Динамика пылевой нагрузки и химического состава снегового покрова в районе расположения предприятий теплоэнергетики и коксохимии (на примере г. Кемерово)

Abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью изучения аэротехногенной нагрузки на территории, прилегающие к предприятиям угольной теплоэнергетики и коксохимии, которые являются одним из основных источников поступления твердых частиц в окружающую среду. Цель: оценка эколого-геохимического состояния района размещения теплоэлектростанции и коксохимического производства по данным многолетних (2016-2023 гг.) наблюдений уровня пылевой нагрузки и химического состава твердой фазы снегового покрова (на примере г. Кемерово). Объекты: твердая фаза снегового покрова, сформированная атмосферными выпадениями, в зоне переноса выбросов на расстоянии до 4,5 км от теплоэлектростанции и коксохимического производства. Методы: снегогеохимическая съемка; инструментальный нейтронно-активационный анализ; метод атомноабсорбционной спектрометрии; эколого-геохимические и статистические методы. Результаты и выводы. Уровень пылевой нагрузки изменяется от низкого (менее 250 мг/(м2*сут.)) до среднего (250-450 мг/(м2*сут.)) с 2016 по 2023 гг. Выявлена корреляционная зависимость между пылевой нагрузкой и метеопараметрами. Рост пылевой нагрузки связан с увеличением относительной влажности воздуха и количества осадков и со снижением скорости ветра в зимние сезоны. По мере удаления от предприятий наблюдается статистически достоверный низкий уровень пылевой нагрузки на расстоянии до 1 км (в среднем 245 мг/(м2*сут.)), а в пределах 1,5-4,5 км уровень пылевой нагрузки увеличивается (в среднем 381 мг/(м2*сут.)), что может быть связано с влиянием природно-антропогенных факторов. В твердой фазе снегового покрова наиболее интенсивно концентрируются Ba, La, Sm, Tb, Yb, U (выше фона более 10 раз), менее интенсивно - Ca, Sc, Sr, Cs, Ce, Nd, Hf, Ta, Hg, Th (выше фона в 2-10 раз), обуславливающие высокий уровень загрязнения в 2016 и 2022 гг. и средний в 2023 г. Концентрация данных элементов не изменяется на протяжении периода наблюдений, что позволяет рассматривать их как индикаторную группу элементов в твердой фазе снега на изучаемой территории. Статистически достоверно установлено, что на формирование геохимической специфики твердой фазы снега влияют состав угля и золы уноса, объемы потребления топлива и метеопараметры (температура воздуха, скорость ветра, относительная влажность воздуха, количество осадков)

Relevance. The necessity to investigate aerotechnogenic pollution around coal-fired thermal power and cokechemical processing plant, which are one of the main sources of particulate matter emissions into the environment. Aim. To assess the eco-geochemical conditions of the area around the thermal power station and coke-chemical processing plant based on long-term observations (2016-2023) of particulate load levels and the chemical composition of the particulate phase of snow cover (the case of Kemerovo). Objects. The particulate phase of the snow cover formed by atmospheric precipitation in the area of pollutant transfer at a distance of up to 4.5 km from the studied plants. Methods. Snow geochemical survey; instrumental neutron activation analysis; atomic absorption spectrometry; statistical analysis. Results. The particulate load level ranges from allowable (≤250 mg/(m2*day)) to moderately hazardous (250-450 mg/(m2*day)) during the study period. A correlation exists between particulate load and meteorological factors, with increased loads linked to higher humidity, precipitation, and lower wind speeds in winter. The particulate load is statistically lower within 1 km (≈245 mg/(m2*day)), while levels rise to 381 mg/(m2*day) between 1.5 and 4.5 km, effected by natural and anthropogenic factors. The snow cover particulate phase shows high Ba, La, Sm, Tb, Yb, U concentration (over 10 times background levels), while Ca, Sc, Sr, Cs, Ce, Nd, Hf, Ta, Hg concentration are 2-10 times above background. This indicates hazardous pollution levels in 2016 and 2022 and moderately hazardous level in 2023. The concentrations of these elements remained unchanged throughout the study period, which allows them to be used as markers for the particulate phases of the snow cover in this area. Interestingly, it was found that the formation of geochemical specifics in particulate snow cover is related to coal composition, fly ash composition, fuel consumption volume, and meteorological factors