Оценка аэротехногенного загрязнения в окрестностях угольных и нефтяных котельных по состоянию снегового покрова (на примере Томской области)

Abstract

Актуальность работы обусловлена необходимостью исследования слабо изученной специфики влияния локальных котельных, использующих различный вид топлива, на загрязнение прилегающей к ним территории. Цель работы: качественная и количественная оценка уровня аэротехногенного загрязнения в окрестностях локальных угольной и нефтяной котельных по данным изучения микроэлементного состава твердой фазы снегового покрова. Методы исследования: масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой, атомно-абсорбционная спектрометрия, сканирующая электронная микроскопия, статистические методы. Результаты. Определено, что в окрестностях угольной котельной величина пылевой нагрузки превышает в 3 раза фоновую пылевую нагрузку и в 2 раза среднюю величину пылевой нагрузки для Томской области. В окрестностях нефтяной котельной пылевая нагрузка находится на уровне фона и средней величины для области. Техногенная геохимическая специализация твердой фазы снегового покрова в окрестностях угольной котельной проявляется в повышенных уровнях накопления (3-25 фона) и среднесуточного выпадения (3-125 фона) Cd, Sb, Mo, Pb, Sr, Ba, Ni, Mo, Zn и Co. Высокое относительно фона содержание данных микроэлементов в твердой фазе снегового покрова формирует средний уровень загрязнения и умеренно опасную экологическую ситуацию в окрестностях угольной котельной. Для твердой фазы снегового покрова из окрестностей нефтяной котельной специфичными элементами можно считать V, Ni и Sb, уровень накопления и среднесуточное выпадение этих элементов определено на уровне от 3 до 8 фонов. В окрестностях данной котельной сформирован низкий уровень загрязнения и неопасная экологическая ситуация по уровню накопления микроэлементов в твердой фазе снегового покрова по сравнению с фоном. Величина суммарного показателя эмиссии микроэлементов статистически значимо выше в окрестностях угольной котельной по сравнению с аналогичным показателем в окрестностях нефтяной котельной. Исследование проб с помощью сканирующей электронной микроскопии позволило определить металлсодержащие фазы некоторых выявленных элементов-индикаторов, по размерам относящиеся к крупным (размером от 2,5 до 10 мкм) и мелким (размером менее 2,5 мкм) частицам, способные проникать в респираторные органы человека. Выводы. Сравнительный анализ показал, что в окрестностях угольной котельной сформирована более опасная экологическая ситуация по сравнению с окрестностями нефтяной котельной. Это связано не только с деятельностью самой угольной котельной, но и с ветровым переносом от открытого угольного склада. Выявленные элементы-индикаторы, а также их металлсодержащие фазы в твердой фазе снегового покрова с высокой долей вероятности отражают геохимическую специализацию используемого топлива, зольных уносов котельных, особенности сгорания топлива, а также могут быть связаны с физико-химическими процессами в атмосферном воздухе и снеговом покрове. Определённые элементы-индикаторы и их металлсодержащие фазы в твердой фазе снегового покрова могут использоваться при идентификации источников загрязнения.

Relevance of the work is caused by the necessity of environmental assessment in the vicinity of local boiler houses which use different types of fuel. The main aim of the study is quantitative and qualitative assessment of pollution level in the vicinity of coal-fired and oil-fired local boiler houses based on solid phase composition study. The methods used in the study: mass-spectrometry with inductive coupled plasma, atomic absorption analysis, scanning electron microscopy, empirical data processing. Results. The higher dust load was determined in the vicinity of local coal-fired boiler house. It is exceeded in 3 times the background dust load and 2 times of average dust load in Tomsk region. Dust load did not exceed the background value and average dust load in the region in the vicinity of local oil-fired boiler house. The results show that the higher concentrations (3-25 times exceeds the background) and deposition (3-125 times exceeds the background) of Cd, Sb, Pb, Mo, Sr, Ba, Ni, Mo, Zn and Co were identified in the vicinity of coal-fired boiler house. These elements make contribution in the middle level of pollution in the vicinity of coal-fired boiler house. The samples from the vicinity of oil-fired boiler house were characterized by high concentration (3-8 times exceeds the background) and deposition (3-8 times exceeds the background) of V, Ni and Sb. The level of pollution was estimated as low in the vicinity of oil-fired boiler house. The value of total factor of element emissions was higher in the vicinity of coal-fired boiler house. The results of SEM-EDS shown metal-bearing phases referred to PM2.5 and PM10 in the samples of solid phase of snow. These phases could be inhaled by humans and can effect human health. Conclusions. The comparative analysis shown that unsafe level of pollution was observed in the vicinity of coal-fired boiler house due to its emissions and windblown dust from the open coal depository. The identified element-indicators and metal-bearing phases in the solid phase of snow reflect geochemical specificity of fuel, fly ash as well as the specificity of firing, and connect with physical and chemical processes in the air and snow cover. The identified element-indicators and metal-bearing phases could be used as markers for source identification.