О. С. Егорова, Д. Р. Буркеева, Э. В. Гоголь, Ю. А. Тунакова
ОЦЕНКА ВКЛАДА АВТОТРАНСПОРТНЫХ ПОТОКОВ В ЗАГРЯЗНЕНИЕ
АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА Г. КАЗАНИ
Ключевые слова: тяжелые металлы, контроль атмосферного воздуха, металлы-маркеры.
Представлены результаты экспериментального определения тяжелых металлов в пробах. отобранных вблизи магистральных улиц г. Казани с многоэтажными застройками с учетом интенсивности транспортных потоков. Установлено, что дорога является значимым источником загрязнения атмосферного воздуха частицами ТМ, а измеренные концентрации превышают допустимые среднесуточные значения. Указано на отсутствие в г. Казани стационарных и передвижных постов наблюдения за состоянием воздуха.
Key words: heavy metals, control of air, metal markers.
The results of the experimental determination of heavy metals in samples collected near the main streets of the city of Kazan with a multi-storey building with a view of traffic flows. It is found that the road is a significant source of air pollution particles, heavy metals, and the measured concentrations exceed the permissible long-term value. Given the lack of in Kazan sta-
tionary and mobile monitoring stations of air quality.
Проблема загрязнения атмосферы городов на сегодняшний момент является актуальной, так как это связано, в первую очередь, с нерегулярным контролем качества воздуха в зонах интенсивного движения, отсутствием стационарных и передвижных постов наблюдения. Металлы содержатся в большинстве видов промышленных, энергетических и автотранспортных выбросов в атмосферу и являются индикаторами техногенного воздействия этих выбросов на окружающую среду, причем негативные последствия могут проявляться не сразу, а с течением времени.
Для мегаполисов с хорошо развитыми дорожной инфраструктурой и топливноэнергетической промышленностью характерно присутствие не одного, а целого ряда тяжелых металлов, оказывающих комбинированное действие и на окружающую среду, и на человека, выражающееся в виде суммирования эффектов или их потенцирования. Опасность загрязнения мегаполиса тяжелыми металлами усугубляется эпизодичностью или полным отсутствием мониторинга атмосферного воздуха, почвенного и снежного покровов в зоне влияния этих источников. Это указывает на необходимость изучения факторов и показателей эмиссии тяжелых металлов техногенного происхождения в окружающую среду, определения опасности и вклада каждого из них в общую картину загрязнения мегаполиса. В настоящее время систематический контроль осуществляется только за содержанием в воздухе пыли, сажи и некоторых газов, измерения которых производят на опорных пунктах. Однако особый интерес представляет химический состав атмосферных аэрозолей и осадков, так как некоторые металлы даже в малых концентрациях, но при длительном воздействии, представляют опасность в силу своей токсичности и химической активности.
В крупных городах среди источников загрязнения атмосферного воздуха основное место занимает автотранспорт (50-80%). Основными загрязняющими веществами при эксплуатации автотранспорта являются выхлопные газы, нефтепродукты при их испарении, пыль, продукты истирания шин, тормозных колодок и дисков сцепления, асфальтовых и бетонных покрытий.
Всего в отработавших газах идентифицировано более 200 химических веществ [1,2]. Выбросы вредных веществ от автотранспорта всех типов [3] включают оксид углерода (СО), летучие органические вещества, оксиды азота, диоксид углерода (СО2), взвешенные вещества. Количество и состав отработавших газов определяются конструктивными особенностями и техническим состоянием автомашин, режимом работы двигателей, качеством и видом топлива, качеством дорожных покрытий, метеоусловиями, а также ходовой частью: в результате трения шин о дорожное покрытие, износа тормозных колодок и коррозии металлических деталей независимо от выбросов двигателя образуются частицы мелкодисперсной пыли аэродинамическим диаметром менее 10 мкм и 2,5 мкм (РМ10 и РМ2,5), на поверхности которых сорбируются тяжелые металлы. Опасность образования такой пыли заключается в следующем: длительное время нахождение в воздухе, эмиссия на большие расстояния, легкое преодоление защитных барьеров человеческого организма [4].
При истирании тормозных колодок в воздух попадают медь, ванадий, молибден, никель, хром, а при износе покрышек – кадмий, свинец, цинк [5]. Так, при эрозии катализатора выделяются платина, палладий и родий, а при износе накладок сцепления также выделяются токсичные вещества, такие как свинец, медь и сурьма. Особая опасность этих выбросов заключается в том, что в них содержится сажа, способствующая глубокому проникновению тяжелых металлов в организм человека. Многие авторы относят их к вторичным выбросам от автотранспорта, для которых также должны быть установлены предельные значения и также необходима организация мониторинга этих частиц около автомобильных дорог.
В процессе мониторинга воздействия дорожного и топливно-энергетического комплексов на состояние атмосферного воздуха, почвенного и снежного покровов мегаполиса (на примере г. Казань) предполагается решение следующей задачи - определение металлов-маркеров, позволяющих разделить воздействие передвижных и стационарных источников поступления металлов в атмосферный воздух, почвенный и снежный покровы мегаполиса с последующим исследованием химического состава проб атмосферного воздуха, сухого остатка талого снега, почвенных вытяжек с применением современных инструментальных аналитических методов (атомно-абсорбционного, атомно-эмиссионного, вольтамперометрических) на комплексе современного аналитического оборудования от ведущих мировых производителей.
В ходе анализа литературных данных были выделены маркерные металлы по секторам экономики, оказывающие существенное влияние на состояние атмосферного воздуха в городской среде, а именно, V, Sb, Cu присутствуют во всех типах выбросов от автотранспорта (выхлопные газы, истирание покрышек и тормозных колодок) в достаточно больших количествах по сравнению с другими металлами; Mn, Zn, Cu – в выбросах от промышленности и энергетики.
На сегодняшний день многими фирмамиразработчиками приборов контроля предлагается ряд методик определения тяжелых металлов в атмосферном воздухе, уже аттестованных и прошедших апробацию в лабораториях. Анализ предлагаемого в настоящее время методической базы показал, что определяется массовая концентрация суммы металлов, а именно, алюминия, бария, бериллия, ванадия, висмута, вольфрама, железа, кадмия, кальция, калия, кобальта, кремния, магния, марганца, меди, молибдена, мышьяка, натрия, никеля, олова, ртути, селена, свинца, сурьмы, титана, хрома, цинка, следующими методами: рентгенофлуорисцентным (М-МВИ-151-05; М-
МВИ-67-00) или ААС (М-01В/2011;
ФР.1.31.2011.09973; МВИ-М-34-04. Предлагаемые методики схожи тем, что предварительно необходимо проводить отбор проб воздуха с последующей подготовкой к анализу (согласно РД 52.04.186-89 «Руководство по контролю загрязнения атмосферы»).
В ходе научной работы был проведен отбор проб снежного покрова в 8 точках г. Казани. Пробы отбирались согласно методике [6] вблизи магистральных улиц г. Казани с многоэтажными застройками с учетом интенсивности транспортных потоков. Специалистами КНИТУ-КАИ проведен анализ подготовленных проб на содержание металловмаркеров. Задача состояла в том, чтобы спектраль _______________________________________________
ным методом определить наличие следующих тяжелых металлов: V (ванадий), Hg (ртуть), Pb (свинец), Zn (цинк), Cd (кадмий), Mn (марганец), Cu (медь), Sb (сурьма), Sn (олово). Исследования проводились на рентгено–флуоресцентном анализаторе SPECTRON и на спектрографе ИСП-30, оснащенном системой многоканальной регистрацией спектров (МИРС). Также было проведено определение массовых концентраций кадмия, свинца, цинка и меди методом инверсионной вольтамперометрии [7], для чего использовался вольтамперометрический комплекс СТА-1. Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:
- при вольтамперометрическом определении массовой концентрации металлов методом добавок три металла, а именно кадмий, цинк и медь, образовывали комплексные соединения с муравьиной кислотой (фоновый электролит), в отличие от свинца, который не образует в присутствии используемого [7] электролита.
- анализ спектров показал, что наибольшее содержание в пробах следующих тяжелых металлов: V, Pb, Zn, Cd, Mn, Cu. Ртуть, сурьма и олово в ходе анализа не выявлены.
Исходя из выше сказанного, можно сделать вывод о необходимости проведения регулярного контроля за состоянием атмосферного воздуха на предмет содержания тяжелых металлов, как на текущий момент времени, так и с перспективой прогнозирования ситуации в будущем. Литература
1. Государственный доклад о состоянии природных ресурсов и об охране окружающей среды Республики Татарстан в 2012году (2013).
2. А.Р. Шагидуллин, Р.А. Шагидуллина Р.А., Экология и промышленность России. №4. С. 51-55. (2013).
3. C.Hugrel, R.Joumard. Institut National de Recherche sur des Transports etleur Securite. ADEME 01-03-035. INRETS C02-02.RapportLTE 0420 (2004).
4. В.Н. Пшенин. Третий всероссийский дорожный конгресс «Модернизация и научные исследования в дорожной отрасли». Москва. С. 96-104. (2013).
5. А.В. Голубев Сельскохозяйственная экология. Изд-во Саратов. гос. с.-х. акад., Саратов. 418 с. (2007).
6. РД 52.04.186-89. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. Москва, Госкомгидромет. (1991).
7. МУ 08-47/163. Вода природная, питьевая, технологически чистая, очищенная сточная. Методика выполнения измерений массовых концентраций кадмия, свинца, цинка и меди методом инверсионной вольтамперометрии. Томск. (2007).
© О. С. Егорова – ст. препод. каф. общей химии и экологии КНИТУ им. А.Н. Туполева-КАИ, egorova_olechka@mail.ru; Д. Р. Буркеева – студ. той же кафедры; Э. В. Гоголь – канд. хим. наук, доцент той же кафедры; Ю. А. Тунакова – д-р хим. наук, проф. каф. технологии пластических масс КНИТК, juliaprof@mail.ru.
© O. Egorov senior Lecturer of general chemistry and ecology of KNRTU A.N.Tupolev-KAI,egorova_olechka@mail.ru; D. Byrkeeva - student of general chemistry and ecology of KNRTU A.N.Tupolev-KAI; I. Gogol - associate professor of general chemistry and ecology of KNRTU A.N.Tupolev-KAI; J. Tunakova - Doctor of Chemistry, professor, chair of TBI KNRTU, juliaprof@mail.ru.