Материал: Комплексные проблемы техносферной безопасности. материалы Международной научно-практической конференции. Колодяжный С.А., Небольсин В.А

системами теплоснабжения / С.А. Сазонова // Вестник Воронежского института ГПС МЧС России. - Воронеж: Изд-во «ВИГПС МРФ по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий», 2016. - № 3 (20). - С. 51-56.

12.Грабауров В.А. Информационные технологии для менеджеров / В.А. Грабауров.

-М.: Изд-во «Финансы и статистика», 2001. - 368 с.

13.Сазонова, С.А. Управление гидравлическимим системами при резервировании и обеспечении требуемого уровня надежности /С.А. Сазонова //Вестник Воронежского института высоких технологий. - Воронеж: Изд-во «АНОО ВО Воронежский институт высоких технологий», 2016. - №1(16). - С. 43-45.

14.Сазонова, С.А. Разработка модели транспортного резервирования для функционирующих систем теплоснабжения / С.А. Сазонова // Вестник Воронежского института высоких технологий. - Воронеж: Изд-во «АНОО ВО Воронежский институт высоких технологий»,

2007. - № 2-1. - С. 48 - 51.

1ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет» 2ФГКВОУ ВПО «Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-

воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж)

E.A. Gidko1, E.S. Popova2

ENVIRONMENTAL INFORMATION SYSTEM AS A MAJOR FACTOR OF INCREASE OF EFFICIENCY OF USE OF PRODUCTION POTENTIAL OF ECONOMICALLY IMPOR-

TANT AND GEOLOGICHESKI DANGEROUS ENTERPRISES

In the article the questions of creation at the enterprise of environmental information systems in order to reduce the impact of operations on the environment. We consider the problem of the environmental system and the system of information security management in the enterprise

Key words: ecological system, information security, environmental system

1Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Voronezh state technical University»

2Federal State Official Military Educational Institution of Higher Professional Education Military Educational Research Centre of Air Force «Air Force Academy named after professor

N.E. Zhukovsky and Yu.A. Gagarin» (Voronezh)

УДК 504.054, 550.46

Д.В. Власов

ГЕОХИМИЧЕСКИЕ АССОЦИАЦИИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И МЕТАЛЛОИДОВ В ДОРОЖНОЙ ПЫЛИ ВОСТОЧНОЙ МОСКВЫ

Изучено содержание тяжелых металлов и металлоидов (ТММ) в дорожной пыли и ее отдельных фракциях (РМ1,

РМ1–10, РМ10–50, РМ>50) в Восточной Москве. Концентрации Cd и Sb в дорожной пыли примерно в 6 раз, а Sn, Zn, Cu, Mo, Pb, Ag, Bi и W – в 2,5-4 раза больше кларков верхней части континентальной земной коры. Элементный состав гранулометри-

ческих фракций пыли различен, содержание практически всех ТММ уменьшается при увеличении размера частиц. Для выделения парагенетических ассоциаций ТММ проведен кластерный и корреляционный анализы. Установлено, что чем меньше размер частиц, тем более специфичен их химический состав, отражающий геохимические особенности воздействия отдельных источников. Об этом свидетельствует уменьшение количества выявляемых парагенетических ассоциаций элемен-

тов с увеличением размера частиц: для РМ1 – 9, для РМ1–10 – 6, для РМ10–50 и РМ>50 – 5 ассоциаций Ключевые слова: загрязнение, городские ландшафты, дорожная пыль, тяжелые металлы и металлоиды

Одним из источников поступления частиц в атмосферу является дорожная пыль: движение автотранспорта приводит к выдуванию пыли с дорожного полотна, что обуславливает поступление около 37 % РМ10 (частиц диаметром менее 10 мкм), 15 % РМ2.5 (диаметром ме-

56

нее 2,5 мкм) и 3 % РМ1 (диаметром менее 1 мкм) от массы выбросов автотранспорта [1]. Мигрируя с ливневыми стоками, пыль оказывает негативное влияние на городские водные объекты путем увеличения доли взвешенного вещества и концентрации большинства тяжелых металлов и металлоидов (ТММ), полициклических ароматических углеводородов, солей и питательных веществ [2]. В виде сухих осаждений она поступает в городские почвы, способствуя их загрязнению. Анализ химического и изотопного состава пыли позволяет выявить основные источники поступления элементов в городскую окружающую среду [3].

Среди крупных индустриальных центров страны Москва является одним из самых загрязненных городов [4]. В Восточной части города сконцентрированы десятки крупных предприятий разных отраслей, которые наряду с автомагистралями являются основными источниками воздействия на городские ландшафты. Комплексные геохимические исследования Восточной Москвы (южной части Восточного округа) как примера промышленной части города были начаты в 1980-х гг. Е.М. Никифоровой и сотрудниками кафедры геохимии ландшафтов и географии почв географического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова в муниципальных районах Соколиная гора, Перово, Ивановское, Новогиреево, Вешняки, Новокосино и Косино-Ухтомский. За более чем 20-летний период накоплен значительный статистический материал и исследованы особенности миграции и многолетняя динамика накопления тяжелых металлов и металлоидов в разных компонентах ландшафтов [5].

Цель работы - определить источники ТММ в дорожной пыли Восточной Москвы и ее отдельных фракциях путем выявления парагенетических ассоциаций элементов.

Объект и методы исследования. Основной источник загрязнения ландшафтов Восточной Москвы - автотранспорт, поставляющий около 80 % суммарных выбросов, что несколько меньше по сравнению со средним их количеством в Москве (92 %) [6]. Стационарные источники техногенного воздействия сосредоточены в ряде промышленных зон: «Соколиная гора», «Прожектор», «Перово», «Руднево», «Косино-1» и «Косино-2».

Пробы пыли (n=16) отбирали пластиковыми щеткой и совком с поверхности дорожного полотна в трех повторностях в июле 2013 г. после пятидневного сухого периода (в скобках - точки отбора проб на рис. 1): на МКАД (3, 5, 8), ш. Энтузиастов (2, 16), Носовихинском ш. (4), Б. Косинской ул. (6), ул. Вешняковской (9, 11), Свободном проспекте (13), перекрестке Зеленого проспекта, улиц Перовской и Плеханова (15), Новогиреевской ул. (1), ул. Дмитриевского (7), перекрестке улиц Молдагуловой и Снайперской (10), Союзном проспекте (12), перекрестке улиц Металлургов и Мартеновская (14).

Для диспергирования образцов пыли применялось влажное растирание, затем гранулометрические фракции выделяли методом отмучивания [7], после чего полученные растворы фильтровали через мембранные фильтры с диаметром пор 0,45 мкм. Выделено 4 фракции частиц: ил (диаметр <1 мкм, РМ1), мелкая и средняя пыль (1-10 мкм, РМ1–10), крупная пыль

(10-50 мкм, РМ10–50), песок (50-1000 мкм, РМ>50). В полученных фракциях определялось со-

держание Ag, As, Be, Bi, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, Sn, Sr, Ti, V, W, Zn масс-

спектральным и атомно-эмиссионным методами во ВНИИ минерального сырья имени Н.М. Федоровского.

При обработке данных использовались следующие показатели: коэффициент обога-

щения Кe = (C / Cнорм)проба / (C / Cнорм)земн.кора, где C и Cнорм - содержание исследуемого и нормирующего (в данном случае - La) элементов соответственно в пробе или в земной коре;

суммарное обогащение Ze дорожной пыли поллютантами: Ze = ∑Ke–(n–1) при Ke > 1, где n - число элементов с Ke > 1 [8]. В качестве градаций экологической опасности для величины Ze использовались уровни: < 32 - неопасный, 32-64 - умеренно опасный, 64-128 - опасный, 128256 - очень опасный, > 256 - чрезвычайно опасный. Из-за существенных различий в оценках кларков элементов в верхней части континентальной земной коры [9] для дорожной пыли в качестве эталона сравнения для Ag, Cd и Mo использовались кларки [10], Bi, Co, Cu и V - [11], Sn - [12], As, Be, Cr, Fe, Mn, Ni, Pb, Sb, Sr, Ti, W и Zn - [13].

Результаты. Концентрации Cd и Sb в дорожной пыли Восточной Москвы примерно в

57

6 раз, а Sn, Zn, Cu, Mo, Pb, Ag, Bi и W - в 2,5-4 раза больше кларков верхней части континентальной земной коры. Близкие концентрации установлены для дорожной пыли других городов [14, 15]. В некоторых городах, где исследовались только РМ10 (например, в Цюрихе или испанской Жироне) содержание ТММ в пыли в несколько раз больше, чем в ВАО [16].

Рис. 1. Точки отбора проб пыли на дорогах Восточной Москвы

Элементный состав гранулометрических фракций дорожной пыли Восточной Москвы различен. Содержание практически всех элементов уменьшается при увеличении размера частиц. К фракциям песка и крупной пыли приурочены наибольшие содержания Ti и Sr, вероятно, из-за поступления обогащенных ими частиц из придорожных почв. Это также является причиной увеличения концентраций W, Cr, V, Fe и Mn в крупной пыли по сравнению с мелкой и средней.

Гранулометрические фракции дорожной пыли сильно отличаются друг от друга по величине суммарного обогащения ТММ и по химизму сформированных в них аномалий:

-РМ1 (Ze > 140, очень высокий уровень обогащения, очень опасный экологический уровень) - контрастные Ag-Cd-Sb-Zn-Sn-Cu и средне контрастные Pb-W-Bi-Mo аномалии;

-РМ1–10 (Ze 90-130, высокое обогащение с опасным экологическим уровнем) - контрастные Cd-Sb-Ag-Sn и средне контрастные Bi-Cu-Pb-Mo-W аномалии;

-РМ10–50 (Ze 50-80, средневысокое обогащение с умеренно-опасным экологическим уровнем) - контрастные Cd-Sb и слабоконтрастные Cu-Mo-Zn-Sn-W аномалии;

-РМ>50 (Ze 30-40, средний уровень обогащения с умеренно-опасным экологическим уровнем) - слабоконтрастные Cd-Sb-Mo-Sn-Cu аномалии.

Для выделения геохимических ассоциаций совместного нахождения химических элементов в дорожной пыли и в ее гранулометрических фракциях проведен кластерный и корреляционный анализы. В пыли в целом было выделено четыре геохимические ассоциации:

Ti-Sr; Sb-Bi; V-Mn-Fe-Co-Cr-Ni-As; Cd-Sn-W (рис. 2). Не ассоциируются Pb, Be, Cu, Mo, Zn,

Ag. В РМ1 выявлено девять ассоциаций элементов: Be-As; V-Fe; Cr-Ag; Ni-Cu; Mo-Sb; Ti-Co; Zn-W; Mn-Cd; Sn-Bi-Pb. Практически все они биэлементные, в большинстве из них связи между отдельными ТММ не очень интенсивны (r = 0,4-0,7). С увеличением размера частиц число ассоциаций уменьшается, однако увеличивается количество входящих в них элементов и возрастает интенсивность связи между отдельными ТММ внутри ассоциаций (усилива-

58

ется ассоциативность). Так, в РМ1–10 выделено четыре биэлементные, одна триэлементная и одна полиэлементная ассоциации (Be-Cd; Sn-Bi; Ag-Sb; Cu-Mo; Co-Ni-As; Ti-V-Cr-Fe-Mn-Sr),

в РМ10–50 - две биэлементные и три полиэлементные (Cu-Mo; Ni-As; Be-Ti-Sr-W; V-Mn-Fe- Co; Cr-Sb-Sn-Bi-Ag-Cd), в РМ>50 - три биэлементные и две полиэлементные ассоциации (BeAg; Mo-W; Sr-Cd; Ti-V-Mn-Co-Fe-Cr-Ni; Zn-Sb-As-Bi).

Рис. 2. Дендрограммы данных о содержании ТММ в гранулометрических фракциях дорожной пыли. Метод наиболее удаленных соседей, мера сходства 1–r

59

Различие между гранулометрическими фракциями в ассоциациях может быть связано с разницей в интенсивности поступления той или иной фракции от комплекса источников. По-видимому, чем меньше размер частиц, тем более специфичен их химический состав, отражающий геохимические особенности воздействия отдельных источников, и наоборот, чем крупнее частицы, тем более сложен их состав, определяемый целым спектром различных воздействий. Об этом свидетельствует уменьшение количества выявляемых парагенетических ассоциаций элементов с увеличением размера частиц: для РМ1 - 9, для РМ1–10 - 6, для

РМ10–50 и РМ>50 - 5 ассоциаций.

Парагенетические ассоциации во фракциях пыли индицируют главные источники поступления ТММ: Be и As - абразию асфальтового покрытия, Cu и Ni - износ тормозных механизмов, Zn, W, Cr, Ag, V и Fe - истирание шин, легированных поверхностей и дорожной разметки, Sn, Bi, Pb, Sb, Mo - эмиссию частиц машинного масла и атмосферных выбросов сжигания топлива, Ti и Co - выдувание частиц почв и абразию дорожного покрытия.

Изучение обогащенности гранулометрических фракций дорожной пыли ТММ финансировалось Российским научным фондом (проект № 14-27-00083), исследование ассоциаций ТММ в дорожной пыли и ее гранулометрических фракциях – Русским географическим обществом (договор №04/2017-И).

Литература

1.Chen, J. Determination of road dust loadings and chemical characteristics using resuspension / J. Chen, W. Wang, H. Liu, L. Ren // Environmental Monitoring and Assessment. - 2012. - V.

184.- P. 1693-1709.

2.Zhao, H. Risk assessment of heavy metals in street dust particles to a stream network / H. Zhao, C. Yin, M. Chen, W. Wang // Soil and Sediment Contamination. - 2009. - V. 18. - P. 173-

3.Ладонин, Д.В. Изотопный состав свинца в почвах и уличной пыли Юго-Восточного административного округа г. Москвы / Д.В. Ладонин, О.В. Пляскина // Почвоведение. - М.: Изд-во «ФГУП «Академический научно-издательский производственно-полиграфический и книгораспространительный центр «Наука», 2009. - № 1. - С. 106-118.

4.Битюкова, В.Р. Интегральная оценка экологической ситуации городов России / В.Р. Битюкова // Региональные исследования. - Смоленск: Изд-во «ОУ ВО «Смоленский гуманитарный университет», 2014. - № 4. - С. 49-57.

5.Касимов, Н.С. Геохимия ландшафтов Восточной Москвы: монография / Н.С. Касимов, Д.В. Власов, Н.Е. Кошелева, Е.М. Никифорова. - М.: Изд-во «Организация ООО «Издательство АПР, 2016. - 276 с.

6.Доклад о состоянии окружающей среды в городе Москве в 2013 году. - М.: ООО

«ЛАРК ЛТД», 2014. - 222 с.

7.Вадюнина, А.Ф. Методы исследования физических свойств почв / А.Ф. Вадюнина, З.А. Корчагина. - М.: Изд-во «Агропромиздат», 1986. - 416 с.

8.Власов, Д.В. Геохимия дорожной пыли (Восточный округ г. Москвы) / Д.В. Власов, Н.С. Касимов, Н.Е. Кошелева // Вестник Моск. ун-та. Сер. 5, геогр. - М.: Изд-во «ФГБОУ ВО «Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова», 2015. - № 1. - С. 23-33.

9.Касимов, Н.С. Кларки химических элементов как эталоны сравнения в экогеохимии / Н.С. Касимов, Д.В. Власов // Вестник Моск. ун-та. Сер. 5, геогр. - М.: Изд-во «ФГБОУ ВО «Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова», 2015. - № 2. - С. 7-17.

10.Rudnick, R.L. Composition of the continental crust / R.L. Rudnick, S. Gao // Treatise on geochemistry. - The Crust. - Elsevier Sci., 2003. - Vol. 3. - P. 1-64.

11.Hu, Z. Upper crustal abundances of trace elements: A revision and update / Z. Hu, S. Gao // Chemical Geology, 2008. - V. 253. - P. 205-221.

12.Wedepohl, K.H. The composition of the continental crust / K.H. Wedepohl // Geochimi-

60