Статья: Исследование динамики концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе г. Шелехова

Диоксид азота (Ы02)

Диоксид азота, так же как и диоксид серы и ряд других веществ, является продуктом сгорания топлива и поступает в атмосферный воздух в ос новном от источников теплоэнергетики. Логичным является тот факт, что в зимние месяцы выбросы от этих источников максимальны, а за счет неблагоприятных метеорологических условий и концентрации должны быть значительными. Однако анализ усредненных данных показал, что в весенний период (апрель) концентрации диоксида азота превышают зимние концентрации (рис. 4). Это объясняется тем, что весной приток солнечной радиации увеличивается, как следствие, фотохимические процессы окисления оксидов азота до диоксидов ускоряются, а выбросы остаются на уровне зимних месяцев. В июле значения концентраций нередко превышают зимние, причиной чего являются также вышеописанные процессы.

Рис. 4. Динамика усредненных концентраций диоксида азота в декабре, апреле и июле на ПНЗ-1

Абсолютный максимум концентрации диоксида азота в декабре наблюдался на ПНЗ-3 в 2013 г. и составил 0,38 мг/м³ или 9,5 ПДК_с._с (рис. 5). В дни максимальных концентраций, по данным метеостанции г. Шелехова, отмечены штиль и дымка, благоприятствующая увеличению концентраций примеси и созданию вторичного загрязнения. Повторяемость штилей в декабре 2013 г. составила 42%. В отдельные дни декабря на территории области отмечалась минимальная температура воздуха - ниже -30°С [9]. Также в декабре на территории области сохранялась отрицательная аномалия осадков (40-60%) от нормы, следовательно, не было благоприятных условий для самоочищения атмосферы в этот период.

Максимальное значение концентрации диоксида азота в апреле наблюдалось в 2008 г. на ПНЗ-1 и составило 0,45 мг/м³ или 11,3 ПДК_с._с (рис. 6). По данным метеостанции г. Шелехова, этот максимум отмечался при штилевой погоде, повторяемость которой в апреле 2008 г. составила 48%. Также содержание диоксида азота в атмосфере зависит от целого ряда факторов, в том числе от интенсивности солнечной радиации, определяющей скорость протекания фотохимических реакций в атмосфере, которые приводят к образованию диоксида азота. Апрель 2008 г. характеризовался положительной аномалией температуры воздуха, которая составила 2,5°С. Осадков выпало ниже нормы, в большинстве дней месяца не было условий для самоочищения атмосферы [4].

Рис. 5. Динамика максимальных концентраций диоксида азота в декабре, апреле и июле на ПНЗ-3

Рис. 6. Динамика максимальных концентраций диоксида азота в декабре, апреле и июле на ПНЗ-1

В июле максимум диоксида азота зафиксирован на ПНЗ-1 в 2008 г., который составил 0,22 мг/м³, что превысило ПДК_с._с в 5,5 раза (см. рис. 6). По данным метеостанции г. Шелехова, этот максимум наблюдался при штилевой погоде. Повторяемость штилей в июле 2008 г. составила 30%. Аномалия температуры - +2°С, в отдельные дни июля воздух прогревался до +30…+37°С. Отмечались высокие ночные температуры, средний минимум за месяц превысил средние многолетние значения на 1-3°С [4]. Высокая температура, отсутствие ветра и осадков привели к возникновению пожаров, которые внесли дополнительный вклад в загрязнение воздушного бассейна города диоксидом азота.

Оксид углерода (СО)

Анализ динамики концентраций оксида углерода в атмосферном воздухе г. Шелехова за период 2008-2013 гг. проводился по данным с ПНЗ-3 (на ПНЗ-1 отбор проб для определения концентрации оксида углерода не проводится).

Рис. 7. Динамика усредненных концентраций оксида углерода в декабре, апреле и июле на ПНЗ-3

Максимальные концентрации оксида углерода наблюдаются в декабре (рис. 7), единственным годом, выбивающимся из общей тенденции, является 2008 г., когда концентрации в июле превышали зимние значения. В этот период свой вклад в загрязнение внесли природные источники загрязнения, а именно пожары.

В декабре максимальное значение концентрации оксида углерода отмечалось в 2010 г. и составило 14 мг/м³, или 4,7 ПДК_с._с (рис. 8). В рассматриваемый месяц наблюдалась контрастная погода - в начале декабря местами отмечались оттепели интенсивностью до +2°С, в середине месяца установилась морозная погода с минимальной температурой воздуха - 25… - 30°С. Средняя месячная температура воздуха оказалась ниже многолетней на 3-9°С [6]. Повторяемость штилей в декабре 2010 г. составила 60%.

Рис. 8. Динамика максимальных концентраций оксида углерода в декабре, апреле и июле на ПНЗ-3

В апреле максимум концентрации оксида углерода отмечен в 2008 г. - 8 мг/м³, или 2,7 ПДК_с._с (см. рис. 8). Апрель 2008 г. характеризовался положительной аномалией температуры воздуха, которая составила 2,5°С. Осадков, способствующих самоочищению атмосферы, выпало ниже нормы [4].

В июле максимум концентрации оксида углерода также наблюдался в 2008 г. и составил 8 мг/м³ (2,7 ПДК_с._с) (см. рис. 8). Наряду с выбросами вредных веществ от промышленных предприятий и автотранспорта способствовать увеличению концентраций оксида углерода могут лесные пожары. Как уже было отмечено ранее при анализе динамики концентраций диоксида азота, аномалия температуры в июле 2008 г. составила +2°С, в отдельные дни июля воздух прогревался до +30…+37°С. Отмечались высокие ночные температуры, средний минимум за месяц превысил многолетние значения на 1-3°С [4].

Пыль

Среди всех рассмотренных месяцев наиболее часто превышения ПДК_с.с наблюдаются в апреле (рис. 9). Это объясняется тем, что к массе пыли от промышленных объектов добавляются выбросы от автотранспорта и частицы дорожной пыли. В зимние месяцы большая часть взвешенных веществ и пыли оседает на снежном покрове, в весенние месяцы, при таянии снега, они подхватываются ветром и циркулируют в атмосфере вместе с воздушными потоками.

Рис. 9. Динамика усредненных концентраций пыли в декабре, апреле и июле на ПНЗ-1

Абсолютный максимум концентраций пыли в декабре за период 20082013 гг. был отмечен на ПНЗ-3 в 2013 г. (данные за декабрь на ПНЗ-1 отсутствуют) и составил 0,6 мг/м³ (4 ПДК_с._с) (рис. 10). Анализ метеорологических условий декабря 2013 г. был дан ранее при описании динамики концентраций диоксида азота (по данному веществу также отмечен максимум в данный период). В целом данный период можно охарактеризовать как неблагоприятный для самоочищения в связи с частой повторяемостью штилей, дымкой, малым количеством осадков.

Рис. 10. Динамика максимальных концентраций пыли в декабре, апреле и июле на ПНЗ-3

В апреле максимум концентрации пыли наблюдался в 2008 г. на ПНЗ-1 и составил 1,5 мг/м³, или 10 ПДК_с._с (рис. 11). Апрель 2008 г. характеризовался положительной аномалией температуры воздуха, которая составила 2,5°С. Осадков выпало ниже нормы (до 70%), в большинстве дней месяца не было условий для самоочищения атмосферы [4].

Рис. 11. Динамика максимальных концентраций пыли в декабре, апреле и июле на ПНЗ-1

В июле максимальные значения концентрации пыли отмечены на ПНЗ- 3 в 2008 г. - 0,8 мг/м³, что превысило ПДК_с._с в 5,3 раза (см. рис. 10). Максимальные концентрации пыли летом обусловлены выбросами промышленных предприятий, автотранспорта, переносом дорожной пыли, которая в летние месяцы вместе с воздушными потоками циркулирует в атмосфере, лесными и торфяными пожарами.

Рассмотренные выше вещества являются типичными загрязнителями атмосферы, содержащимися в выбросах практически всех промышленных предприятий, а также транспорта. На пунктах наблюдения за загрязнением атмосферы, расположенных на территории г. Шелехова, проводятся наблюдения также за специфическими загрязняющими веществами, характерными составляющими выбросов алюминиевой промышленности.

Из специфических загрязняющих веществ для анализа были выбраны фтористый водород и твердые фториды.

Твердые фториды

За рассмотренный шестилетний период наиболее часто превышение установленных гигиенических нормативов для твердых фторидов наблюдается в декабре и апреле, в июле превышение было отмечено один раз (на основе усредненных данных) (рис. 12).

Рис. 12. Динамика усредненных концентраций твердых фторидов в декабре, апреле и июле на ПНЗ-3

Что касается абсолютных концентраций, в декабре максимум концентраций твердых фторидов наблюдался в 2008 г. на ПНЗ-1 и составлял 0,06 мг/м³, или 6 ПДК_с._с (рис. 13). Максимум концентрации твердых фторидов в зимний период связан с промышленными выбросами Иркутского алюминиевого завода в совокупности с большой повторяемостью неблагоприятных метеорологических условий. Среди таких неблагоприятных условий отмечались туман и штиль. Повторяемость штилей в декабре 2008 г. составила 71%. В течение декабря было несколько периодов резкого похолодания, когда после прохождения холодных фронтов температура воздуха понижалась до -30… - 40°С, вследствие этого средняя температура воздуха в декабре оказалась ниже многолетних значений на 0,5-2,0°С. Осадков, способствующих самоочищению атмосферы, выпало меньше нормы [4].

В апреле максимальное значение концентрации твердых фторидов наблюдалось в 2008 г. на ПНЗ-1 и составило 0,06 мг/м³, что превысило норматив ПДК_с._с в 6 раз (см. рис. 13).

Рис. 13. Динамика максимальных концентраций твердых фторидов в декабре, апреле и июле на ПНЗ-1

В июле максимум концентрации твердых фторидов был зафиксирован в 2013 г. на ПНЗ-3 и составил 0,05 мг/м³, или 5 ПДК_с._с (рис. 14). В июле 2013 г. средняя месячная температура воздуха была около многолетних значений. Наблюдалась отрицательная аномалия осадков (60%) от нормы. Также на 2013 г. пришелся максимум выбросов от промышленных предприятий города, составивший 35 тыс. т.

Рис. 14. Динамика максимальных концентраций твердых фторидов в декабре, апреле и июле на ПНЗ-3

Стоит указать, что максимумы декабря и апреля были отмечены на посту, расположенном ближе к промышленной площадке Иркутского алюминиевого завода. В этом случае из общей картины выбивается июльский максимум, который был зафиксирован на ПНЗ-3, расположенном на северо - западе города. Однако это можно объяснить тем, что в июле, в день максимума, отмечалось усиление северо-западного ветра до 6 м/с, способствующего сносу загрязняющих веществ на ПНЗ-3.

Фтористый водород

Анализ усредненных концентраций фтористого водорода показал, что наиболее часто повторяются превышения установленных нормативов на ПНЗ-1 (рис. 15). В целом по двум постам было выявлено 33 случая превышения ПДК_с._с в июле, затем по частоте превышения отмечается декабрь (24 случая) и апрель (15).

Рис. 15. Динамика усредненных концентраций фтористого водорода в декабре, апреле и июле на ПНЗ-1

Максимум концентрации фтористого водорода в зимний период (декабрь) наблюдался на ПНЗ-1 в 2010 г. и составил 0,04 мг/м³ (7,4 ПДК_с._с) (рис. 16). Данный период являлся неблагоприятным для рассеяния примесей в атмосфере с точки зрения метеорологических факторов, характеристика которых была дана при анализе динамики концентраций оксида углерода.

Рис. 16. Динамика максимальных концентраций фтористого водорода в декабре, апреле и июле на ПНЗ-1

В апреле максимальное значение концентрации зафиксировано в 2010 г. на ПНЗ-3, равное 0,06 мг/ м³, или 11,4 ПДК_с._с (рис. 17). Отмеченное на метеостанции г. Шелехова усиление северно-западного ветра до 5 м/с в данный период обусловило снос загрязняющих веществ на ПНЗ-3, расположенный в этом направлении. В апреле на территории области фиксировалась отрицательная аномалия, которая составила 1,5-3,5°С. Во второй половине месяца в отдельные дни воздух прогревался до +20…+27°С. Осадков, способствующих самоочищению атмосферы, выпало меньше нормы [6].

В июле максимальное значение концентрации зафиксировано в 2010 г. на ПНЗ-3 и составило 0,04 мг/м³ (8,6 ПДК_с._с) (рис. 17). Максимум концентрации фтористого водорода в летний период также обусловлен мощными выбросами Иркутского алюминиевого завода и наличием северо-западного ветра скоростью до 5 м/с, благоприятного для переноса на дальние расстояния выбросов. К тому же осадков, способствующих самоочищению, выпало всего 40% от нормы.

Рис. 17. Динамика максимальных концентраций фтористого водорода в декабре, апреле и июле на ПНЗ-3

Выводы

загрязняющий атмосферный углерод

Исследование динамики концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе г. Шелехова за период с 2008 по 2013 г. показало, что наибольший уровень загрязнения по диоксиду серы, оксиду углерода отмечается в зимний период (декабрь) по причине выбросов объектов теплоэнергетики, работающих на полную мощность, а также неблагоприятных метеорологических условий, повторяемость которых в данный период на территории исследования максимальна. Максимальные концентрации пыли, диоксида азота фиксируются весной (апрель). Данный период, характеризующийся притоком большего количества солнечной радиации, благоприятен для процессов химического превращения оксидов азота в диоксиды. Что же касается пыли, то осевшие за зимний период на снежном покрове частицы в процессе оттаивания могут переноситься и циркулировать в атмосфере вместе с воздушными потоками, внося свой вклад в загрязнения наряду с промышленностью, автотранспортом и частицами дорожной пыли. По твердым фторидам максимальная концентрация была отмечена как в зимний период (декабрь), так и в весенний (апрель), однако в декабре при штилевых ситуациях, повторяемость которых высока, максимум отмечен на ПНЗ, расположенном ближе к промышленной зоне города; при разрушении зимнего антициклона и усилении скоростей ветра в апреле выбросы сносятся в направлении преобладающего ветра, и максимумы отмечаются уже на ПНЗ-3, расположенном в северо-западной части города.