Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,775

THE RESEARCH OF ATMOSPHERE AIR POLLUTION, SNOW COVER AND SURFACE WATERS IN THE ADVERSE DISTRICTS OF VORONEZH

Kochetova Zh.Yu. 1 Bazarskiy O.V. 1 Timoshinov O.V. 1 Zakusilov V.P. 1 Maslova N.V. 2
1 Military educational and scientific center air force «N.E. Zhukovsky and Y.A. Gagarin Air Force Academy»
2 Hygiene and Epidemiology № 97 FMBA of Russia Federal Medical Biological Agency
The dynamic of pollution the atmosphere air, snow cover and surface waters by oil products and formaldehyde in the adverse district of Voronezh during 2007–2016 were studied. This district is under the negative influence from the military airfield and the chemically dangerous facility. The measurements were carried out in the laboratory of the «Hygiene and Epidemiology Center No. 97 of the FMBA of the Federal Medical and Biological Agency of Russia» (Voronezh). The excess of the normative indices of the research compounds in the atmosphere air and snow cover and surface waters since 2014 were established. The general reason is the activity of the aerodrome. The increased values of formaldehyde concentrations in the atmosphere air were obtained in the summer period. These values agrees with the previously obtained data. The maximum concentration of formaldehyde in the air were fixed in the immediate vicinity of the military aerodrome; it exceeds the maximum permissible concentration by more than two times. Were founded that there is no correlation between the formaldehyde concentration in atmosphere air and the snow cover. The content of oil products in the snow cover of the researched territory for ten years is varied unevenly and in different directions. The exceeding of the maximum permissible concentration was noted at all researched points, starting from 2008. The high tightness of the connection between the concentration of kerosene and formaldehyde in the snow cover on the territory of the test complex were established. It is explained by the conditions of testing rocket engines operating on aviation kerosene. The samples were taken simultaneously in the territory of the test complex for studying the interrelationship between the content of toxicants in atmospheric air and snow cover. The high tightness of the interrelationship between the formaldehyde content in the air and the snow cover were established; similar dependencies were obtained for petroleum products. The zone of influence of emission sources is recommended to establish by the level of pollution of the snow cover.
monitoring
oil products
formaldehyde
atmospheric air
snow cover
surface waters
1. Issledovanie kachestva snezhnogo pokrova g. Barnaula / T.V. Noskova [i dr.] // Polzunovskij vestnik. 2014. no. 3. рр. 208–212.
2. Janchuk M.S. Nefteprodukty v poverhnostnyh i snegovyh vodah jugo-zapadnogo poberezh ja ozera Bajkal / M.S. Janchuk // Izvestija Irkutskogo gosudarstvennogo universiteta «Nauki o zemle». 2016. T. 18. рр. 140–149.
3. Mishon V.M. Teoreticheskie i metodicheskie osnovy ocenki resursov poverhnostnyh vod v zonah nedostatochnogo i neustojchivogo uvlazhnenija evropejskoj chasti Rossii: avtoref. dis. … dokt. geogr. nauk (25.00.27) / Vitalij Mihajlovich Mishon; Voronezhskij gosudar-stvennyj pedagogicheskij universitet. Voronezh, 2007. 42 р.
4. GOST 12.1.005-88. Sistema standartov bezopasnosti truda. Obshhie sanitarno-gigienicheskie trebovanija k vozduhu rabochej zony. Vzamen GOST 12.1.005-76; vved. 01.01.1989. M.: Izd-vo standartov, 1989. 52 р.
5. Usmanova L.M. Istochniki postuplenija formal degida i ego vozdejstvie na zhivoj orga-nizm // Nauchnoe soobshhestvo studentov XXI stoletija. Estestvennye nauki: sb. st. po mat. XXXI mezhdunar. stud. nauch.-prakt. konf. (Novosibirsk, 12 maja 2015 g.). Novosibirsk, 2015. no. 5(30) [Jelektronnyj resurs]. URL: http://masters.donntu.org/2016/feht/shavshina /library/article5.htm (data obrashhenija: 30.10.2017).
6. Isidorov V.A. Jekologicheskaja himija: uchebnoe posobie dlja vuzov / V.A. Isidorov. SPb.: Himizdat, 2001. 303 р.
7. Zhang Ju., Fan Sh., Du X., Yang Ju., Wang W., Hou H. Accumulation, Allocation, and Risk As-sessment of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) in Soil-Brassica chinensis System // Journal Lis. 2015. vol. 10(2). URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed /25679782 (data obrashhenija: 30.10.2017).

Снежный покров является индикатором качества атмосферного воздуха, при этом как объект анализа более стабилен, надежен и объективен вследствие аккумуляции загрязняющих веществ в течение длительного времени [1]. Состав снежного покрова формируется при поступлении с атмосферными осадками твердых частиц, неорганических и органических соединений различных классов опасности; при поглощении снеговым покровом газов, водорастворимых аэрозолей. С талыми снеговыми водами в грунты и водные бассейны поступают химические соединения, причем, трансформируясь под действием природных факторов, они могут представлять большую угрозу для природной среды, чем первичные загрязнители. Оценка загрязнения городского снежного покрова является актуальной эколого-аналитической задачей, так как талые воды могут поступать в водные объекты, используемые для коммунальных нужд.

Основными источниками загрязнения объектов окружающей среды в мегаполисах являются выбросы транспорта, промышленности, энергетики, для снежного покрова – также антигололедные средства [2]. Цель работы – изучение десятилетней динамики загрязнения снежного покрова нефтепродуктами, формальдегидом и нитратами экологически неблагоприятного района г. Воронежа, на территории которого расположены военный аэродром и химически опасное производство; оценка тесноты связи между уровнями загрязнения формальдегидом атмосферного воздуха и снежного покрова.

Снежный покров в Воронежской области появляется в среднем 15 ноября и становится устойчивым в начале декабря, продолжительность его залегания составляет 125–150 дней [3]. В течение года преобладают слабые ветры (2–5 м/с) юго-западного направления. Река Воронеж, в долине которой создано искусственное водохранилище, разделяет город на две части (рис. 1): правобережная часть представляет собой холмистое плато с абсолютными отметками высот от 100 до 160 м, левобережная – сглаженную пологоволнистую поверхность, постепенно переходящую в речную террасу. Открытые водоемы на территории г. Воронежа используются населением для рекреационных целей, предприятиями – для сброса очищенных хозяйственных, производственных и ливневых сточных вод.

Военный аэродром «Балтимор» расположен на правом берегу Воронежского водохранилища, севернее на 400 м от дачного пос. «Сады». С 2012 г. вследствие повышения активности работы аэродрома усилилась техногенная нагрузка не только на пригородные сельскохозяйственные и рекреационные территории, но и на зону жилой застройки Советского района г. Воронежа. Основу Советского района составляет большой Юго-западный микрорайон. В составе района пос. Западный и отдаленные части города – пос. Придонской, Тенистый, Тепличный, Шилово, Малышево.

Негативный вклад в загрязнение окружающей среды исследуемого района вносят также расположенные на его территории ОАО «Конструкторское бюро химавтоматики» (ОАО «КБХА»), проводящее испытание ракетных двигателей, работающих в том числе и на авиационном керосине; металлургический комплекс; автотранспортный цех.

Военный аэродром в исследуемом районе г. Воронежа является основным источником таких загрязняющих веществ, как авиационный керосин и продукты его неполного сгорания (в том числе формальдегида). Керосины относят к веществам IV класса опасности с ПДК в воздухе 300 мг/м3; в снежном покрове и поверхностных водах 0,3 мг/дм3 (в пересчете на углерод) [4]. Они характеризуются незначительной испаряемостью, поэтому в воздухе в обычных условиях нет концентраций, вызывающих отравление.

Формальдегид образуется в результате окисления углеводородов при высоких температурах вследствие природных явлений (лесные пожары и др.) и антропогенной деятельности. Формальдегид – канцероген, относится к соединениям I класса опасности, входит в список специфических веществ, характерных для промышленности, транспорта и энергетики каждого города, его содержание подлежит обязательному контролю на федеральном уровне (ПДК в воздухе населенных мест 0,035 мг/м3; в снежном покрове и поверхностных водах 0,05 мг/дм3) [4, 5].

На исследуемой территории были выбраны 12 точек отбора проб атмосферного воздуха и снежного покрова; две точки (11, 12) – поверхностных вод (рис. 1). Отбор проб атмосферного воздуха для контроля содержания формальдегида проводили ежемесячно в два последовательно соединенных сосуда, содержащих поглотительный раствор по ГОСТ 17.2.3.01. Время отбора пробы составляло 20 мин при аспирации с объемным расходом 0,2–0,25 дм3/мин. Всего было проанализировано более 3600 проб атмосферного воздуха.

Пробы снежного покрова отбирали в тех же контрольных точках (1–12) в период длительного снеголежания методом «конверта». Пробы поверхностных вод отбирали в двух точках Воронежского водохранилища в теплый период года ежемесячно в соответствии с ГОСТ 17.1.5.05-85.

koch1.tif

Рис. 1. Точки отбора проб: 1 – комплекс металлургического производства, 2 – промышленные площадки испытательного комплекса ОАО «КБХА», 3 – автотранспортный цех, 4, 5 – дачный пос. «Сады», 6 – Воронежская атомная станция теплоснабжения (недействующая), 7 – пос. Шилово, 8 – пос. Малышево, 9 – пос. Таврово, 10 – пос. Семилукские Выселки, 11, 12 – Воронежское водохранилище (правый и левый берег)

Содержание нефтепродуктов в пробах снега и природной воды определяли в соответствии с МУК 4.1.1013-01 и использованием ИК-спектрофотометра КН-2М. Формальдегид в воздухе и водах анализировали флуориметрическим методом с помощью Флюората 02-4М (МУК 4.1.1272-03 и МУК 4.1.1265-03). Работы по измерению концентраций токсикантов выполнены на базе ФГБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии № 97 ФМБА России».

Формальдегид в атмосферном воздухе

Содержание формальдегида в 2008 г. и 2012 г. во всех пробах атмосферного воздуха было меньше установленного норматива. В 2007 и 2009 гг. на территории промплощадки испытательного комплекса (точка 2) отмечено превышение его ПДК в 1,2 раза. Максимальная концентрация составила 0,042 мг/м3.

Наибольшее количество отклонений от норматива зафиксировано в 2010 г., когда в атмосфере трех контрольных точек 1–3 было установлено повышение содержания токсиканта до 1,2 ПДК. В 2011 г. превышение ПДК составило 1,1 раза в одной пробе в точке 2. Среднегодовые концентрации формальдегида в период с 2007 по 2014 г. во всех точках отбора проб не превышали 0,3 ПДК.

С 2014 г. наблюдается увеличение содержания формальдегида в воздухе контрольных точек 1–5, 8, 11. При этом на территории дачного пос. «Сады» (точки 4, 5) зафиксировано превышение ПДК в 1,1–1,8 раза; на территории металлургического и испытательного комплексов ОАО «КБХА», а также на территории автотранспортного цеха (точки 1–3) – в 1,1–1,3 раза. Максимальная концентрация формальдегида была определена в 2016 г. в пос. «Сады» (точка 5), она составляла 0,064 мг/м3. Повышенные значения концентраций формальдегида в атмосферном воздухе изученной территории приходятся на летний период, что согласуется с ранее полученными данными [6].

koch2.tif

Рис. 2. Изменение концентрации нефтепродуктов (1) и формальдегида (2) в снежном покрове в 2007–2016 гг.

Формальдегид и нефтепродукты в снежном покрове

Содержание формальдегида в снежном покрове в период с 2007по 2014 г. не превышало ПДК и составляло в среднем для всех изученных точек отбора проб 0,028 ± 0,007 мг/дм3. Впервые концентрация формальдегида в снежном покрове превысила норму в 2015 г. в точках 1 и 2 и составила соответственно 1,1 и 1,2 ПДК. В 2016 г. повышенному загрязнению формальдегидом подверглись территории поселков Таврово, Семилукские Выселки, Шилово. На территории дачного пос. «Сады» концентрация формальдегида в снежном покрове не превышала 0,033 ± 0,007 мг/дм3. Максимальное значение концентрации формальдегида в снежном покрове (1,3 ПДК) определено в 2016 г. на промышленной площадке испытательного комплекса ОАО «КБХА».

Содержание нефтепродуктов в снежном покрове исследованной территории на протяжении десяти лет изменялось неравномерно и разнонаправленно. Превышение ПДК отмечалось во всех изученных точках начиная с 2008 г. До 2011 г. постоянное и высокое содержание нефтепродуктов в снежном покрове было характерно для территорий металлургического (3,0–10,4 ПДК) и испытательного (0,8–4,2 ПДК) комплексов ОАО «КБХА». В 2012–2013 гг. наибольшее загрязнение снежного покрова нефтепродуктами зафиксировано на территории пос. «Сады» и испытательного комплекса в точках 4 и 2 (2,1 и 3,2 ПДК соответственно). С 2014 г. наиболее загрязненными нефтепродуктами территориями также были дачный пос. «Сады» (3,4–7,2 ПДК); металлургический комплекс (3,5–6,8 ПДК); промышленные площадки испытательного комплекса (3,6–6,1 ПДК). Минимальные концентрации НП в снежном покрове (0,2–2 ПДК) в 2016 г. зафиксированы в поселках Семилукские Выселки, Малышево, Таврово, а также на берегах Воронежского водохранилища в точках 11 и 12.

Нормированные графики динамики изменения концентрации нефтепродуктов и формальдегида в снежном покрове за десятилетний период времени для характерных точек исследованного района представлены на рис. 2.

Высокая теснота связи (R = 0,88) между содержанием керосина и формальдегида в снежном покрове зафиксирована на территории испытательного комплекса, что закономерно в условиях испытания двигателей ракет, работающих на авиационном керосине.

Формальдегид и нефтепродукты в поверхностных водах

До 2014 г. концентрация формальдегида в поверхностных водах Воронежского водохранилища была ниже чувствительности метода определения (< 0,025). В дальнейшем отмечается незначительное повышение концентрации формальдегида, максимальная (0,038±0,008 мг/дм3) зафиксирована в 2014 г. в точке 11 на левом берегу водохранилища.

Повышение концентрации нефтепродуктов в поверхностных водах (точки 11, 12) отмечается с 2013 г., однако до 2016 г. она не превышала ПДК. Максимальное содержание нефтепродуктов определено в контрольной точке 12, оно соответствовало 1,2 ПДК.

Установление корреляции между содержанием токсикантов в атмосферном воздухе и снежном покрове

Для изучения взаимосвязи между содержанием токсикантов в атмосферном воздухе и снежном покрове образцы воздуха и снега отбирались одновременно на территории испытательного комплекса (точка 2). По результатам лабораторных исследований построены графики изменения содержания формальдегида и нефтепродуктов в разных средах (рис. 3). Установлена достаточно высокая теснота связи между содержанием формальдегида в воздухе и снежном покрове (коэффициент корреляции R = 0,79). Аналогичные зависимости получены для нефтепродуктов (R = 0,84).

Выводы

1. Установлена высокая теснота связи между содержанием формальдегида и нефтепродуктов на территории испытательного комплекса ОАО КБХ, а также между содержанием формальдегида и нефтепродуктов в воздухе и снежном покрове после проведения испытаний ракетоносителей. Воздушное загрязнение носит мгновенный характер и может быстро изменяться в зависимости от интенсивности эмиссии токсикантов в атмосферу и разбавления загрязнения чистым воздухом. Снеговые загрязнения, накапливаясь в течение существования снежного покрова, являются среднесрочными, поэтому позволяют выявлять устойчивую динамику влияния источника загрязнения на окружающую среду. Последующие накопления нефтепродуктов в почвогрунтах эту динамику сглаживают [7].

koch3.wmf

Рис. 3. Динамика изменения концентрации формальдегида в снежном покрове (1) и атмосферном воздухе (2)

2. Корреляция между содержанием формальдегида и нефтепродуктов в других изученных точках отсутствует. Это говорит о том, что рассеяние токсикантов от источников загрязнения носит случайный характер, поэтому зону влияния источников эмиссии целесообразно устанавливать по уровню загрязнения снежного покрова.