Subiecte similare ale lucrării științifice în Pământ și științele mediului înconjurător, autor al unui articol științific - A V Talovskaya, E A Filimonenko, N A Osipova, E G Yazikov, L V Nadeina

Lucrare de cercetare academică pe tema „Poluarea cu praf a stratului de zăpadă în zonele industriale ale orașului Tomsk (Siberia de Vest, Rusia)”

Acasă Căutare Colecții Jurnale Despre Contactați-ne IOPscience

poluarea

Poluarea cu praf a stratului de zăpadă în zonele industriale ale orașului Tomsk (Siberia de Vest, Rusia)

Acest conținut a fost descărcat de pe IOPscience. Vă rugăm să derulați în jos pentru a vedea textul complet. Vizualizați cuprinsul acestui număr sau accesați pagina principală a jurnalului pentru mai multe

Detalii despre descărcare: Adresă IP: 113.161.161.86

Acest conținut a fost descărcat pe 25/06/2016 la 10:31 Vă rugăm să rețineți că se aplică termenii și condițiile.

Poluarea cu praf a stratului de zăpadă în zonele industriale ale orașului Tomsk (Siberia de Vest, Rusia)

A V Talovskaya1, E A Filimonenko2, N A Osipova3, E G Yazikov4 și L V Nadeina5

1 i, 3 ​​4, 5 National Research Tomsk Polytechnic University, 30 Lenin Avenue, Tomsk, 634050, Russia

Rezumat Acest articol descrie rezultatele monitorizării pe termen lung (2007-2014) a poluării stratului de zăpadă pe teritoriul orașului Tomsk. Probele de zăpadă au fost colectate pe teritoriul Tomsk. Determinarea nivelului de încărcare a prafului a fost efectuată prin compararea cu valorile de fundal și de referință. S-a stabilit că părțile de nord-est și centrale ale Tomskului sunt cele mai contaminate zone, unde se află zidăria, cărbunele și centrala termică pe gaz. Analiza dinamicii pe termen lung a arătat o scădere a încărcăturii de praf în vecinătatea centralei termice pe cărbune și gaz datorită modernizării sistemelor de colectare a prafului existente. În timpul perioadei de monitorizare, încărcătura ridicată de praf în vecinătatea zidăriilor nu sa modificat. Cea mai mică valoare a încărcăturii de praf pe stratul de zăpadă a fost detectată în vecinătatea uzinei petrochimice și a instalațiilor de produse din beton. Zonele apropiate și îndepărtate ale încărcăturii de praf pe stratul de zăpadă au fost determinate cu referire la amplasarea plantelor studiate.

Astăzi, studiul stratului de zăpadă este una dintre cele mai accesibile și mai fiabile metode pentru a obține informații despre aportul de poluanți din atmosferă. Stratul de zăpadă este folosit cu succes de mulți cercetători din diferite regiuni și țări pentru a indica poluarea aerului, deoarece zăpada este un excelent absorbant natural pentru multe substanțe din aer [1-9].

Compoziția chimică a zăpezii este determinată de mai multe procese: formarea fulgilor de zăpadă în jurul nucleelor ​​de condensare (praf, picături etc.) în nor, absorbția impurităților în timpul trecerii fulgilor de zăpadă prin atmosferă; fluxul de poluanți din aer (aerosoli, praf, cenușă, fum, gaze de eșapament și altele).

Evaluarea poluării aerului în regiunea Tomsk prezintă un interes deosebit, deoarece există anumite industrii în zonă. Volumele de poluanți solizi emiși în aerul ambiant din surse staționare din regiunea Tomsk au crescut de peste 2,5 ori pentru perioada 2005 - 2011. Partea de sud-est a regiunii Tomsk este cea mai urbanizată, deoarece orașul Tomsk și orașul Seversk sunt situate acolo, cu populația mai mult de jumătate din populația regiunii. De asemenea, zonele nordice, unde sunt amplasate complexele de petrol și gaze, contribuie semnificativ la poluarea regiunii [10].

Studiul stratului de zăpadă ca indicator al poluării antropice a aerului a fost realizat pe teritoriul orașului Tomsk și împrejurimile sale [11-13].

Prezentul studiu al stratului de zăpadă a fost realizat în zonele industriale, cu zidării de cărămidă, centrale termice pe cărbune și gaz, centrale petrochimice și centrale de produse din beton. Întreprinderile industriale emit anual între 35,5 și 37,1 mii tone de poluanți în aerul ambiant din

I (cc) ® I Conținutul acestei lucrări poate fi utilizat în condițiile licenței Creative Commons Attribution 3.0. Orice distribuție suplimentară

din această lucrare trebuie să mențină atribuirea autorului (autorilor) și titlul lucrării, citarea jurnalului și DOI. Publicat sub licență de IOP Publishing Ltd 1

Tomsk [10]. Principalele surse de emisie de poluanți solizi din Tomsk sunt centralele termice pe cărbune și gaz și zidăria de cărămidă. O fabrică petrochimică funcționează și în partea de nord a Tomsk; este cea mai mare întreprindere rusă pentru producția de polietilenă și polipropilenă.

Principalele obiective ale studiului de față au fost: (a) determinarea valorii încărcăturii de praf pe stratul de zăpadă pe teritoriul orașului Tomsk, (b) identificarea celor mai poluate zăpezi din oraș și (c) dezvăluirea modificărilor încărcăturii de praf între 2007 și 2014 în vecinătatea zidăriilor, centrale termice pe cărbune și gaz, centrale petrochimice și centrale de produse din beton.

Eșantionarea zăpezii a fost efectuată pe o rețea de sondaj regulată cu o treaptă de 500-600 m pe întreg teritoriul Tomsk în martie 2007. Chiar în oraș au fost colectate 69 de probe. Din 2009 până în 2014 am colectat probe de zăpadă anual în zona afectată de unele mari întreprinderi industriale ale orașului, cum ar fi centrala termică pe cărbune și gaz, instalația petrochimică, zidăria și instalația de produs din beton. În plus, dezvoltarea zonei private și cazanele locale se găsesc în zonă. Cinci probe au fost colectate la o distanță de 200 până la 1500 m nord-est de la granițele plantelor. Numărul total de probe pe parcursul a 6 ani a fost de 120.

Probele de zăpadă au fost colectate la locurile cu strat de zăpadă netulburat pentru toată adâncimea sa, cu excepția a 5 cm deasupra solului, masa fiecărei probe a fost de 15-18 kg. În timpul eșantionării, au fost verificate și fixate zona de groapă din care au fost prelevate eșantioanele și timpul de la formarea unui strat stabil de zăpadă până la momentul de eșantionare a zăpezii.

Probele de zăpadă au fost topite la 20-22 ° C, iar apa de zăpadă a fost filtrată printr-o hârtie de filtru pre-cântărită. Zăpada insolubilă precipitată reziduală pe filtru a fost trecută printr-o sită cu dimensiunea ochiurilor de 1 * 1 mm și apoi a fost cântărită cu eroarea de 0,01%. Precipitatul de zăpadă insolubil conține particule de aerosoli insolubili.

Calculele unei sarcini zilnice de praf (Ldust, mg/m2 * zi) au fost făcute folosind ecuația:

Praf = M/(S x t),

unde M este masa reziduurilor insolubile din eșantionul de zăpadă (mg), S este zona gropii (m2), t este timpul de la momentul formării învelișului stabil de zăpadă până la eșantionarea zăpezii (zi) [14].

3. Rezultate si discutii

Potrivit rezultatelor sondajului geochimic al zăpezii pe teritoriul Tomsk în 2007, au fost determinate siturile cu încărcătură crescută de praf. Primul sit a fost dezvăluit în partea de nord-est a orașului și a fost legat de locația zidăriilor, al doilea una este situată în centrul orașului și este cauzată de emisiile provenite de la centrala de alimentare cu energie termică și căldură pe bază de cărbune și gaz. În plus, am detectat și contaminarea în zonele rezidențiale cu clădiri private cu înălțime mică și case de cazane locale. Valoarea medie a încărcăturii de praf pe teritoriul orașului a fost de 63 mg/m2 * zi, conformă cu un nivel scăzut de contaminare (mai puțin de 250 mg/m2 * zi conform [14]), pe fondul 7 mg/m2 * zi.

Valoarea medie a încărcăturii de praf pe teritoriul Tomsk este de 2 ori mai mică decât pentru teritoriul din sudul Siberiei de Vest (135 mg/m2 * zi), Seversk (153 mg/m2 * zi), Omsk (132 mg/m2 * zi) și Rubtsovsk (106 mg/m2 * zi); este de 5 ori mai mic decât pentru teritoriul Mezhdurechensk (316 mg/m2 * zi).

Tabelul prezintă rezultatele calculelor sarcinii de praf. Analiza datelor de monitorizare pe termen lung arată că valorile ridicate ale încărcăturii de praf în vecinătatea zidăriilor rămân. În perioada de monitorizare, sarcina de praf depășește fundalul de 12 până la 103 ori. Există o scădere a tendinței cantității de praf cu 35% din 2009 până în 2012, cauzată de modernizarea noilor sisteme de colectare a prafului. Datele noastre confirmă datele acestor centrale despre scăderea emisiilor. Această scădere este determinată de măsurile Departamentului pentru resurse naturale și protecția mediului din regiunea Tomsk ca răspuns la reclamațiile cetățenilor din aprilie 2009 cu privire la zăpada «roșie» din zonele rezidențiale, pe teritoriul școlilor și grădinițelor, situate în apropierea plantelor. În 2013, încărcătura de praf a crescut dramatic.

Nivelul de contaminare este mediu și ridicat în conformitate cu referința, iar încărcătura de praf pentru oraș depășește de 5,3 - 11,0 ori în zona afectată în câmpul apropiat al zidăriilor. În zona de zidărie afectată de câmpul îndepărtat, cantitatea de contaminare cu praf corespunde unui nivel scăzut de contaminare a aerului după scara normativă și de 3 ori mai mare decât contaminarea medie cu praf pentru oraș. O astfel de dinamică de variație a valorii încărcării prafului cu distanța față de plante poate fi explicată prin faptul că compoziția materialului prafului este reprezentată în principal de diferite tipuri de particule minerale cu o greutate specifică mare (cuarț, feldspati, carbonați, minerale argiloase), care se depun cu căderi atmosferice în teritoriul din apropierea emițătorilor. Pe de altă parte, în timp ce încărcarea și transportul prafului este transportat în zonele rezidențiale situate în apropierea centralelor.

Masa. Sarcina de praf pe stratul de zăpadă în zonele industriale din regiunea Tomsk, mg/m2 * zi.

Industria din uzină, m 2009 2010 2011 2012 2013 2014

300 152 99 100 87 46 105

cărbune și gaz- 600 219 162 131 38 63 42

900 84 53 66 21 31 44

1200 70 70 65 98 38 28

centrală electrică 1500 52 65 48 41 44 35

valoare medie 115 ± 31 90 ± 20 82 ± 15 57 ± 15 44 ± 5 ​​51 ± 14

200 571 275 215 693 450 216

400 584 720 455 100 526 405

600 292 300 255 191 217 246

zidărie 800 256 259 134 96 221 106

1000 122 123 162 86 249 95

valoare medie 365 ± 91 335 ± 101 244 ± 57 233 ± 116 333 ± 65 213 ± 56

300 45 51 50 44 28 51

600 54 45 63 33 54 52

petrochimice 900 73 112 80 52 29 48

planta 1200 69 74 76 62 58 48

1500 85 55 90 37 28 62

valoare medie 65 ± 7 67 ± 12 72 ± 7 46 ± 5 39 ± 7 52 ± 3

200 127 149 120 67 36 45

400 139 212 145 54 84 89

Uzină de beton 600 108 56 95 34 54 80

800 82 81 85 71 34 78

1000 94 n.d. 80 57 96 142

valoare medie 110 ± 10 125 ± 35 105 ± 12 57 ± 6 61 ± 13 87 ± 16

■ vfote: n.d. - nu există date; sarcina medie de praf pentru orașul Tomsk este de 63 mg/(m2 * zi), fundalul este de 7 mg/(m2 * zi)

Tendința similară de a modifica volumul sarcinii de praf cu distanța față de plante și dinamica din zona afectată a zidăriilor este prezentată în vecinătatea întreprinderilor din industria construcțiilor, specializate în producția de construcții din beton armat. În general, toate datele înregistrate despre încărcătura de praf în acest teritoriu au depășit fondul regional de 15 - 18 ori și au dublat suma medie pentru oraș. Trebuie remarcat faptul că formarea contaminării cu praf în vecinătatea acestor centrale este cauzată de emisiile provenite de la cazanele locale, casele particulare și întreprinderile private mici, situate în apropierea centralelor.

Conform studiului din vecinătatea centralei termice pe cărbune și gaz, nivelul sarcinii de praf a scăzut cu aproximativ 45% din 2009 până în 2013. Această reducere are loc în ciuda faptului că volumul de cărbune ars la stație a crescut în aceste 5 ani, iar partea principală a cărbunelui (până la 80 - 90%) este arsă din noiembrie până în martie. Scăderea încărcăturii de praf poate fi explicată prin faptul că, potrivit datelor oficiale, în 2010 a fost reconstruit colectorul de cenușă al cazanului și doi colectoare de cenușă suplimentare

au fost instalate. Mai mult, colectoarele de cenușă sunt reparate și reglate anual pentru a îmbunătăți calitatea curățării emisiilor de praf; oferă captarea completă a particulelor de dimensiuni mari.

Sarcina de praf în zona afectată din câmpul apropiat depășește fundalul de la 17 la 27 de ori, iar excesul valorii medii pentru oraș este de 2-3 ori. Valorile crescute ale încărcăturii de praf în zona câmpului apropiat pot fi legate de fluxul de praf de vânt din depozitele de cărbune, situate în zona centralei electrice, sau în timpul descărcării cărbunelui. În zona afectată de câmpul îndepărtat, sarcina de praf este conformă cu valoarea medie pentru oraș.

Cele mai semnificative precipitații de praf în zona de 2 km de la coșurile de 100 m de cărbune și centrale termice pe gaz sunt sub formă de particule de dimensiuni mari, în ciuda sistemului permanent de curățare a emisiilor de cenușă în atmosferă. Viteza acestor precipitații de particule se dezvoltă cu câteva zeci de centimetri pe secundă. O evaluare aproximativă a unei astfel de rate ridicate a precipitațiilor este cauzată de caracteristicile cinematice simple. De exemplu, dacă viteza medie a vântului este de 10 m/s, o particulă trebuie să parcurgă o distanță de 1 km în doar 100 de secunde și să ajungă la suprafața pământului de la înălțimea de 100 de metri. Acesta indică dependența puternică a proceselor de spălare a particulelor de praf în compoziția boabelor de gheață, formate prin înghețarea vaporilor de apă în fluxul de fum al centralelor electrice în timpul iernii. Acest efect a fost investigat și confirmat la centrala electrică pe cărbune din Kyzyl [15].

Volumul sarcinii de praf nu se modifică semnificativ cu ani în vecinătatea unei fabrici petrochimice. Este demn de remarcat faptul că acest nivel de încărcare a prafului ar putea fi cauzat de transportul emisiilor de praf din planurile situate în apropiere.

Drept urmare, am identificat cele mai contaminate zone de acoperire a zăpezii de pe teritoriul regiunii Tomsk și Tomsk. Conform datelor sondajului nostru de zăpadă pe teritoriul Tomsk în 2007, zonele cu încărcătură mare de praf corespund poziției zidăriilor și centralei termice pe cărbune și gaz. În plus, rezultatele observațiilor pe termen lung (2009-2014) ale încărcăturii de praf de la plantele înconjurătoare din Tomsk sunt clasificate după cum urmează: zidărie - 304 mg/m2 * zi, instalații pentru producția de produse din beton - 88 mg/m2x zi, centrală de alimentare cu energie termică și căldură pe cărbune și gaz - 78 mg/m2 * zi și centrală petrochimică - 58 mg/m2 * zi. Am descoperit că cea mai mare parte a prafului depus pe stratul de zăpadă la distanța de 300-600 m, există o tendință de scădere a distanței de la 600 la 1500 m de la marginile plantelor studiate. Rezultatele obținute pot fi utilizate pentru optimizarea schemelor de monitorizare a aerului și efectuarea unei evaluări detaliate a poluării atmosferice pe termen lung în timpul iernii.

Acest studiu a fost susținut financiar de Ministerul Rus al Educației și Științei sub conducerea președintelui Grant pentru sprijinul tinerilor oameni de știință din Rusia și BP Exploration Operating Company Limited.

[1] Baltrenaite E, Baltrenas P, Lietuvninkas A, Sereviciene V și Zuokaiteet E 2014 Integrated

evaluarea poluării aerogene de metale grele transportate în aer (Pb, Cd, Ni, Zn, Mn și Cu) în analiza principalelor medii de depozit Environ. Știință. Poluează. 21 299-313

[2] Elik A 2002 Monitorizarea metalelor grele în zăpada urbană ca indicator al poluării atmosferei Int.

J. Environ. Anal. Chem. 82 37-45

[3] Azimi S, Ludwig A, Thevenot D R și Colin J L 2003 Determinarea totală a metalelor de urmărire

depunerea atmosferică în zonele rurale și urbane Ști. Mediu total 308 247-56

[4] Calvo A I, Alves C, Castro A, Pont V, Vicente A M și Fraile R 2013 Cercetări privind aerosoli

surse și compoziție chimică: Probleme trecute, actuale și emergente Atmos. Rez. 120 1-28

[5] Cereceda-Balic F, Palomo-Marin M R, Bernalte E, Vidal V, Christie J, Fadic X, Guevara J L,

Miro C și Gil E P 2012 Impactul poluării atmosferice urbane din Santiago de Chile asupra îmbogățirii oligoelementelor antropice în precipitațiile de zăpadă la Cerro Colorado, Andes Central Atmos Environ 47 51-7

[6] Farahmandkia Z, Mehrasbi M R și Sekhavatjou M S 2011 Relația dintre

Concentrații de metale grele în precipitații umede și particule atmosferice Pm10 în Zanjan-Iran Iran J. Environ. Vindecă. 8 49-56

[7] Sakai H, Sasaki T și Saito K 1988 Heavy-Metal Concentrations in Urban Snow as an

Indicator al științei de poluare a aerului. Mediu total 77 163-74

[8] Samara C și Tsitouridou R 2000 Componente de aerosol ionic fin și grosier în raport cu umezeala

și depunere uscată Apă Aer Sol Sol. 120 71-88

[9] Viklander M 1999 Substances in Urban Snow. O comparație a contaminării cu zăpadă în

diferite părți ale orașului Lulea, Suedia Apă Aer Sol Sol. 114 377-94

[10] Raport de stat privind protecția mediului în regiunea Tomsk în 2014 http://www.green.tsu.ru/dep/

[11] Talovskaya AV, Filimonenko EA, Osipova NA, Lyapina EA și Yazikov EG 2014 Toxic

elemente (As, Se, Cd, Hg, Pb) și formațiunile lor minerale și tehnogene în stratul de zăpadă din vecinătatea întreprinderilor industriale din Tomsk IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Știință. 21 012042

[12] Osipova NA, Yankovich EP, Yazikov EG și Talovskaya AV 2012 Metale grele în aer

și efectele lor negative asupra sănătății ființei umane Proc. al 7-lea Int. Forum pe Strat. Tehnologie. IFOST 1 153-6

[13] Osipova NA, Filimonenko KA, Talovskaya AV și Yazikov EG 2015 Geochemical

Abordarea evaluării riscurilor pentru sănătatea umană a oligoelementelor inhalate în vecinătatea întreprinderilor industriale din Tomsk, Rusia Hum. Ecol. Evaluarea riscurilor. 21 1664-85

[14] Saet Yu E, Revic BA, Yanin EP și Smirnova RS 1990 Geochimie de mediu Nedra

Moscova 335 (în rusă)

[15] Belyaev SP, Beschastnov SP, Khomushku GM, 1997 Unele regularități ale mediului

poluarea ca rezultat al arderii cărbunelui ca exemplu al lui Kyzyl Russ. Meteorol. Hidro. 12 54-63 (în rusă)