4.5. Определение поступлений химических элементов

МИНИСТЕРСТВО ЭКОЛОГИИ И ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ
РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН
ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ЭКОЛОГИИ И НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ
АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ОЦЕНКА АЭРОТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПРИРОДНЫХ СРЕД
ХИМИЧЕСКИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ
МОНИТОРИНГА СНЕЖНОГО ПОКРОВА
Казань 2010
-2-
Разработан:
Институтом проблем экологии и
недропользования АН РТ
Научный руководитель:
к.г.н. А.Т. Горшкова
Ответственный исполнитель:
к.т.н. А.Р. Валетдинов
Исполнители:
Ф.А. Исхаков
к.г.н. А.П. Шлычков
к.х.н. Р.К. Валетдинов
инж. исследователь Ф.Р. Валетдинов
Утверждены - приказом Министра экологии и природных ресурсов Республики Татарстан
от 26.02.2010 г. № 131
Введены в действие с 1 марта 2010 г.
Отзывы и замечания просьба направлять по адресу: 420087 Казань, ул. Даурская, 28 Институт проблем экологии и
недропользования АН РТ, тел. 298-56-10, t-mail: gorshkova_asiya@mail.ru.
-3-
СОДЕРЖАНИЕ
Введение ……………………………………………………………………………………………….
4
1. Область применения ……………………………………………………………………………….
4
2. Определения………………………………………………………………………………………...
4
3. Общие положения…………………………………………………………………………………..
4
4. Основные этапы мониторинга снежного покрова ……………………………………………….
4
4.1. Отбор проб снега………………………………………………………………………………….
4
4.2. Определение массы поступления снега на обследуемую территорию………………………..
7
4.3. Определение концентраций химических элементов в пробах снега………………………….
4.4. Определение поступлений химических элементов
(водорастворимые формы) на снежный покров…………………………………………………….
4.5. Определение поступлений химических элементов (водонерастворимые формы)
в составе пыли на снежный покров…………………………………………………………………..
5. Экологическая оценка загрязненности снежного покрова химическими элементами………...
5.1. Оценка интенсивности реального загрязнения снежного покрова химическими
9
элементами……………………………………………………………………………………………...
10
13
14
14
5.2. Оценка реальной загрязненности снежного покрова химическими элементами…………….. 15
5.3. Содержание химических элементов в атмосферном воздухе………………………………….
16
5.4. Оценка интенсивности загрязнения почв………………………………………………………..
16
Литература……………………………………………………………………………………………...
17
Термины и определения……………………………………………………………………………….
18
-4-
Введение
В соответствии со статьей 6 Федерального закона от 10.01.2002 г. №7-ФЗ
«Об охране окружающей среды», Положением о Министерстве экологии и
природных ресурсов Республики Татарстан, утвержденным постановлением
Кабинета Министров Республики Татарстан от 06.07.2005 г. № 325 «Вопросы
министерства экологии и природных ресурсов Республики Татарстан»
(в редакции постановления Кабинета Министров Республики Татарстан от
14.12.2009 г. № 855),
Основная цель разработки настоящих методических рекомендаций –
обеспечить сбор и анализ обоснованной статистической информации об уровне
загрязнения снежного покрова химическими элементами.
Для этого методические рекомендации содержат алгоритмы: обработки
данных мониторинга снежного покрова и интегральной оценки уровня
загрязнения снежного покрова химическими элементами.
Вводятся взамен "Методических рекомендаций по мониторингу снежного
покрова тяжелыми металлами", утвержденных приказом Министра экологии и
природных ресурсов Республики Татарстан от3 марта 2005 года, №142.
1. Область применения
Настоящие методические рекомендации устанавливают порядок проведения
снегомерной съемки, расчета показателей комплексной оценки и
классификацию загрязненности снежного покрова химическими элементами.
Методические рекомендации могут быть использованы для получения
комплексной информации о химическом составе загрязнения химическими
элементами снежного покрова, атмосферного воздуха и почв.
Методические рекомендации предназначены для использования в организациях
и учреждениях при выполнении научно-исследовательских и прикладных работ.
2. Определения
В настоящих методических рекомендациях применяют термины и определения,
изложенные в приложении 1.
3. Общие положения
3.1. Методические рекомендации позволяют комплексно оценить степень
загрязнения химическими элементами снежного покрова, атмосферного воздуха
и почв.
3.2. Метод расчета комплексных показателей позволяет формализовать
процессы расчета, обобщения, анализа и оценки информации о загрязнении
снежного покрова, атмосферного воздуха и почв и представить в удобном виде
для практического применения.
4. Основные этапы мониторинга снежного покрова
4.1. Отбор проб снега
4.1.1. Время отбора
Отбор проб снега производится однократно в конце зимнего периода
перед началом снеготаяния. В условиях РТ – это конец февраля – первая
половина марта.
4.1.2. Выбор пунктов наблюдений
В пределах города отбор проб снега производится на участках с
ненарушенным снежным покровом у промышленных предприятий, тепловых
-5-
электростанций и т.п., в жилых кварталах города, парках, скверах, садах, у
транспортных магистралей (не ближе 50 м), у пунктов отбора проб
атмосферного воздуха. Отбор проб снега осуществляется на характерных
участках ландшафта. Точки отбора проб снега должны быть равномерно
распределены по исследуемой территории из расчета 1 проба на 1 км2. При
детальном обследовании загрязнения снежного покрова вне пределов городской
застройки или при наличии группы интенсивных источников, сосредоточенных
на одной промышленной площадке, когда источники вместе можно условно
рассматривать как точечные, отбор проб снега производится по 8 румбам на
расстоянии 1, 2, 5, 10, 15 и 30 км от границы промышленной зоны, причем один
из румбов должен совпадать с преобладающим направлением ветра. В акте
отбора пробы снега дается краткое описание места отбора и отмечается точка на
маршрутной карте. Например, рис. 1.
Урахча
Х
Камский
Дон-Урай
Анатыш
Николаевка
Покровское
Р
Й
У
К
А
с к и й
Б е л ь
н
з а т о
Н
И
Л
И
Щ
Тукай
Рыбная Слобода
Е
Черепашье
З А Л И
В
У
С
Т
Гремячка
Красный Яр
Ь
Ш
Е
Е
Камская ПМК (нежил.)
Щ
Ы
Ш
Б
Й
М
И
Н
С
К И
Й
Ш
Е
У
И
В
К
К
О
И
Булдырь
Е
Н
Русские Сарсазы
Суворовка
Подколок
В
Березовка
Р
х
о
Галактионово
ш
а
Старошешминск
А
Ш
Чистополь
Е
Ш
Бол. Толкиш
Б
Мал. Толкиш
о
Байтеряково
Б а х т а
л .
Чистопольские Выселки
Утяково
О
Красный Яр
М
Данауровка
Сред. Толкиш
у р .
К у ш н
а
Фиков Колок
г
Лебяжье
Каратаевка
к
Речное
Змиево
Д
л
Кубассы
Саконы
А
О
Ачи
Мал.Полянка
Л
а
С
Старое Иванаево
Степная Шентала
Т
о
к
л
и
ш
к
а
Агрокультура
а
К
Алексеевское
р
Сахаровка
Кармалы
Елантово
Исляйкино
Б
Белая Гора
х
т
а
а
Кулмакса
Ш е
н
т
м
л а
а
ш
Б
е
.
Уракчы Старое Ромашкино
Ш
л
Кзыл-Ялан
а
о
Сосновый Ключ
Кутлушкино
Бол.-Красный Яр
Горшково
Татарский Толкиш
Кзыл-Мая
Изгары
Янга-Урал
Русское Адельшино(нежил.)
Сред.Тиганы
Чулпан
Русский Елтан
Акбулатово
а
г
а
н
а
Тат. Елтан
Ч
е
р
е
м
ш
Карасье Озеро
Савруши
а
Горка
Новошешминск
Русская Чебоксарка
м
Ниж.Тат.Майна
Александровка
Ишалькино
ш
Чувашский Елтан
Точки отбора проб снега
Ниж.Кондрата
у р . Е л х о в к а
е
Верх.Тат.Майна
Бол.Полянки
Татарское Алкино
Чудиновка
Благодаровка
Ш
Условные обозначения
Лесной
Простые Челны
н
Б
Русская Майна Верх.Кондрата Крещеный Елтан
а
Слобода Архангельская
С
Татарская Багана
Мордовская Багана
Баганинский Лесхоз
Ашняк
Красн.Баран
Тубылты тау
Чертушкино
Шахмайкино
Служилая Шентала
Березовка
Татарское Утяшкино
Ленино
Азеево
Каргали
Бахта
Татарское Адельшино
Ниж.Тиганы
Бол.Тиганы
Тубулга Тат. Сарсаз
е к
и н
е с
ь
Мал.-Красный Яр
Нарат-Елга
Кзыл-Болгар
Четыре Двора
Сосновка
Ивановка
Арбузов Баран
Рис. 1. Точки отбора проб снега в Чистопольском районе
Места отбора проб снега описываются в таблице. Например, табл. 1.
Таблица 1
Места отбора проб снега на территории г. Казани в 2001 г.
Дата
№
пробы
Места отбора проб снега
Квадрат
на карте
1.
Ул. Техническая, 100м к югу от АЗС
Л-8
2.
Во дворе гор. больницы № 5, к востоку
от здания
К востоку от здания речного порта, 50м
от дороги, в посадке
К-8
4.
К-7
К-во
кернов
Масса
пробы
Высота
снеж.
покрова
-6-
4.1.3. Снегоотборник
Снегоотборник представляет собой пластиковую трубу (длина в
пределах 800-1000 мм) с определенным диаметром (в пределах 80-100 мм),
снабженную дополнительно для предотвращения потерь снега в процессе
отбора уплотняющим снежную массу поршнем. Нижний конец снегоотборника
фальцуется для облегчения вхождения его в снежный покров, а по внешней
поверхности наносится градуировка в см для определения высоты снежного
покрова [1].
4.1.4. Отбор пробы
В каждой точке отбирается одна объединенная проба, состоящая из
суммы единичных проб (кернов) снега. Количество кернов определяется на
месте, исходя из обязательного условия получения общего объема одной пробы
не менее 2,5 – 3 литров талой воды. Керны отбираются на расстоянии 5-10
метров друг от друга и располагаются по углам “треугольника” или “конверта”.
Оптимальное количество кернов для одной пробы – 3-5.
При отборе пробы снегоотборник вдавливается на полную глубину
снежного покрова, снежная масса уплотняется поршнем, снегоотборник
извлекается из снежного покрова, нижняя торцовая поверхность керна
тщательно очищается от грунта и растительных включений и снежная масса
выдавливается поршнем в полиэтиленовый пакет. Фиксируется количество
кернов, вес пакета со снегом, высота снежного покрова по шкале
снегоотборника. Оптимальные сроки отбора проб снега в условиях Республики
Татарстан – в течение марта месяца.
Отобранные пробы доставляются в теплое помещение, пересыпаются из
пакетов в полиэтиленовые ведра, растапливаются при комнатной температуре и
переливаются в 5-литровые пластиковые бутыли, на которые наносится
маркировка пробы. Бутыли со снеговой водой передаются на анализ в
аккредитованную химическую лабораторию.
4.1.5. Фильтрование снеговой воды
Предварительная обработка проб снега заключается в фильтровании,
после чего отфильтрованная талая вода (фильтрат) и взвешенное вещество на
фильтрах подвергаются дальнейшей обработке и анализу.
Фильтрование снеговой воды производится под вакуумом с
использованием фарфоровых воронок Бюхнера диаметром 80 мм и приемных
колб Бунзена вместимостью 1 л. Фильтровальная бумага – обеззоленные
фильтры “белая лента” диаметром 70 мм. Фильтры предварительно
взвешиваются и нумеруются.
Вакуум создается водоэжекторным насосом, питаемым водяным
циркуляционным насосом типа “Агидель” и контролируется вакуумметром.
Одновременно фильтруется 10-15 проб. Для подключения 15 фильтровальных
установок собирается “гребенка”, имеющая 15 газовых краников с штуцерами
под вакуумные резиновые шланги.
Для определения химических элементов в снеговой воде необходим 1 л
фильтрата. Поэтому фильтрованию подвергается лишь необходимая часть
снеговой воды, порядка 1,5 л. Избыточное количество снеговой воды
декантируется и сливается на хранение в пластиковые бутыли. Фильтрат
накапливается в отдельной пластиковой бутыли. Мерным цилиндром
измеряются объемы фильтрата и сдекантированной снеговой воды.
-7-
Осадок полностью переносится на фильтр, сажеобразные частицы, осевшие на
стенки бутыли смываются снеговой водой. Фильтр с осадком сворачивается и
укладывается на чашку Петри. В случае прорыва фильтра, на него укладывается
вторая бумажная мембрана и фильтрование продолжается. При прекращении
фильтрации вследствие закупорки пор, фильтр заменяется и фильтрование
продолжается. В этих случаях дальнейшей обработке подлежат обе
фильтровальные мембраны вместе. Осадок высушивают на воздухе и
определяют массу осадка (воздушно-сухого), взвешивая его на аналитических
весах.
Воздушно-сухой осадок используют для определения химических
элементов, массовую концентрацию которых пересчитывают на навеску
абсолютно-сухого осадка.
4.2. Определение массы поступления снега на обследуемую территорию
Инвентаризация проб.
Все сведения о снежном покрове заносятся в таблицу (Например, табл.
2.)
Из данных о массе снега в пробе (столбец 4) и количества кернов
(столбец 3) рассчитывается поступление снега на 1 м2 территории в месте
отбора проб за период от даты установления снежного покрова до даты взятия
пробы.
Порядок расчета поступлений снега следующий:
при диаметре керна 9,5 см:
площадь 1 керна - (3,14 • 9,52) : 4 = 70,8 см2
количество кернов на 1 м2 - 100 см • 100 см : 70,8 = 141,2 шт./м2
масса пробы • кол-во кернов в 1м2
поступление снега =
кол-во кернов
Полученные таким образом значения поступлений снега за n дней
(столбец 6) приводятся к продолжительности залегания снежного покрова в 150
дней (5 мес.) или 30 дней ( 1 месяц).
Таблица 2
Поступление снега на территорию г. Казани в 2001 г.
(дата установления снежного покрова – 05.11.2000 г., диаметр керна – 9,5 см)
Дата
взятия,
№№
пробы
Места отбора проб снега,
квадрат на карте
1
05.03.08
1
05.03.08
2
10.03.08
18
2
Кол-во
кернов,
шт.
Масса
пробы
снега,
кг
Продолжительность
залегания,
в днях
Поступление
снега
кг/м2•
n дн.
3
4
5
6
В сквере, 30 м от
ост. “пл. Вахитова”, К-8
Во дворе больницы №5, Л-8
2
2,2
120
155
2
2,4
120
169
Ул. Авангардная, двор
д/сада, Л-8
и т.д.
4
2,9
125
102,4
-8-
4.2.1. Определение общей массы поступления снега
Поступление снега на обследуемую территорию определяется как
произведение среднего поступления на 1 м2 на общую площадь.
Наглядно
распределение
снега
на
обследуемой
территории
иллюстрируется на графике распределения по массе поступлений снега (рис. 2).
Из графика можно определить максимальные и минимальные поступления
(запасы) снега, характер их распределения, общий запас снега на всей
обследованной территории.
460
440
420
400
380
360
340
320
300
280
260
240
Масса снега, кг/м2
220
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101111121131141151161171181191201211221231241
Места проб в упорядоченном ряду
50
0
25
100
Обследованная площадь, км2
50
150
75
Рис. 2. Распределение по массе поступлений снега на территории г. Казани
за 3,5 месяца зимнего периода 2001 г.
200
100%
-9-
4.2.2. Построение графиков распределения по массе поступлений снега
Для построения графиков используется мастер диаграмма программы EXCEL
(электронные таблицы).
Последовательность действий:
- заполнение столбца со значениями поступлений снега;
- сортировка его по возрастанию значений;
- вызов мастера диаграмм;
- выбор типа диаграммы – график;
- ввод наименований оси X и оси Y.
4.3. Определение концентраций химических элементов в пробах снега
4.3.1. Общие положения
При обработке и анализе проб следует руководствоваться РД 52.04.186-89 [2].
Концентрации химических веществ, в снеге и талой воде, чрезвычайно низки по сравнению,
например, с поверхностными водами. Поэтому при проведении работ по анализу химических
элементов в пробах снега следует соблюдать особую тщательность и аккуратность при
аналитических и вспомогательных операциях. Все реактивы и посуда, используемые при
анализе химических элементов, должны проверятся на их присутствие.
4.3.2. Аппаратура, посуда, реактивы, необходимые при подготовке и анализе проб
[3,4]
1. Атомно-абсорбционный спектрометр с пламенной и электротермической
атомизацией (ААС).
2. Весы аналитические ВЛР-200.
3. Шкаф сушильный лабораторный с терморегулированием.
4. Плитка электрическая.
5. Цилиндр мерный 1-1000, ГОСТ 1770.
6. Воронка лабораторная В-75-110ХС, ГОСТ 25336.
7. Колба мерная 2-50, ГОСТ 1770.
8. Пипетка мерная 1-2-2-5, ГОСТ 25336.
9. Стакан химический термостойкий Н-1-250 ТС.
10. Пробирка химическая П1-21-200.
11. Эксикатор.
12. Стаканчик для взвешивания (бюкс), СВ-19/9, ГОСТ 25336.
13. Фильтры бумажные обеззоленные “белая лента”, диаметром 7 см.
14. Кислота азотная концентрированная, марки ОСЧ (плотность 1,42 г/см3).
15. 0,1 М азотная кислота, ОСЧ (7,0 мл концентрированной азотной кислоты
растворить в 1 дм3 бидистиллированной воды).
16. Соляная кислота концентрированная, марки ОСЧ.
17. Кальций хлористый безводный.
18. Государственные стандартные образцы (ГСО) металлов.
19. Вода бидистиллированная.
20. Ацетилен в баллонах.
21. Воздух сжатый.
4.3.3. Предварительная подготовка водной фазы проб к анализу
1 литр профильтрованной снеговой воды упаривают почти досуха в фарфоровых
чашках в электрообогреваемой воздушной камере, не допуская сильного кипения и
разбрызгивания. Одновременно упаривается до 30 проб.
В чашку с влажным осадком приливают 20 мл 0,1 М азотной кислоты и полученный
раствор фильтруется и переносится в мерную колбу объемом 50 мл. Чашка ополаскивается
неоднократно небольшими количествами 0,1 М азотной кислоты, которые так же
- 10 -
переносятся в мерную колбу. Объем раствора в колбе доводится до метки промывными
водами. Полученный аналитический образец переливается в 50 мл аптечный флакон,
нумеруется и передается в лабораторию для анализа.
4.3.4. Предварительная подготовка водонерастворимой фазы проб к анализу
Навеску осадка m растворяют в смеси концентрированных азотной и соляной кислот
(1:3) при нагревании до слабого кипения в течение 3-4 часов, раствор фильтруют, переносят
в мерную колбу на 50 мл и доводят до метки промывной водой. Полученный аналитический
образец переливается в 50 мл аптечный флакон, нумеруется и передается в лабораторию для
анализа.
4.3.5. Определение содержания химических элементов
Содержание металлов определяют методом атомно-абсорбционной спектроскопии с
пламенной или электротермической атомизацией.
Концентрацию металла в твердой фазе снега (мг/кг) рассчитывают по следующей
формуле:
Стф= (См · 0,05) / 10-3 · m,
где m - масса абсолютно-сухого осадка, г;
См – концентрация иона металла в растворе, мг/дм3;
Концентрацию металла (Свф) в талой воде (мг/дм3) рассчитывают по следующей
формуле:
Свф= См · 50 / V,
где V - объем талой воды, упаренной для приготовления аналитического образца, дм3;
См – концентрация иона металла в растворе, мг/дм3;
4.3.6. Требования безопасности при пробоподготовке и анализе
При выполнении операций пробоподготовки и анализов необходимо соблюдать
требования техники безопасности при работе с химическими реактивами по
ГОСТ 12.4.021, 12.1.021.
Все работы проводить в вытяжном шкафу или под местной вытяжкой.
Электробезопасность при работах на ААС по ГОСТ 12.1.019.
При работах со сжатыми, сжиженными и растворенными газами соблюдать “Правила
устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением”, Гостехнадзор,
1970, ГОСТ 12.1.005.
4.4. Определение поступлений химических элементов
(водорастворимые формы) на снежный покров
Поступление химических элементов на снежный покров определяется как
произведение концентрации тяжелого металла в снеговой воде на массу снега в точке отбора
пробы. Составляется таблица исходных данных и конечных результатов. Например (табл. 3)
Таблица 3
Поступление меди (водорастворимые формы) на снежный покров
г. Казани с ноября 1999 по март 2000 гг. (мг/м2 • 5 мес.)
№ пробы
концентрация
запас снега,
Поступление Cu,
2
Cu, мг/л
кг/(м • 5 мес.)
мг/(м2 • 5 мес.)
1
0,017
150
2,55
2
0,009
173
1,56
5
0,02
174
3,48
среднее
- 11 -
Наглядно распределение поступления химических элементов на обследованную
территорию иллюстрируется на графиках распределения по массе поступлений для каждого
элемента.
На этих графиках на оси ординат откладываются поступления элемента на единицу
площади в течение зимнего сезона (мг/м2 • 5 мес.), а на оси абсцисс – места проб в
упорядоченном ряду, ранжированные по возрастанию массы. Параллельно оси абсцисс
проводятся оси, соответствующие обследованной площади (200 км2) и ось процентного
выражения. Пример – рис. 3.
На графиках приводятся также уровни “фоновых” предельно-допустимых
поступлений (табл. 4)
Предельно-допустимое поступление (ПДП) - это количество вещества (загрязнителя)
поступающего на определенную площадь в единицу времени в количествах, образующих
концентрации в талой воде, не превышающие установленные ПДК.
“Фоновое” ПДПр.х. рассматривается как произведение ПДК для вод рыбохозяйственных водоемов (мг/л) на средний (фоновый) максимальный запас снега по
многолетним наблюдениям (кг/м2 • 5 мес.). Для Казани – 170 кг/м2 • 5 мес.
Таблица 4
“Фоновые” предельно-допустимые поступления (ПДПр.х.)
химических элементов (водорастворимые формы) при запасе снега 170 кг/м2
элемент
1
Fe
Cd
Co
Mn
Cu
Ni
Pb
Cr
Zn
ПДКр.х., мг/л
2
0,1
0,005
0,01
0,01
0,001
0,01
0,06
0,02
0,01
ПДПр.х., мг/м2 • 5 мес
3
17
0,85
1,7
1,7
0,17
1,7
1,02
3,4
1,7
- 12 -
65
60
55
50
45
40
35
Поступление цинка,
мг/м2. 5мес.
30
25
20
15
10
“Ф онов ое ” пре д е ль но -д опус т им ое пос т упле ние ( ры б о -хоз. в од ое м ы )
5
0
1
16
31
46
61
76
91 106 121 136 151 166 181 196 211 226 241 256
М еста проб в упорядоченном ряду
50
0
25
100
Обследованная площадь, км2
50
150
200
75
100%
Рис. 3. Распределение по массе поступлений цинка (водорастворимые формы) на 1 м2
снежного покрова г. Казани за 5 месяцев зимнего периода 2000-2001 гг.
- 13 -
Для построения графиков используется компьютерная программа, описанная в
разделе 2.
Из этих графиков определяются:
- количество проб, в которых значения фактических поступлений ниже предельнодопустимых;
- проводится градация проб в зависимости от степени их загрязнения по отношению к
ПДПр.х.;
- определяется общая масса элемента, поступившего на обследованную территорию в
течение зимнего периода.
4.5. Определение поступлений химических элементов (водонерастворимые формы)
в составе пыли на снежный покров
4.5.1. Определение поступлений пыли
Поступление твердых осадков (пыли) на снежный покров за определенный период
времени определяется как произведение массы пыли в пробе на площадь шурфа
Ппыли = Ро / S • t,
где: Ро – масса пыли в пробе, г;
S – площадь шурфа (при отборе снеговой пробы снегоотборником равная площади
снегоотборника • на количество кернов), м2
t – время от начала установления устойчивого снежного покрова до момента отбора проб,
5 мес.
Для получения сопоставимых результатов необходимо использовать единую
продолжительность залегания снежного покрова, например, 5 месяцев или 150 дней. С этой
целью определяется поступление пыли за одни сутки и полученный результат умножается на
150 суток, т.е.:
Ппыли = Po / S • 150/ t, г/(м2 • 5 мес.)
Составляется таблица исходных данных и конечных результатов следующей формы:
Таблица 5
Поступление пыли на снежный покров г. Казани
с ноября 1999г по март 2000г (г/м2 • t мес.)
№ пробы
№ фильтра
масса
фильтра, г
масса
фильтра с
осадком, г
масса
осадка, г
количество поступление
кернов, шт.
пыли
г/(м2 · t)
среднее
Поступление пыли на снежный покров территории определяется как произведение
поступлений на единицу площади (м2) на общую площадь обследуемой территории.
4.5.2.Определение поступлений химических элементов (водонерастворимые формы) в
составе пыли на снежный покров
Поступление химических элементов (водонерастворимые формы) составе пыли на
снежный покров рассчитывается по формуле:
Пэл  Ппыли  С элемента ; г/(м2 · t 103) или мг/(м2 · t)
Сэлемента – концентрация элемента в пробе. мг/кг
Ппыли – поступление пыли, г/(м2 · t)
- 14 -
5. Экологическая оценка загрязненности снежного покрова химическими элементами
5.1. Оценка интенсивности реального загрязнения снежного покрова химическими
элементами
Интенсивность реального загрязнения снежного покрова (ИИРЗСп) химическими
элементами определяется по формуле [5].
РП
, 1/ t,
РПДПСп
где:
ИИРЗСП индекс интенсивности реального загрязнения снежного покрова
химическими элементами; 1/t, или превышение 1 ПДК/t;
РП – реальное поступление загрязняющего вещества на 1 м2 снежного покрова за период
времени t, мкг/(м2 · t);
t – продолжительность поступления загрязняющих веществ (сутки, месяц, зимний период,
год);
РПДПСп – реальное предельно-допустимое поступление загрязняющего вещества на
снежный покров – это поступление химических элементов в составе водорастворимых
химических соединений на снежный покров из атмосферного воздуха, вызывающее
повышение содержания химического элемента в 1 кг снега, размещенного на 1м 2 снежного
покрова, на 1 ПДК. Значения ПДК определяются в зависимости от вида водопользования
объектов, в которые поступают талые воды. Например, для рыбохозяйственных водных
объектов используются рыбохозяйственные ПДКр.х. Исходя из определения ПДК и РПДПСп
химических элементов, они имеют численно равные значения, отличаясь лишь размерностью
(табл. 6).
Таблица 6
Реальные предельно-допустимые поступления некоторых химических элементов на 1 кг
снега на 1 м2 депонирующей поверхности
ИИРЗСп
Химический
элемент
Cd
Fe
Mn
Cu
Ni
Pb
Cr
Zn
ПДКр.х.
мг/л
0.005
0.1
0.01
0.001
0.01
0.006
0.02
0.01
РПДПСп р.х.
мг/м2
0.005
0.1
0.01
0.001
0.01
0.006
0.02
0.01
ПДКх.п.
мг/л
0.001
0.3
0.1
1.0
0.1
0.03
0.05
1.0
ИИРЗСп используется для построения соответствующих карт (Рис. 4)
РПДПСп х.п.
мг/м2
0.001
0.3
0.1
1.0
0.1
0.03
0.05
1.0
- 15 -
Рис. 4. Интенсивность реального загрязнения снежного покрова РТ химическими
элементами (водорастворимые формы) в зимний период 2005-2006 гг., кратность
превышения 1 ПДПр.х./1 мес
5.2. Оценка реальной загрязненности снежного покрова химическими
элементами
С использованием ИИРЗСП можно определить реальную загрязненность снежного
покрова, равнозначную реальной концентрации загрязняющего вещества к его ПДК. Для
этого необходимо ИИРЗСП разделить на интенсивность поступления снега, фактически
выпавшего на исследуемую территорию за тот же период. По полученным данным строятся
соответствующие карты (Рис. 5)
Рис. 5. Реальная загрязненность снежного покрова РТ химическими элементами
(водорастворимые формы) в зимний период 2005-2006 г.г. Кратность превышения 1 ПДКрх
- 16 -
5.3. Содержание химических элементов в атмосферном воздухе
Содержание химических элементов в атмосферном воздухе вычисляется с
использованием корреляционной зависимости между поступлением химических элементов
на снежный покров инспектируемой территории за определенный период времени (г/(км2 ·
сут.) и концентрацией их в атмосферном воздухе, выраженной в виде уравнения [6].
Y = (0.0054X + 0.0041)
ВСП ср .год
ВСП ср . зим.
где:
Х – поступление химических элементов на инспектируемую территорию, г/(км2 · сут.);
Y – концентрация химических элементов в атмосферном воздухе мкг/м3;
ВСПср.год – среднегодовая высота слоя перемешивания атмосферного воздуха, для РТ –
700 м.
ВСПср. зим. – средняя за зимний период высота слоя перемешивания атмосферного
воздуха, для РТ с- 350 м.
5.4. Оценка интенсивности загрязнения почв
Интенсивности загрязнения почв на обследуемой территории химическими элементами
(ИЗП) вычисляется по формуле[7]:
ИЗП 
фактическое поступление мг /( м 2  t )
;1ПДПп / t
ПДПп , мг/м 2
где: t – продолжительность поступления загрязняющих веществ (сутки, месяц, зимний
период, год);
ПДПп – предельно-допустимые поступления химических элементов на почву в составе
водонерастворимых выпадений (пыли) из атмосферного воздуха на 1 м2 территории,
вызывающее повышение содержания химического элемента в 1 кг почвы на 1 ПДКп.
При плотности грунта 1 – 1,5 кг/дм3 1 кг грунта распределяется на 1 м2 территории
слоем 1 мм.
Исходя из определения ПДКп и ПДПп химических элементов они имеют численно
равные значения, отличаясь лишь размерностью (табл. 7)
Таблица 7
Предельно допустимые поступления некоторых химических элементов на почву
Химический элемент
Cd
Mn
Cu
Ni
Pb
Cr
Zn
ПДКп. мг/кг
0,5
1500
33
20
32
6
55
ПДПп мг/м2
0,5
1500
33
20
32
6
55
- 17 -
Из соотношения:
T  nt ;
если за 5 месяцев зимнего периода определен ИЗП = 0,6, время, потребное для достижения 1
ИЗП (1 ПДПп)
5 мес
 8,33 мес  0,69 лет .
0,6
При ИЗП за 1месяц равном 0,03
T
1мес
 56,5 мес.  4,7 года
0,03
При ИЗП за 5 мес. равном 0,003
T
T
5 мес.
1667 мес. 139 лет.
0,003
Литература
1. Патент РФ на полезную модель № 53436 "Снегоотборник", 19 июля 2005 г.
Патентообладатель: Институт экологии природных систем АН РТ. Авторы: Валетдинов А.Р.,
Валетдинов Р.К., Горшкова А.Т. // Опубликовано
Бюл. №13. - 10.05. 2006.
2. Руководящий документ РД 52.04.186-89. Руководство по контролю загрязнения
атмосферы.
3. ПНД Ф 14.1:2.22-95 Методика выполнения измерения массовой концентрации
ионов железа, кадмия, свинца, цинка и хрома в пробах природных и сточных вод методом
пламенной атомно-абсорбционной спектрометрии.
4. ПНД Ф 14.1:2:4.134-98 Методика выполнения измерения массовых концентраций
металлов (кадмия, меди, свинца, никеля, хрома, кобальта, железа, марганца, цинка,
алюминия и титана) в пробах питьевой, природной и сточной вод атомно-абсорбционным
методом с электротермической атомизацией.
5. Патент РФ на изобретение №2310844 от 01.02.07 «Способ оценки интенсивности
загрязнения снежного покрова» Патентообладатель: Институт экологии природных систем
АН РТ, авторы Валетдинов А.Р., Валетдинов Р.К., Валетдинов Ф.Р., Горшкова А.Т.,
Фридланд С.В., Шлычков А.П.// Опубликовано: 27.05.2008. Бюлл. №15.
6. Патент РФ на изобретение № 2285916 от 19.07.2005 "Способ определения
содержания тяжелых металлов в атмосферном воздухе". Патентообладатель: Институт
экологии природных систем АН РТ. Авторы: Валетдинов А.Р., Валетдинов Р.К., Горшкова
А.Т., Фридланд С.В., Шлычков А.П. // Опубликовано Бюлл. № 29 - 20.10.2006 г.
7. Патент РФ на изобретение № 2310844 от 23.11.2005 "Способ оценки интенсивности
загрязнения почв тяжелыми металлами", Патентообладатель: Институт экологии природных
систем АН РТ. Авторы: Валетдинов А.Р., Валетдинов Ф.Р., Горшкова А.Т., Фридланд С.В.,
Шлычков А.П.// Опубликовано: 20.11.2007. Бюлл. №32
- 18 -
Приложение 1
Термины и определения
1. Водорастворимые тяжелые металлы – тяжелые металлы в составе органических
и неорганических соединений растворенных в снеговой воде.
2. Водонерастворимые тяжелые металлы – тяжелые металлы в составе
органических и неорганических соединений нерастворимых в снеговой воде.
3. Предельно-допустимое поступление (ПДП) - количество вещества (загрязнителя)
поступающего на определенную площадь в единицу времени в количествах, образующих
концентрации в талой воде, не превышающие установленные ПДК.
4. “Фоновое” ПДПр.х. - произведение ПДК для рыбо-хозяйственных водоемов (мг/л)
на средний (фоновый) максимальный запас снега по многолетним наблюдениям
(кг/м2 • 5 мес.).
5. Реальное предельно-допустимое поступление загрязняющего вещества на
снежный покров (РПДПСп) – это поступление химических элементов в составе
водорастворимых химических соединений на снежный покров из атмосферного воздуха,
вызывающее повышение содержания химического элемента в 1 кг снега, размещенного на
1м2 снежного покрова, на 1 ПДК.
6. ПДПп – предельно-допустимые поступления химических элементов на почву в
составе водонерастворимых выпадений (пыли) из атмосферного воздуха на 1 м2 территории,
вызывающее повышение содержания химического элемента в 1 кг почвы на 1 ПДКп.