Динамика пылевой нагрузки и химического состава снегового покрова в районе расположения предприятий теплоэнергетики и коксохимии (на примере г. Кемерово)
- Авторы: Новикова В.Д.1, Таловская А.В.1, Язиков Е.Г.1
-
Учреждения:
- Национальный исследовательский Томский политехнический университет
- Выпуск: Том 336, № 3 (2025)
- Страницы: 193-207
- Раздел: Статьи
- URL: https://ogarev-online.ru/2500-1019/article/view/289730
- DOI: https://doi.org/10.18799/24131830/2025/3/4984
- ID: 289730
Цитировать
Полный текст
Аннотация
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 атомно-абсорбционной 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).
Об авторах
Валерия Дмитриевна Новикова
Национальный исследовательский Томский политехнический университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: vdk10@tpu.ru
аспирант отделения геологии Инженерной школы природных ресурсов
Россия, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30Анна Валерьевна Таловская
Национальный исследовательский Томский политехнический университет
Email: talovskaya@tpu.ru
ORCID iD: 0000-0002-2227-2221
доктор геолого-минералогических наук, профессор отделения геологии Инженерной школы природных ресурсов
Россия, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30Егор Григорьевич Язиков
Национальный исследовательский Томский политехнический университет
Email: yazikoveg@tpu.ru
ORCID iD: 0000-0002-7925-6249
доктор геолого-минералогических наук, профессор отделения геологии Инженерной школы природных ресурсов
Россия, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30Список литературы
- Сафонов С.А. Угольная промышленность. Загрязнение окружающей среды при улучшении качественных характеристик угля // Вестник науки и образования. – 2024. – № 3 (146). – С. 16–19.
- Systematic characterization of selenium speciation in coal fly ash / E. Garcia, P. Liu, S.E. Bone, Y. Wen, Y. Tang // Environmental Science: Processes & Impacts. – 2024. – Vol. 26 (12). – P. 2240–2249. doi: 10.1039/d4em00398e .
- A regional study to evaluate the impact of coal-fired power plants on lung cancer incident rates / O. Ige, I. Ratnayake, J. Martinez, S. Pepper, A. Alsup, M. McGuirk, B. Gajewski, D.P. Mudaranthakam // Journal of Cancer Epidemiology and Prevention. – 2024. – Vol. 2 (1). – 2348469. doi: 10.1080/28322134.2024.2348469.
- Vig N., Khaiwal R., Mor S. Environmental impacts of Indian coal thermal power plants and associated human health risk to the nearby residential communities: a potential review // Chemosphere. – 2023. – Vol. 341. – 140103. doi: 10.1016/j.chemosphere.2023.140103.
- Ревич Б.А. К оценке влияния деятельности ТЭК на качество окружающей среды и здоровье населения // Проблемы прогнозирования. – 2010. – № 4. – С. 87–99.
- Янин Е.П. Ртуть в пылевых выбросах промышленных предприятий. – М.: ИМГРЭ, 2004. – 24 с.
- Волох А.А. Опыт контроля за загрязнением атмосферного воздуха металлами и летучими органическими соединениями на городских и фоновых территориях // Геохимические исследования городских агломераций. – М.: ИМГРЭ, 1998. – C. 40–58.
- Bibliometric analysis on mercury emissions from coal-fired power plants: a systematic review and future prospect / Q. Liu, J. Gao, G. Li, Y. Zheng, R. Li, T. Yue // Environmental Science and Pollution Research. – 2024. – Vol. 31 (13). – P. 19148–19165. doi: 10.1007/s11356-024-32369-z.
- Fine particulate-bound arsenic and selenium from coal-fired power plants: Formation, removal and bioaccessibilit / Y. Huang, H. Hu, B. Fu, C. Zou, H. Liu, X. Liu, L. Wang, G. Luo, H. Yao // Science of the Total Environment. – 2022. – 823:153723. doi: 10.1016/j.scitotenv.2022.153723.
- Spatial distribution, environmental behavior, and health risk assessment of PAHs in soils at prototype coking plants in Shanxi, China: stable carbon isotope and molecular composition analyses / X. Liu, X. Tan, X. Li, Y. Cheng, K. Wang // Journal of Hazardous Materials. – 2024. – 468:133802. doi: 10.1016/j.jhazmat.2024.133802.
- Emission characteristics of PM2.5 and components of condensable particulate matter from coal-fired industrial plants / Y. Wu, Z. Xu, S. Liu, M. Tang, S. Lu // Science of the Total Environment. – 2021. – 796:148782. doi: 10.1016/j.scitotenv.2021.148782.
- Аэрозоли в природных планшетах Сибири / А.П. Бояркина, В.В. Байковский, Н.В. Васильев и др. – Томск: Изд-во ТГУ, 1993. – 157 с.
- Язиков Е.Г. Экогеохимия урбанизированных территорий юга Западной Сибири: дис. ... д-ра геол.-минерал. наук. – Томск, 2006. – 423 с.
- Measuring Pb isotope ratios in fresh snow filtrate refines the apportioning of contaminant sources in the Arctic / B. Astray, A. Šípková, D. Baragaño, J. Pechar, R. Krejci, M. Komárek, V. Chrastný // Environmental Pollution. – 2024. – Vol. 345. – 123457. doi: 10.1016/j.envpol.2024.123457.
- The content and sources of potentially toxic elements in the road dust of Surgut (Russia) / D. Moskovchenko, R. Pozhitkov, A. Soromotin, V. Tyurin // Atmosphere. – 2022. – Vol. 13 (30). – P. 1–19. doi: 10.3390/atmos13010030.
- Moskovchenko D.V., Pozhitkov R.Y., Soromotin A.V. Snow contamination by metals and metalloids in a polar town: a case study of Nadym, Russia // Archives of Environmental Contamination and Toxicology. – 2024. – Vol. 86. – P. 304–324. doi: 10.1007/s00244-024-01057-x.
- Dissolved and suspended forms of metals and metalloids in snow cover of megacity: partitioning and deposition rates in western Moscow / D. Vlasov, J. Vasil'chuk, N. Kosheleva, N. Kasimov // Atmosphere. – 2020. – Vol. 11 (9). – 907. doi: 10.3390/atmos11090907.
- Winter atmospheric deposition of trace elements in the Arkhangelsk region (NW Russia): Insights into environmental effects / D.P. Starodymova, E.I. Kotova, V.P. Shevchenko, K.V. Titova, O.N. Lukyanova // Atmospheric Pollution Research. – 2024. – Vol. 15 (12). – 102310. doi: 10.1016/j.apr.2024.102310.
- Минералого-геохимические особенности снежного покрова на антропогенно нарушенных территориях Надым-Пуровского междуречья (север Западной Сибири) / А.Ю. Опекунов, М.Г. Опекунова, С.Ю. Кукушкин, С.Ю. Янсон // Вестник Московского университета. – 2024. – Серия 5. География. – № 3. – С. 17–31. doi: 10.55959/MSU0579-9414.5.79.3.2.
- Анализ данных наблюдений аэрозольного загрязнения снегового покрова в окрестностях Томска и Северска / В.Ф. Рапута, А.В. Таловская, В.В. Коковкин, Е.Г. Язиков // Оптика атмосферы и океана. – 2011. – Т. 24. – № 1. – С. 74–78.
- Касимов Н.С. Экогеохимия городских ландшафтов / под ред. Н.С. Касимова. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1995. – 336 с.
- Таловская А.В., Филимоненко Е.А., Язиков Е.Г. Динамика элементного состава снегового покрова на территории северо-восточной зоны влияния Томск-Северской промышленной агломерации // Оптика атмосферы и океана. – 2014. – Т. 27. – № 6. – С. 491–495.
- Язиков Е.Г., Таловская А.В., Жорняк Л.В. Минералогия техногенных образований: учебное пособие для академического бакалавриата. – М.: Юрайт, 2016. – 160 с.
- Методы анализа данных загрязнения снегового покрова в зонах влияния промышленных предприятий (на примере г. Новосибирск / С.Б. Бортникова, В.Ф. Рапута, А.Ю. Девятова, Ф.Н. Юдахин // Геоэкология, инженерная геология, гидрогеология, геокриология. – 2009. – № 6. – С. 515–525.
- Артамонова С.Ю. Уран и торий в аэрозольных выпадениях г. Новосибирска и его окрестностей (Западная Сибирь) // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2020. – Т. 331. – № 7. – С. 212–223. doi: 10.18799/24131830/2020/7/2731.
- Леженин А.А., Ярославцева Т.В., Рапута В.Ф. Мониторинг аэрозольного загрязнения снежного покрова на основе наземной и спутниковой информации // Журнал Сибирского федерального университета. Техника и технологии. – 2016. – № 9 (7). – С. 950–959.
- Распоряжение Правительства РФ от 06.10.2021 N 2816-р. – М: Собр. законодательства РФ, 2021. – 6 с.
- Дудкина О.А., Минина В.И. Антропогенное загрязнение городов и его влияние на население Кемеровской области // Известия Самарского научного центра РАН. – 2011. – Т. 13. – № 5. – С. 255–258.
- Заболеваемость населения Кемеровской области раком лёгкого и раком желудка с 1996 г. по 2015 г. / С.А. Ларин, С.А. Мун, В.В. Браиловский, Ю.А. Магарилл, А.Н. Попов, Н.А. Ерёмина // Фундаментальная и клиническая медицина. – 2017. – № 2 (2). – С. 43–51.
- Некипелый В.Л., Немтина Н.И., Некипелая С.А. Геолого-экологическая карта города Новокузнецка и пригородной зоны: отчет по геолого-экологическим исследованиям города Новокузнецка и пригородной зоны, проведенным в 1993–96 гг. – Новокузнецк: Изд-во ТОО «Кузбассэкогеоцентр», 1998. – Т. 2. – 557 с.
- Загрязнение снегового покрова полициклическими ароматическими углеводородами и токсичными элементами на примере г. Новокузнецка / Н.В. Журавлева, Р.Р. Потокина, З.Р. Исмагилов, Е.Р. Хабибулина // Химия в интересах устойчивого развития. – 2014. – Т. 22. – № 5. – С. 445–454.
- Доклад о состоянии и охране окружающей среды Кемеровской области в 2020 и 2023 году. – Кемерово, 2023. URL: http://kuzbasseco.ru/doklady/o-sostoyanii-okruzhayushhej-sredy-kemerovskoj-oblasti/ (дата обращения 20.05.2024).
- Защита атмосферы при модернизации коксохимического завода / Б.Д. Зубицкий, В.Б. Ляпип, А.И. Гаус, В.Г. Назаров // Кокс и химия. – 1997. – № 4. – С. 37–39.
- Эколого-гигиенические проблемы городов с развитой химической промышленностью / А.П. Михайлуц, В.Н. Зайцев, С.В. Иванов, Б.Д. Зубицкий. – Новосибирск: ЦЭРИС, 1997. – 191 с.
- Журавлев Н.М., Клем-Мусатова И.К., Чурашев В.Н. Оценка влияния предприятий Сибири и Дальнего Востока на окружающую среду // Регион: Экономика и социология. – 2002. – № 4. – С.88–102.
- Геохимия снежного покрова в Восточном округе Москвы / Н.С. Касимов, Н.В. Кошелева, Д.В. Власов, Е.В. Терская // Вестник Московского университета. Сер. 5: География. – 2012. – № 4. – С. 14–24.
- Геохимия окружающей среды / Ю.Е. Сает, Б.А. Ревич, Е.П. Янин и др. – М.: Изд-во «Недра», 1990. – 335 с.
- Методические рекомендации по геохимической оценке загрязнения территории городов химическими элементами / Б.А. Ревич, Ю.И. Сает, Р.С. Смирнова, Е.П. Сорокина. – М.: ИМГРЭ, 1982. – 111 с.
- Методические рекомендации по оценке степени загрязнения атмосферного воздуха населенных пунктов металлами по их содержанию в снежном покрове и почве: утв. Гл. государственным санитарным врачом СССР от 15.05.1990 г., № 5174-90. – М.: ИМГРЭ, 1990. – 17 с.
- Шатилов А.Ю. Вещественный состав и геохимическая характеристика атмосферных выпадений на территории Обского бассейна: автореф. дис. … канд. геол.-минерал. наук. – Томск, 2001. – 24 с.
- Таловская А.В. Экогеохимия атмосферных аэрозолей на урбанизированных территориях юга Сибири (по данным изучения состава нерастворимого осадка снегового покрова): дисс. … д-ра геол.-минерал. наук. – Томск, 2022. – 373 с.
- Wedepohl K.H. The composition of the continental crust // Geochimica et Cosmochimica Acta. – 1995. – Vol. 59. – № 7. – P. 1217–1232. doi: 10.1016/0016-7037(95)00038-2.
- Rudnick R.L., Gao S. Composition of the continental crust // Treatise on geochemistry. – Elsevier Science. – 2003. – Vol. 3. – P. 1–64. doi: 10.1016/b0-08-043751-6/03016-4.
- Hu Z., Gao S. Upper crustal abundances of trace elements: a revision and update // Chemical Geology. – 2008. – Vol. 253 (3–4). – P. 205–221. doi: 10.1016/j.chemgeo.2008.05.010.
- Григорьев Н.А. Распределение химических элементов в верхней части континентальной коры. – Екатеринбург: Институт геологии и геохимии Уральского отделения РАН, 2009. – 383 с.
- Глазовский Н.Ф. Техногенные потоки вещества в биосфере // Добыча полезных ископаемых и геохимия природных экосистем. – М.: Наука, 1982. – С. 7–28.
- Глазовская М.А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов СССР. – М.: Высш. шк., 1988. – 328 с.
- Архив погоды в России // Архив погоды в Кемерово. URL: https://world-weather.ru/archive/russia/kemerovo/ (дата обращения 20.05.2024).
- Схема теплоснабжения города Кемерово до 2033 года (актуализация на 2020 год). Обосновывающие материалы. Глава 10 Перспективные топливные балансы. – Кемерово, 2020. URL: https://kemerovo.ru/sfery-deyatelnosti/gorodskoe-zhkkh/skhema-teplosnabzheniya-goroda-kemerovo-do-2033-goda (дата обращения 20.05.2024).
- Адлер Ю.А., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. – М.: Наука, 1976. – 140 с.
- Effects of aqueous-phase and photochemical processing on secondary organic aerosol formation and evolution in Beijing, China / W. Xu, T. Han, W. Du, Q. Wang, C. Chen, J. Zhao, Y. Zhang, J. Li, P. Fu, Z. Wang // Environmental Science & Technology. – 2017. – Vol. 51 (2). – P. 762−770. doi: 10.1021/acs.est.6b04498.
- Photochemical aqueous-phase reactions induce rapid daytime formation of oxygenated organic aerosol on the North China Plain / Y. Kuang, Y. He, W. Xu, B. Yuan, G. Zhang, Z. Ma, C. Wu, C. Wang, S. Wang, S. Zhang, J. Tao, N. Ma, H. Su, Y. Cheng, M. Shao // Environmental Science & Technology. – 2020. – Vol. 54. – № 7. – P. 3849–3860. doi: 10.1021/acs.est.9b06836.
- Spatiotemporal pattern of air quality index and its associated factors in 31 Chinese provincial capital cities / L. Xu, J. Zhou, Y. Guo, T. Wu, T. Chen, Q. Zhong, D. Yuan, P. Chen, C. Ou // Air Quality, Atmosphere & Health. – 2017. – Vol. 10. – P. 601–609. doi: 10.1007/s11869-016-0454-8.
- Spatial and temporal analysis of air pollution index and its timescale-dependent relationship with meteorological factors in Guangzhou, China, 2001–2011 / L. Li, J. Qian, C.-Q. Ou, Y.-X. Zhou, C. Guo, Y. Guo // Environmental Pollution. – 2014. – Vol. 190. – P. 75–81. doi: 10.1016/j.envpol.2014.03.020.
- Aeolian dust transport, cycle and influences in high-elevation cryosphere of the Tibetan Plateau region: new evidences from alpine snow and ice / Z. Dong, J. Brahney, S. Kang, J. Elser, T. Wei, X. Jiao, Y. Shao // Earth-Science Reviews. – 2020. – Vol. 211. – P. 103408. doi: 10.1016/j.earscirev.2020.103408.
- Improved 1 km resolution PM2.5 estimates across China using enhanced space-time extremely randomized trees / J. Wei, M. Li, W. Cribb, W. Huang, L. Xue, J. Sun, Y. Guo, J. Peng, A. Li, L. Lyapustin, H. Liu, Y. Wu // Atmospheric Chemistry and Physics. – 2020. – Vol. 20. – № 6. – P. 3273–3289. doi: 10.5194/acp-20-3273-2020.
- Su T., Li Z., Kahn R. Relationships between the planetary boundary layer height and surface pollutants derived from lidar observations over China: regional pattern and influencing factors // Atmospheric Chemistry and Physics. – 2018. – Vol. 18. – № 21. – P. 15921–15935. doi: 10.5194/acp-18-15921-2018.
- Глазунов В.Г. Анализ перспектив моделирования мезоклиматических различий мегаполиса и окружающей местности // Вестник МГУЛ – Лесной вестник. – 2000. – № 6. – C. 19–24.
- Проект нормативов предельно допустимых выбросов атмосферу для Кемеровской ГРЭС АО «Кемеровская генерация». – Кемерово: Кемеровская ГРЭС, 2016. – 268 с.
- Зубицкий Б.Д. Обоснование и разработка технологических процессов модернизации коксохимического производства в сложных экологических условиях (на примере ОАО «Кокс»: автореф. дисс. … канд. техн. наук. – Красноярск, 2000. – 22 с.
- Московченко Д.В., Пожитков Р.Ю., Соромотин А.В. Геохимическая характеристика снежного покрова г. Тобольск // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2021. – Т. 332. – № 5. – С. 156–169. doi: 10.18799/24131830/2021/5/3195.
- Чудинова О.Н., Норбоева С.Б. Оценка загрязнения снегового покрова в зоне воздействия объектов теплоэнергетики // Известия БГУ. – 2023. – № 1. – C. 121–129. doi: 10.17150/2500-2759.2023.33(1).121-129.
- Арбузов С.И. Металлоносность углей Сибири // Известия Томского политехнического университета. – 2007. – Т. 311. – № 1. – С. 77–83.
- Формы нахождения урана в углях и торфах Северной Азии / С.И. Арбузов, С.С. Ильенок, А.В. Волостнов, С.Г. Маслов, В.С. Архипов // Известия Томского политехнического университета. – 2011. – Т. 319. – № 1. – С. 109–115.
- Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Токсичные элементы-примеси в ископаемых углях. – Екатеринбург: УрО РАН, 2005. – 648 с.
- Методы анализа данных загрязнения снегового покрова в зонах влияния промышленных предприятий (на примере г. Новосибирск) / С.Б. Бортникова, В.Ф. Рапута, А.Ю. Девятова, Ф.Н. Юдахин // Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология. – 2009. – № 6. – С. 515–525.
- Онищук Н.А. Особенности современного режима снежного покрова и химический состав атмосферных осадков в южной части Иркутской области: автореф. дис. ... канд. географ. наук. – Казань, 2010. – 23 с.
- Янин Е.П. Ртуть в окружающей среде промышленного города. – М.: ИМГРЭ, 1992. – 169 с.
Дополнительные файлы
