SUBSTANTIAL ANALYSIS OF ATMOSPHERIC SUSPENSIONS IN BLAGOVESHCHENSK CITY



Cite item

Abstract

In the paper, results of a substantial study of nano- and microparticles of atmospheric suspensions contained in snow in winter 2011-2012 in Blagoveshchensk have been presented. Distribution of airborne particles of different origin in 25 areas of sampling differing in anthropogenic loadings has been determined. Large and average-sized traffic centers supply in the atmosphere microparticles of rubber, asphalt and various metals and their oxides (Fe, Ni, Co, Cu, Fe, Bi, W). Railway junctions are a source of microparticles of Fe and soot which get to the atmosphere because of friction of metal surfaces and diesel locomotive engines operation. Parks and suburban districts are a source of micro- and macroparticles of natural minerals and rocks and of vegetable detritus. It has been shown that composition of atmospheric suspensions of Blagoveshchensk completely corresponded to ecogeographi-cal prerequisites - the bank of two large rivers, small impact of enterprises and motor transport, a large railway junction.

Full Text

Снег как вид атмосферных осадков промывает атмосферу и является надежным источником информации об атмосферных взвесях. Экологическое состояние атмосферы г. Благовещенска уже на протяжении ряда лет изучается c помощью исследования снега [6-8]. Так, Н. Г. Куимовой с соавторами [7] был изучен химический и микробиологический состава снегового покрова в пределах территории города. В работе И. М. Котельниковой с соавторами [6] имеются данные по содержанию в снеге Благовещенска полициклических углеводородов. Ранее мы исследовали частицы взвесей из снега Благовещенска с помощью лазерной гранулометрии [5]. Данная статья посвящена вещественному анализу частиц взвесей Благовещенска и продолжает серию работ, посвященных количественному, а также качественному составу взвесей городов Дальнего Востока [1-5]. Методы В качестве района работ был выбран город Благовещенск, расположенный на юго-западе Зейско-Буреинской равнины на левом берегу Амура, при впадении в него реки Зеи. Рельеф Благовещенска в основном равнинный, на окраинах есть небольшие возвышенности. В городе с населением 220 тысяч жителей имеется несколько крупных источников пыления: тепловые электроцентрали (ТЭЦ), а также более 10 котельных и около 90 тысяч автомобилей (за 2011 год), согласно сайту УГИБДД по Амурской области (http://28.gibdd.ru). В Благовещенске резкоконтинентальный климат с муссонными чертами, что выражается в больших годовых и суточных колебаниях температур воздуха и резком преобладании летних осадков. Зима холодная, сухая, с маломощным снежным покровом. Пробы снега собирались в момент снегопада зимой на 25 станциях в г. Благовещенске (табл. 1), различающихся экологическими условиями, согласно нашей методике [1]. Таблица 1 Станции отбора проб в г. Благовещенске Станция Характеристика 1 - район мебельной фабрики Относительно экологически благополучный район без крупных предприятий. Берег р. Амур 2 - район 1-й городской больницы Средняя транспортная нагрузка 3 - ТЭЦ (5 м от дороги) ТЭЦ-1, работающая на твердом топливе 4 - 3-й микрорайон Средняя транспортная нагрузка 5 - поселок Чигири Относительно экологически благополучный район без крупных предприятий и транспортных развязок 16 Экология человека 2014.04 Окружающая среда Продолжение таблицы 1 Станция Характеристика 6 - 2-й микрорайон (ул. Институтская) Крупный транспортный узел 7 - район домостроительного комбината Крупный транспортный узел 8 - перекресток улиц Богдана Хмельницкого - Пролетарская Крупный транспортный узел 9 - район оптово-производственного склада Крупный транспортный узел 10 - железнодорожный вокзал Близость крупного железнодорожного узла.. 11 - район ВДНХ Крупный транспортный узел 12 - перекресток улиц Горького - Партизанская Крупный транспортный узел 13 - перекресток улиц Партизанская - Ленина Крупный транспортный узел 14 - площадь Ленина Крупный транспортный узел. Побережье р. Амур 15 - район торгового центра «Мега» Крупный транспортный узел 16 - перекресток улиц Горького - Калинина Крупный транспортный узел 17 - 2-й микрорайон (около детского сада № 60) Средняя транспортная нагрузка 18 - 2-й микрорайон (около областного роддома на ул. Воронкова) Средняя транспортная нагрузка 19 - ТЭЦ (500 м от дороги) ТЭЦ-1, работающая на твердом топливе 20 - ул. Калинина (транспортное кольцо) Один из крупнейших транспортных узлов 21 - ул. Театральная (транспортное кольцо) Один из крупнейших транспортных узлов 22 - пост ГИБДД на выезде из города Относительно экологически благополучный район без крупных предприятий и транспортных развязок 23 - Первомайский парк Относительно экологически благополучный район без крупных предприятий и транспортных развязок 24 - площадь Победы (ул. Краснофлотская) Средняя транспортная нагрузка 25 - район комплекса промышленных предприятий Близость крупного железнодорожного узла Результаты Наиболее крупные (до 1 мм) частицы взвесей встречались в пробах, отобранных в парковых и относительно чистых зонах: 1 (парковая зона на берегу р. Амур), 2 (парковая зона), 10 (транспортный тупик), 17, 18 и 20 (равнинная зона с ветрами), 23 (рис. 1), 24 и 25 (парковые зоны). Эти районы с эколого-гигиенической точки зрения можно охарактеризовать как наиболее благоприятные районы для проживания. Типичные для этих районов частицы представляют собой микро- и макрочастицы минералов и горных пород, органического детрита (размером до 1 мм) и крупные агрегаты неопределяемого техногенного мусора. Районы 6-9 и 11 - 16 с транспортной нагрузкой характеризуются наличием в пробах микрочастиц металлов (Fe, Ni, Co, Cu, Fe, Bi) (рис. 2 и 3), сажи, асфальта, резины. Рис. 1. Агрегаты из природных минералов и растительного детрита из образца снега, собранного в районе Первомайского парка. Сканирующая электронная микроскопия во вторичных электронах. Увеличение х32. Рис. 2. Частица Bi из образца снега, собранного в районе, и состав микрочастиц из района перекрестка улиц Партизанская - Ленина по данным энергодисперсионного анализа (табл. 2). Сканирующая электронная микроскопия во вторичных электронах. Масштабный отрезок - 25 мкм Таблица 2 Состав микрочастиц из района перекрестка улиц Партизан ская - Ленина по данным энергодисперсионного анализа Элемент Масс. % O 31,78±0,36 Ca 1,53±0,07 Si 4,62±0,06 C 39,68±0,21 Mg 0,64±0,03 Bi 20,07±0,27 Fe 1,67±0,11 Итоги 100,00 Примечание. Масс. % - массовый процент Главный источник металлов в данных районах - автотранспорт. Наиболее вероятными поставщиками частиц металлов в атмосферу являются: механический и химический износ двигателя внутреннего сгорания 17 Окружающая среда Экология человека 2014.04 Рис. 3. Полиметаллическая частица, содержащая Ni, Co, Cu, Fe, и частица Ba из образца снега, собранного в районе перекрестка улиц Горького - Партизанская и состав микрочастиц по данным энергодисперсионного анализа (табл. 3). Сканирующая электронная микроскопия во вторичных электронах. Масштабный отрезок - 5 мкм Таблица 3 Состав микрочастиц из района перекрестка улиц Горького - Партизанская по данным энергодисперсионного анализа, масс. % Элемент Спектр 1 Спектр 2 Спектр 3 Спектр 4 O 32,01±0,27 25,38±0,18 13,81±0,20 32,30±0,26 Ca 2,47±0,05 Al 2,73±0,07 2,97±0,05 4,12±0,09 4,03±0,07 Si 1,74±0,04 1,46±0,03 4,13±0,08 6,60±0,09 C 11,28±0,11 10,63±0,08 15,49±0,15 17,25±0,14 S 8,62±0,06 Na 1,18±0,10 1,34±0,04 K 0,62±0,07 Mg 0,46±0,04 Ni 3,36±0,24 25,23±0,45 23,63±0,79 Ba 25,60±0,42 Fe 41,55±0,52 15,73±0,25 9,28±0,39 1,15±0,23 Co 5,75±0,49 18,61±0,36 27,90±0,69 Cu 1,57±0,27 Итоги 100,00 100,00 100,00 100,0 (высоко- и низкоуглеродистые стали, чугуна, Pb, Sn, Cu, Cr, Zn); моторное масло (аккумулятор продуктов износа двигателя, реметаллизаторы), топливо (антидетонаторы с Mn, Ni, Fe), элементы системы глушителя и каталитических нейтрализаторов (жаропрочные сплавы на основе Fe, Ni, Mg, Zn и Co, катализаторы c Ag, Pt и Ir) [9, 13, 14]. Атмосфера в районах отбора проб 3 (район ТЭЦ), 7 (район ТЭЦ), по результатам лазерной гранулометрии [5], содержит в себе частицы взвесей менее 10 мкм в достаточно значимом количестве (от 20 до 100 %). Это позволяет отнести их к районам с повышенной экологической нагрузкой. С точки зрения вещественного анализа районы, расположенные недалеко от ТЭЦ, отличаются наличием в пробе сажевых частиц при полном преобладание минеральной взвеси. В этом же районе были обнаружены частицы W (рис. 4 и табл. 4). Рис. 4. Микрочастица W из образца снега, собранного в районе ТЭЦ, и её состав по данным энергодисперсионного анализа (табл. 4). Сканирующая электронная микроскопия во вторичных электронах. Масштабный отрезок - 5 мкм Таблица 4 Состав микрочастицы W из района ТЭЦ по данным энергодисперсионного анализа, масс. % Элемент Спектр 1 Спектр 2 C 8,82±0,13 16,61 ±0,14 O 7,30±0,24 22,01 ±0,22 Mg 12,39±0,09 Al 1,70±0,10 2,00±0,08 W 82,19±0,56 46,99±0,34 Итоги 100,00 100,0 Преобладание минеральных, а не сажевых частиц в близких к ТЭЦ районах объясняется тем, что географически эти районы относятся к равнинным участкам без естественных преград с сильными ветрами. В пробах близких к железнодорожным узлам районов (9, 10 и 25) преобладают микрочастицы Fe и сажи. Cамая опасная по размерам фракция частиц с диаметром от 10 до 120 нм встречается в районе станции отбора 21 (транспортное кольцо ул. Театральной) [5]. После обнаружения высокой концентрации наночастиц во взвеси c помощью лазерной гранулометрии (табл. 5) мы предположили, что они представлены металлами или их оксидами - продуктами «пыления» гальванического цеха. Источником наночастиц может быть ОАО «Судостроительный завод имени Октябрьской революции». В пользу этой гипотезы говорил тот факт, что на официальном сайте предприятия указано, что оно «выполняет работы по подготовке стальных поверхностей под нанесение цинкового покрытия» (http:// www.nelma.amur.ru). 18 Экология человека 2014.04 Окружающая среда Таблица 5 Морфометрические параметры частиц во взвеси по результатам гранулометрического анализа на лазерном анализаторе частиц Fritch Analysette 22 NanoTec Размер частиц, мкм 0,01 - 0,12 4-10 10-30 40-50 Содержание, в % 36 20 24 20 Средний арифметический диаметр, мкм 13,07 Мода, мкм 16,29 Медиана, мкм 7,41 Отклонение, мкм2 214,29 Среднеквадратичное отклонение, мкм 14,64 Коэффициент отклонения, % 111,97 Удельная поверхность, см2/см3 216 962,66 При исследовании с помощью сканирующего электронного микроскопа во вторичных электронах в пробах из района кольца улицы Театральной были визуализированы нано- и микрочастицы металлов, которые путем энергодисперсионного анализа были идентифицированы как Fe, Cr, Ca (рис. 5). S-3400N 15.OkV 10.1mm х1 .бОк'вбЕЗО .......ЗО.Оит Рис. 5. Полиметаллические нано- и микрочастицы, состоящие из Fe, Cr и Ca, сорбированные на органическом детрите, из образца снега, собранного в районе транспортного кольца по улице Театральной, около ОАО «Судостроительный завод имени Октябрьской революции». Сканирующая электронная микроскопия во вторичных электронах. Увеличение х1600 Наночастицы этого гранулометрического профиля нами ранее были обнаружены и верифицированы как частицы хрома и железа и (или) их оксидов с помощью атомно-адсорбционной спектроскопии, масс-спектрометрии высокого разрешения с индуктивно связанной плазмой и сканирующей электронной микроскопией в г. Уссурийске около локомотивноремонтного завода (также имеется гальваническое производство) [4]. Обсуждение результатов Крупные и средние автотранспортные узлы являются поставщиком в атмосферу микрочастиц резины, асфальта, а также разнообразных металлов и их оксидов. Как показывают последние исследования в области нанотоксикологии, именно нано- и микрочастицы металлов обладают наиболее ярко выраженной токсичностью [10-12]. Железнодорожные развязки являются источником микрочастиц Fe и сажи, которые попадают в атмосферу из-за трения металлических поверхностей и работы дизельных двигателей тепловозов. В качестве важного наблюдения стоит отметить, что гальваническое производство, размещенное в населенном пункте, является источником поступления в атмосферу города наиболее опасной фракции металлов - наночастиц. В итоге, исходя из вещественного состава взвесей и их опасности для здоровья, Благовещенск можно условно разделить на три группы районов: • неблагоприятные для проживания (гальваническое производство, крупные автотранспортные и железнодорожные узлы) - их атмосферные взвеси содержат преимущественно микрочастицы сажи, резины, а также нано- и микрочастицы металлов и их оксидов; • условно неблагоприятные для проживания (средние автотранспортные узлы, ТЭЦ) - в атмосферных взвесях содержатся преимущественно микрочастицы минералов, горных пород, сажи, техногенного неопределяемого мусора, микрочастицы металлов и их оксидов; • условно благоприятные для проживания (пригородные и лесопарковые зоны) - их атмосферные взвеси содержат микро- и макрочастицы природных минералов и горных пород, растительный детрит. С учетом результатов гранулометрического анализа [5] можно отметить, что типичными частицами атмосферных взвесей Благовещенска, крупного континентального города, находящегося на берегу двух крупных рек, с небольшим прессом предприятий и автотранспорта, являются микрочастицы горных пород и минералов (силикаты) и техногенные взвеси (сажа) второго, третьего и седьмого размерных классов со средней удельной поверхностью. Это позволяет отнести город к числу экологически относительно благополучных и отметить, что атмосферные взвеси Благовещенска в целом отражают экологические и географические предпосылки к их составу.
×

About the authors

K S Golokhvast

Far East Federal University

Email: droopy@mail.ru

T N Chaplenko

Allergic Immunological Center “ImmunoVital"

Blagoveshchensk

I E Pamirsky

Institute of Geology and Nature Management FEB RAS

Blagoveshchensk

References

  1. Голохваст К. С., Христофорова Н. К., Кику П. Ф., Гульков А. Н. Гранулометрический и минералогический анализ взвешенных в атмосферном воздухе частиц // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2011. №2 (40). С. 94-100.
  2. Голохваст К. С., Чекрыжов И. Ю., Паничев А. М., Кику П. Ф., Христофорова Н. П., Гульков А. Н. Первые данные по вещественному составу атмосферных взвесей Владивостока // Известия Самарского научного центра РАН. 2011. Т. 13, № 1(8). С. 1853-1857.
  3. Голохваст К. С., Алейникова Е. А., Никифоров П. А., Гульков А. Н., Христофорова Н. К. Гранулометрический анализ взвешенных микрочастиц в атмосферных осадках г. Хабаровска // Вода: химия и экология. 2012. № 6. С. 117-122.
  4. Голохваст К. С., Соболева Е. В., Никифоров П. А., Чекрыжов И. Ю., Сафронов П. П., Романова Т. Ю., Христофорова Н. К. Нано- и микрочастицы металлов в городской атмосфере (на примере городов Владивосток и Уссурийск) // Химия в интересах устойчивого развития. 2013. № 2. С. 129-134.
  5. Голохваст К. С., Чапленко Т. Н., Никифоров П. А., Чайка В. В., Памирский И. Э., Христофорова Н. К., Гульков А. Н. Гранулометрический анализ атмосферных взвесей города Благовещенска // Экология человека. 2013. № 7. С. 34-39.
  6. Котельникова И. М., Куимова Н. Г., Павлова Л. М., Сергеева А. Г., Шумилова Л. П. Полициклические ароматические углеводороды в твердых частицах снежного покрова как показатели загрязнения городской атмосферы // Известия Самарского научного центра РАН. 2011. Т. 13, № 1(6). С. 1341 - 1346.
  7. Куимова Н. Г., Радомская В. И., Павлова Л. М., Жилин О. В., Радомский С. М., Березина О. В. Особенности химического и микробиологического состава снегового покрова г. Благовещенска // Экология и промышленность России, 2007. № 2. С. 30-33.
  8. Сергеева А. Г., Куимова Н. Г. Снежный покров как индикатор состояния атмосферного воздуха в системе санитарно-экологического мониторинга // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2011. № 40. С. 100-104.
  9. Dubiella-Jackowska A., Polkowska Z., Namieûnik J. Platinum group elements in the environment: emissions and exposure // Rev. Environ. Contam. Toxicol. 2009. Vol. 199. P. 111 - 135.
  10. Foldbjerg R., Irving E. S., Hayashi Y., Sutherland D. S., Thorsen K., Autrup H., Beer C. Global gene expression profiling of human lung epithelial cells after exposure to nanosilver // Toxicological Sciences. 2012. Vol. 130 (1). P. 145-157.
  11. Gualtieri M., Skuland T., Iversen T.-G., Lag M., Schwarze P., Bilanicovd D., Pojana G., Refsnes M. Importance of agglomeration state and exposure conditions for uptake and pro-inflammatory responses to amorphous silica nanoparticles in bronchial epithelial cells // Nanotoxicology. 2012. Vol. 6 (7). P. 700-712
  12. Kan H., Wu Z., Young S.-H., Chen T.-H., Cumpston J. L., Chen F., Kashon M. L., Castranova V. Pulmonary exposure of rats to ultrafine titanium dioxide enhances cardiac protein phosphorylation and substance P synthesis in nodose ganglia // Nanotoxicology. 2012. Vol. 6 (7). P. 736-745.
  13. Kleeman M. J., Riddle S. G., Robert M. A., Jakober C. A. Lubricating oil and fuel contributions to particulate matter emissions from light-duty gasoline and heavy-duty diesel vehicles // Environ. Sci. Technol. 2008. Vol. 42(1). P. 235-42.
  14. Wiseman C. L., Zereini F. Airborne particulate matter, platinum group elements and human health: a review of recent evidence // Sci. Total. Environ., 2009. Vol. 407(8). P. 2493-2500.

Copyright (c) 2014 Ekologiya cheloveka (Human Ecology)



This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies