Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОГЕННЫХ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПРИЗЕМНОМ СЛОЕ ВОЗДУХА УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ ПОВОЛЖЬЯ

Ларионов М.В. 1 Ларионов Н.В. 2
1 Балашовский институт (филиал) Саратовского государственного университета имени Н.Г. Чернышевского, Балашов
2 МОУ СОШ п. Красная Кудрявка, Балашов
В работе отражены результаты мониторинга проб приземного слоя атмосферного воздуха на предмет содержания в нем тяжелых металлов в условиях урбанизированной среды Поволжья. Основными источниками техногенных тяжелых металлов в районе исследований являются промышленные предприятия и автотранспорт. Лабораторные элементные анализы проб производились методом пламенной атомно-абсорбционной спектрометрии. В результате проведения мониторинга выявлено превышение ПДК по ряду элементов: в г. Саратове – по свинцу, цинку, марганцу, меди; в г. Сердобске – по свинцу и кобальту; в г. Кузнецке – по свинцу, цинку и кобальту; в г. Камышине – по свинцу и цинку; в г. Волжском – по свинцу, кадмию и меди; в г. Инзе – по цинку; в г. Димитровграде – по ванадию, свинцу, цинку, меди. Требуются мероприятия по оздоровлению окружающей среды и, в частности, атмосферного воздуха.
атмосферный воздух
тяжелые металлы
техногенное загрязнение
1. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2009 году». - М.: АНО «Центр международных проектов», 2010. - 523 с.
2. ГОСТ 17.2.3.01-86. Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населенных пунктов. - М.: Изд-во стандартов, 1987. - 5 с.
3. Другов Ю. С., Беликов А. Б., Дьякова Г. А., Тульчинский В. М. Методы анализа загрязнений воздуха. - М.: Химия, 1984. - 384 с.
4. Израэль Ю. А. Экология и контроль состояния природной среды. - М.: Гидрометеоиздат, 1984. - 560 с.
5. Израэль Ю. А. Экология и контроль состояния природной среды. - Л.: Гидрометеоиздат, 1989. - 375 с.
6. РД 52.04.186-89. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. - М.: Изд-во Госкомгидромета, 1991. - 237 с.
7. Экологический мониторинг: метод. пособие / В. В. Снакин, М. А. Малярова, Т. Ф. Гурова и др. - М.: РЭФИА, 1996. - 92 с.
Введение

В последние десятилетия экологическая обстановка в регионах Поволжья значительно ухудшилась. В настоящее время в Саратовской, Пензенской, Волгоградской и Ульяновской областях состояние окружающей среды в пределах городов, где проживает более половины населения, характеризуется как кризисное и требующее действенных мер по оздоровлению. Особо выделяется в поволжских городах экологическая проблема загрязнения техногенными тяжелыми металлами атмосферного воздуха [1].

На территории практически любого города распределение поллютантов, антропогенно выделяющихся в атмосферу, имеет свою специфику. Поллютанты, которые вместе с выбросами поступают в атмосферу на большой высоте над земной поверхностью (например, из высоких труб производственных объектов), распространяются на огромные расстояния воздушными массами. Эти выбросы в основном загрязняют территории, значительно удаленные от города.

Тяжелые металлы, как известно, содержатся в приземном слое атмосферного воздуха: в 1,5-3,5 м над земной поверхностью. Они способны мигрировать и аккумулироваться в депонирующих средах: в почве, водной среде, в биомассе живых организмов.

Содержащиеся в воздухе тяжелые металлы способны интенсивно рассеиваться воздушными массами на большие расстояния, что повышает опасность загрязнения и деградацию пограничных сред: почвенного покрова, водных объектов и живых организмов [3, 4].

Тяжелые металлы в составе техногенных выбросов промышленных предприятий и автотранспорта составляют основную массу твердой фазы и находятся преимущественно в форме оксидов, сульфидов, карбонатов, гидратов и микроскопических капель (шариков) металлов. Удельная масса этих соединений (г/см3) достаточно высокая: оксидов 5-6, сульфидов 4-4,5, карбонатов 3-4, металлов 7-8 [5].

Цель исследований, проведенных в 2009-2011 гг., состояла в анализе среднегодового содержания тяжелых металлов в городах Поволжья - Балашове, Саратове (Саратовская область), Сердобске, Кузнецке (Пензенская область), Камышине, Волжском (Волгоградская область), Инзе, Димитровграде (Ульяновская область) - с разной степенью техногенного прессинга на окружающую среду.

Материалы и методы исследования

Отбор проб воздуха на высоте 2-2,5 м от земли осуществлялся электроаспиратором ПУ-2Э на передвижных постах (автомобиль с инструментарием) [2-7]. В большинстве городов было заложено по 5 постов, за исключением крупных городов - Саратова и Волжского, в которых располагалось по 10 постов. На участках природных степных разнотравных экосистем (контроль) - в окрестностях с. Березовка и с. Пады Балашовского района Саратовской области - мониторинг проводился на 2 постах. Пробоотбор осуществлялся дискретно на передвижных постах утром (8.00 ч) и вечером (20.00 ч) в течение 3 дней в августе 2009-2011 гг.

Лабораторный анализ проб воздуха на предмет содержания в твердой фазе тяжелых металлов выполнен методом пламенной атомно-абсорбционной спектрометрии [6, 7].

Результаты исследования и их обсуждение

Результаты мониторинга атмосферного воздуха в эталонной экосистеме (в контроле) представлены в табл. 1. Здесь ежегодно постоянно идентифицировались четыре техногенных тяжелых металла - Pb, Zn, Mn, Cu, аэротехногенными источниками которых были: движущийся по проселочным дорогам автотранспорт и деятельность сельскохозяйственных предприятий животноводческой и растениеводческой отраслей.

Таблица 1 Содержание техногенных тяжелых металлов в атмосферном воздухе в контроле (2009-2011 гг.)

Год

Pb

Zn

Mn

Cu

2009

0,00004

0,001

0,0003

0,0004

2010

0,0001

0,001

0,001

0,001

2011

0,0002

0,002

0,0007

0,0008

М±mM

0,0001±

0,000003

0,001±

0,00004

0,0007±

0,00002

0,0007±

0,00001

ПДК

0,0003

0,005

0,001

0,002

В контроле концентрации данных элементов в атмосферном воздухе предельно-допустимых значений не превышали.

В составе атмосферного воздуха г. Балашова (Саратовская область) ежегодно индентифицировались следующие поллютанты: Pb, Zn, Mn, Cu, Fe, Co, Cd.  Из них пять (Pb, Zn, Mn, Cu, Fe) оказывали наиболее значимое влияние на качество воздуха (табл. 2).  Эти поллютанты содержались в воздухе в количествах (мг/м3), превышающих фоновые показатели, но не превышающих соответствующие им гигиенические нормативы (ПДК). Средние арифметические значения концентраций Pb, Zn, Mn и Cu в атмосферном воздухе г. Балашова оказались равными ПДК, что свидетельствует о начинающимся процессе ухудшения качества воздуха и деградации окружающей среды.

Таблица 2  Содержание техногенных тяжелых металлов в атмосферном воздухе г. Балашова (2009-2011 гг.)

Год

Pb

Zn

Mn

Cu

Fe

2009

0,0002

0,002

0,0006

0,0006

0,0002

2010

0,0005

0,007

0,002

0,003

0,0003

2011

0,0002

0,004

0,0008

0,002

0,0003

М±mM

0,0003±

0,00001

0,004±

0,0001

0,001±

0,00002

0,002±

0,00005

0,00027±

0,00001

ПДК

0,0003

0,005

0,001

0,002

0,04

В атмосферном воздухе г. Саратова выявлено десять тяжелых металлов (Pb, Zn, Mn, Cu, Co, Cd, Fe, Mo, Ni, Hg), из них наиболее значимые следующие шесть элементов: Pb, Zn, Mn, Cu, Co, Cd. Первые четыре металла содержались в приземной атмосфере в количествах, превышающих ПДК в 9,0, 6,2, 3,7 и 2,9 раз соответственно. Данные величины свидетельствуют о весьма нестабильном экологическом состоянии атмосферного воздуха в пределах г. Саратова, что требует срочной реализации неотложных природоохранных мер (табл. 3).

Таблица 3 Содержание техногенных тяжелых металлов в атмосферном воздухе г. Саратова (2009-2011 гг.)

Год

Pb

Zn

Mn

Cu

Co

Cd

2009

0,0005

0,009

0,001

0,003

-

-

2010

0,0014

0,012

0,007

0,009

0,0002

0,0001

2011

0,0008

0,010

0,003

0,005

0,0002

-

М±mM

0,0027±

0,0001

0,031±

0,0006

0,0037±

0,00009

0,0057±

0,0002

0,0001±

0,000004

0,0001±

0,000003

ПДК

0,0003

0,005

0,001

0,002

0,0004

0,00003

В г. Сердобске (Пензенская область) зарегистрированы следующие тяжелые металлы - загрязнители приземной атмосферы: V, Pb, Zn, Co, Cu, Cd, Ni, Mo, но наиболее существенное влияние оказывают первые шесть элементов. Из всех поллютантов лишь Pb (1 ПДК) и Co (1,3 ПДК) содержались в воздухе в больших объемах, что характеризует состояние воздуха как экологически нестабильное (табл. 4). При увеличении объемов неочищенных или недостаточно очищенных аэротехногенных выбросов в ближайшие годы уровень загрязнения воздушного бассейна в пределах г. Сердобска будет оцениваться как высокий.

Таблица 4  Содержание техногенных тяжелых металлов в атмосферном воздухе г. Сердобска (2009-2011 гг.)

Год

V

Pb

Zn

Co

Cu

Cd

2009

0,0016

0,001

0,0007

0,0006

-

-

2010

0,0009

0,004

0,001

0,0006

0,0001

0,0001

2011

0,0005

0,003

0,0009

0,0002

0,0001

-

М±mM

0,001±

0,00004

0,003±

0,0001

0,00087±

0,00004

0,0005±

0,00002

0,00007±

0,000003

0,00003±

0,000001

ПДК

0,002

0,005

0,001

0,0004

0,002

0,0003

В пределах г. Кузнецка (Пензенская область) в связи с высокой загрязненностью воздушного бассейна сложилась напряженная экологическая ситуация. В химическом составе  атмосферного воздуха выявлено восемь наименований техногенных тяжелых металлов: Fe, Pb, Zn, Co, Cr, Ni, из которых шесть содержались в воздухе практически постоянно.  Концентрации  Pb, Zn, Co значительно превышали ПДК в 2,2, 1,2 и 1,5 раз соответственно, что говорит о высоком уровне загрязнения воздуха (табл. 5).

Таблица 5 Содержание техногенных тяжелых металлов в атмосферном воздухе г. Кузнецка (2009-2011 гг.)

Год

Fe

Pb

Zn

Co

Cr

Ni

2009

0,02

0,007

0,004

0,0006

-

-

2010

0,05

0,016

0,009

0,0007

0,0001

0,0005

2011

0,04

0,009

0,005

0,0004

0,0002

0,0003

М±mM

0,037±

0,001

0,011±

0,0004

0,006±

0,0002

0,0006±

0,00002

0,001±

0,00004

0,0003±

0,000005

ПДК

0,04

0,005

0,005

0,0004

0,0015

0,001

Состав атмосферного воздуха г. Камышина (Волгоградская область) включает следующие поллютанты: Pb, Zn, Cd, Cu, Sb, V, Cd. Периодически выявляется присутствие в воздухе первых пяти элементов из этого перечня. Концентрации остальных металлов составляют либо следовые значения, либо отсутствуют продолжительное время. По Pb и Zn, входящим в состав выхлопных газов автомобилей и выбросов все еще функционирующих промышленных предприятий, ежегодно регистрировались повышенные концентрации, превышающие ПДК в 1,4 и 1,3 раза соответственно для каждого из этих загрязнителей (табл. 6). В соответствии с этим экологическое состояние воздушного бассейна в пределах г. Камышина оценивается как нестабильное.

Таблица 6  Содержание техногенных тяжелых металлов в атмосферном воздухе г. Камышина (2009-2011 гг.)

Год

Pb

Zn

Cd

Cu

Sb

2009

0,006

0,03

0,0001

0,0006

0,0003

2010

0,008

0,06

0,0002

0,002

0,0004

2011

0,007

0,05

0,0001

0,001

-

М±mM

0,007±

0,0002

0,05±

0,001

0,00013±

0,000005

0,0012±

0,00004

0,0002±

0,000009

ПДК

0,005

0,04

0,0003

0,002

0,02

Основными ингредиентами атмосферного воздуха в границах г. Волжского (Волгоградская область) являются следующие тяжелые металлы: Pb, Zn, Cd, Cu, Ni, Cd, Co, Hg, Cr. Первые четыре элемента являются приоритетными поллютантами, загрязняющими объекты окружающей среды. Экологическая обстановка на территории города оценивается как напряженная, связанная с большими объемами промышленных выбросов и значительно возросших количеств автомобильных выхлопов, содержащих  Pb, Cd, и Cu в достаточно высоких концентрациях: 5,4, 2,3 и 2,5 долей ПДК по данным экотоксикантам (табл. 7). Требуются срочные природоохранные мероприятия.

Таблица 7 Содержание техногенных тяжелых металлов в атмосферном воздухе г. Волжского (2009-2011 гг.)

Год

Pb

Zn

Cd

Cu

Ni

Cd

2009

0,006

0,06

0,0001

0,001

-

0,0002

2010

0,012

0,14

0,0004

0,003

0,0004

-

2011

0,009

0,11

0,0002

0,001

0,0002

-

М±mM

0,027±

0,0006

0,31±

0,004

0,0007±

0,00002

0,005±

0,0002

0,0002±

0,000003

0,00007±

0,000003

ПДК

0,005

0,04

0,0003

0,002

0,001

0,0003

Состояние атмосферного воздуха г. Инзы (Ульяновская область) оценивается как повышено загрязненное, поскольку в его составе периодически регистрируются тяжелые металлы: V, Pb, Zn, Cr, Cd, Ni, Mo. Ежегодно отмечаются высокие концентрации у Pb, Zn и Cr в приземном слое воздуха, причем Zn в среднем содержится в количестве, в 1,2 раза превышающим ПДК (табл. 8). Состояние воздуха оценивается как повышенно загрязненное. Экологическая проблема атмосферного воздуха связана с ежегодно возрастающими концентрациями тяжелых металлов, приближающихся к ПДК и превышающих ее.

Таблица 8 Содержание техногенных тяжелых металлов в атмосферном воздухе г. Инзы (2009-2011 гг.)

Год

V

Pb

Zn

Cr

Cd

2009

0,0004

0,005

0,02

0,0014

0,0001

2010

0,0007

0,008

0,06

0,0012

-

2011

0,0006

0,006

0,04

0,0013

-

М±mM

0,0006±

0,00002

0,006±

0,0001

0,04±

0,0009

0,0013±

0,00006

0,00003±

0,000001

ПДК

0,002

0,005

0,04

0,0015

0,0003

В составе приземного слоя атмосферного воздуха в пределах г. Димитровграда установлено содержание порядка восьми техногенных элементов: V, Pb, Zn, Cu, Cr, Ni, Cd, Hg. Максимальное токсическое действие на окружающую среду оказывают четыре тяжелых металла: V, Pb, Zn и Cu. Их средневзвешенное содержание превышает ПДК в 1,5, 2,0, 1,8 и 2,5 раза соответственно для каждого из этих поллютантов (табл. 9). Состояние воздушного бассейна в пределах г. Димитровграда характеризуется как кризисное, напряженное и требует мер по его улучшению.

Таблица 9 Содержание техногенных тяжелых металлов в атмосферном воздухе г. Димитровграда (2009-2011 гг.)

Год

V

Pb

Zn

Cu

Cr

Ni

2009

0,001

0,007

0,05

0,003

0,0002

-

2010

0,004

0,013

0,09

0,008

-

0,0001

2011

0,003

0,011

0,08

0,005

-

0,0004

М±mM

0,003±

0,00007

0,01±

0,0004

0,07±

0,003

0,005±

0,0001

0,00007±

0,000002

0,00002±

0,0000008

ПДК

0,002

0,005

0,04

0,002

0,0015

0,001

Выводы

Максимально загрязнен атмосферный воздух в городах с мощным техногенным воздействием на окружающую среду промышленностью и автотранспортом: в Саратове (уровень загрязнения воздуха - «очень высокий»), Кузнецке (уровень загрязнения воздуха - «высокий»), Волжском («высокий» уровень загрязнения воздуха), Димитровграде («высокий» уровень загрязнения воздуха).

Рецензенты:

  • Любимов Валерий Борисович, д.б.н., профессор, зав. кафедрой экологии и рационального природопользования ФГБОУ ВПО «Брянский государственный университет имени академика И. Г. Петровского», г. Брянск.
  • Зайцева Елена Владимировна, д.б.н., профессор, зав. кафедрой зоологии и анатомии ФГБОУ ВПО «Брянский государственный университет имени академика И. Г. Петровского»,  г. Брянск.

Библиографическая ссылка

Ларионов М.В., Ларионов Н.В. СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОГЕННЫХ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПРИЗЕМНОМ СЛОЕ ВОЗДУХА УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ ПОВОЛЖЬЯ // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 2.;
URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=6063 (дата обращения: 15.12.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074