило 0,5, что укладывается в диапазон средних значений 0,47-0,65, полученных в последние годы при проведении более длительных периодов наблюдений в разные сезоны года в промышленных центрах России и Великобритании [Rapoport, Kopylovetal., 2012; Nemenko, Iliyasovaetal., 2014; Munir, 2017].

Таблица 1. Усредненные значения концентраций мелкодисперсных частиц PM10 и PM2.5 в приземном слое атмосферного воздуха на территории жилой зоны города Белгорода

На основе полученного соотношения РМ10: РМ2.5: TSP, равного 0,57 : 0,28 : 1,0, с использованием данных по TSP от стационарных постов территориальной сети Росгидромета рассчитаны максимальные разовые (м.р.), среднесуточные (с.с.) и среднегодовые (с.г.) приземные концентрации мелкодисперсных частиц (табл. 2).

Согласно полученным результатам, расчетные значения максимальных разовых приземных концентраций мелкодисперсных частиц РМ10 и РМ2.5 не превышают установленные нормативы содержания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе. Расчетные значения приземных среднесуточных и среднегодовых концентраций мелкодисперсных частиц РМ10 и РМ2.5 превышают установленные ПДК в атмосферном воздухе на всех 3-х из 4-х постов. Так по концентрациям РМ10 превышения наблюдаются от 1,1 до 2,0 ПДКс.с. и от 1,5 до 2,2 ПДКс.г.. По концентрациям РМ2.5 превышения наблюдаются от 1,03 до 1,71 ПДКс.с. и от 1,2 до 1,76 ПДКс.г.

Максимальные превышения ПДК наблюдаются по посту № 3, расположенному вблизи автомагистрали по проспекту Богдана Хмельницкого с высокой интенсивностью движения автотранспорта (до 3 600 автомобилей) и находящегося в зоне влияния выбросов ЗАО «Белгородский цемент».

Таблица 2. Результаты расчетов концентраций мелкодисперсных частиц PM10 и PM2.5 в приземном слое атмосферного воздуха на территории жилой зоны города Белгорода

*данные Белгородской лаборатории по мониторингу загрязнения атмосферы за 2018 год

В работе Lisetskii, Borovlev [2019] по результатам расчетов приземных концентраций ЗВ показано, что при работе ЗАО «Белгородский цемент» по полной производственной программе (работа всех 6-ти печей и 14 мельниц) вклад указанных источников выбросов цементного производства в уровень загрязнения атмосферного воздуха мелкодисперсными частицами РМ10 может достигать 40-85 %, а РМ2.5 - 43-91 %. Аналогичных исследований в части оценки вклада выбросов автотранспорта в уровень загрязнения приземной атмосферы Белгорода мелкодисперсными частицами не проводилось. Однако в условиях крупного промышленного центра поступление мелкодисперсных частиц в атмосферу в основном обусловлено выбросами автотранспорта и промышленных предприятий. Так, в Великобритании наибольшее количество выбросов в атмосферный воздух частиц РМ2.5 приходится на дорожно-транспортную сеть (29 %), в том числе на выбросы автомобильного транспорта (18 %) и выбросы от износа шин, тормозных колодок и в результате истирания дорожных покрытий (11 %) [Munir, 2017].

Наименьшие концентрации мелкодисперсных частиц получены по посту № 7, расположенному в относительно «благополучном» районе города. Однако в этом районе только концентрация РМ2.5 не превышает ПДКс.с. Превышения ПДК по другим показателям мелкодисперсных частиц обусловлены, по всей видимости, выбросами автотранспорта, так как источники выбросов промышленной пыли в указанном районе отсутствуют.

Заключение

В результате исследования фракционного состава и концентраций взвешенных частиц в атмосферном воздухе на территории жилой зоны города Белгорода установлено, что значения максимальных разовых приземных концентраций мелкодисперсных взвешенных частиц РМ10 и РМ2.5 не превышают установленные нормативы содержания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, а по значениям приземных среднесуточных и среднегодовых концентраций частиц РМ10 и РМ2.5 наблюдаются превышения (до 2,0 ПДКс.с. и 2,2 ПДКс.г.. для концентрации РМ10; до 1,71 ПДКс.с. и 1,76 ПДКс.г. для концентрации РМ2.5). Показано, что основной вклад в уровень загрязнения атмосферного воздуха на территории жилой зоны города Белгорода мелкодисперсными взвешенными частицами РМ10 и РМ2.5 вносит ЗАО «Белгородский цемент».

В связи с особой опасностью мелкодисперсных взвешенных частиц для человеческого организма предлагается организовать проведение следующих мероприятий, обеспечивающих снижение уровня загрязнения атмосферного воздуха и контроль за содержанием таких частиц:

- установить допустимые вклады предприятий в загрязнение атмосферного воздуха мелкодисперсными частицами на основе организации и проведения сводных расчетов загрязнения атмосферы города Белгорода выбросами промышленности и автотранспорта;

- проводить мониторинг пыли на стационарных постах по полной программе с 4-разовым отбором проб, и на ближайшую перспективу - непрерывный мониторинг с использованием автоматических приборов для определения мелкодисперсных фракций взвешенных частиц.

Полученные данные могут быть использованы для оценки риска здоровью населения от воздействия объектов промышленности строительных материалов и объективной оценки содержания мелкодисперсных взвешенных частиц в городах, где мониторинг по показателям РМ10 и РМ2.5 в атмосферном воздухе не проводится.

Список источников

1. ГПУ «Мосэкомониторинг». Экологическая ситуация в г. Москве. Электронный ресурс. URL: http: //www.mosecom.ru/air. (дата обращения: 01.02.2020).

2. Перечень и коды веществ, загрязняющих атмосферный воздух (издание десятое, переработанное и дополненное). СПб, 2015, 257 с.

3. РД 52.04.186-89. Руководство по контролю загрязнения атмосферы (в ред. РД 52.04.667-2005). М., Росгидромет, 2006. 556 с.

4. РД 52.04.830-2015. Массовая концентрация взвешенных частиц РМ10 и РМ2.5 в атмосферном воздухе. Методика измерений гравиметрическим методом. Росгидромет, 2015. URL: http://docs.cntd.ru/document/1200133379 (дата обращения: 01.02.2020).

5. РД 52.04.840-2015. Применение результатов мониторинга качества атмосферного воздуха, полученных с помощью методов непрерывных измерений. Росгидромет, 2015. URL: http://docs.cntd.ru/document/1200133380 (дата обращения: 01.02.2020).

6. ФГБУ «УГМС Республики Татарстан». Мониторинг загрязнения атмосферного воздуха г. Казани. Электронный ресурс. URL: http://www.tatarmeteo.ru/ru/monitoring-okruzhayushhej-sredyi/monitoring-zagryazneniya-atmosfernogo-vozduxa-(s-interaktivnoj-kartoj-zagryazneniya-g.-kazani,-vozmozhno-vyidelit-otdelnyim-punktom).html. (дата обращения: 01.02.2020).

7. Экологический портал Санкт-Петербурга. Характеристика уровня загрязнения атмосферного воздуха по данным государственной сети наблюдений и автоматизированной системы мониторинга атмосферного воздуха Санкт-Петербурга. Электронный ресурс. URL: http:// www.infoeco.ru/index.php?id=53 (дата обращения: 01.02.2020).

References

1. GPU "Mosekomonitoring". Environmental situation in Moscow. Electronic resource. URL: http: //www.mosecom.ru/air. (accessed: 01.02.2020).

2. List and codes of substances that pollute atmospheric air (tenth edition, revised and supplemented). St. Petersburg, 2015, 257 p.

3. RD 52.04.186-89. Guidelines for the control of atmospheric pollution (ed. RD 52.04.667-2005). Moscow, Roshydromet, 2006. 556 p.

4. RD 52.04.830-2015. Mass concentration of suspended particles PM10 and PM2. 5 in atmospheric air. The method of measurement by the gravimetric method. Roshydromet, 2015. URL: http://docs.cntd.ru/document/1200133379 (accessed: 01.02.2020).

5. RD 52.04.840-2015. Application of the results of monitoring the quality of atmospheric air obtained using continuous measurement methods. Roshydromet, 2015. URL: http://docs.cntd.ru/document/1200133380 (accessed: 01.02.2020).

6. Federal State Budgetary Institution "UGMS of the Republic of Tatarstan". Monitoring of atmospheric air pollution in Kazan. Electronic resource. URL: http://www.tatarmeteo.ru/ru/monitoring-okruzhayushhej-sredyi/monitoring-zagryazneniya-atmosfernogo-vozduxa-(s-interaktivnoj-kartoj-zagryazneniya-g.-kazani,-vozmozhno-vyidelit-otdelnyim-punktom).html. (accessed: 01.02.2020).

7. Environmental portal of St. Petersburg. Characteristics of the level of atmospheric air pollution according to the data of the state network of observations and the automated system for monitoring the atmospheric air of St. Petersburg. Electronic resource. URL: http:// www.infoeco.ru/index.php?id=53 (accessed: 01.02.2020).

Размещено на Allbest.ru