Вестник МГТУ, 2021, Т. 24, № 2.

Вестник МГТУ. 2021. Т. 24, № 2. С. 190-201. DOI: https://doi.org/10.21443/1560-9278-2021-24-2-190-201 Введение В настоящее время актуализировалась проблема экологического состояния урбанизированных территорий. Основным фактором, определяющим экологическую обстановку в городе, является состояние атмосферного воздуха, так как воздушная среда - это транзитная система, состоящая из газообразных и взвешенных веществ, в составе которой часто содержатся тяжелые металлы и другие загрязняющие вещества (Boubel et al., 1994; Aydin et al., 2017; Popoola et al., 2018). В атмосферном воздухе тяжелые металлы находятся в форме органических и неорганических соединений в виде пыли и аэрозолей, а также в газообразном состоянии (ртуть Hg) ( Снежко и др., 2011). Поступая в атмосферу от антропогенных источников, они могут переноситься на значительные расстояния, перераспределяться, накапливаться в компонентах окружающей среды и значительно влиять на наземные и водные экосистемы. Наибольшее воздействие на атмосферный воздух в городах России оказывают промышленные предприятия (металлургические, горнодобывающие, химические, машиностроительные, теплоэнергетические и т. д.), а также автомобильный транспорт (Ревуцкая, 2008). Для северных и дальневосточных городов России ввиду климатических особенностей характерны длительные отопительные сезоны и преобладание угля или мазута в топливном балансе, что сказывается на общем объеме выбросов (до 90 %) от стационарных источников, сжигающих органическое топливо (Битюкова и др., 2011). Несмотря на обширную газификацию многих промышленных предприятий России, включая ТЭЦ, уголь и мазут все еще играют существенную роль в энергетике страны (Слуковский, 2020). Например, мазут активно используется в Мурманской области и Камчатском крае. По сравнению с угольными предприятиями теплоэнергетики мазутные ТЭЦ не создают столь сильную пылевую нагрузку на окружающую среду. При сжигании мазута совместно с дымовыми газами в атмосферу выбрасываются оксиды серы, углерода, диоксид азота, бенз(а)пирен, мазутная зола и продукты механического недожога топлива. Мазутная зола представляет собой сложную смесь, состоящую в основном из оксидов металлов (Ca, Mg, Fe, Na, Si, S, V, Ni) (Новоселов, 1983). Соединения ванадия и никеля являются элементами- индикаторами деятельности мазутных ТЭЦ (Smith, 1962; Zoller et al., 1973; Agrawal et al., 2008; Peltier et al., 2010). Так, в мазутной золе содержится 6-12 % V и 3-4 % Ni, концентрации остальных элементов аналогичны содержаниям в угольной золе (Сает и др., 1990). Согласно исследованиям (Singh et al., 2002) при сжигании мазутного топлива образуются твердые частицы размером от 1 до 2,5 мм, состоящие в основном из органического углерода, тяжелых металлов, нитритов и сульфатов. Чем меньше размер данных частиц, тем более они связаны с такими тяжелыми металлами, как Pb, Sn, Ni, Cr, V. Наибольшая доля (75-80 %) металлов содержится в частицах размером субмикронного диаметра; около 40 % металлов содержится в частицах размером 0,35 мкм. В работе (Jang et al., 2007) отмечено, что обогащение элементами Ni и V более выражено при меньшем размере частиц (с пиком значений при размере частиц 0,1 мкм). Аэрозоли свинца, меди, никеля и цинка состоят преимущественно из субмикронных частиц диаметром 0,5-1 мкм, а аэрозоли никеля, кобальта - из крупнодисперсных частиц (более 1 мкм) (Снежко и др., 2011). Пространственное распределение выбросов от предприятий теплоэнергетики и их влияние на окружающую среду зависит от множества факторов (состава сжигаемого топлива; высоты дымовых труб, через которые отходящие газы поступают в атмосферный воздух; климатических и метеорологических условий). Так, зона влияния соединений ванадия из атмосферы прослеживается на протяжении 15 км в направлении господствующих ветров при ширине ореола (зоны воздействия источника загрязнения) до 6 км. Степень концентрации металла в почвах в 7-10 раз выше фонового уровня (Сает и др., 1990). Техногенные соединения тяжелых металлов и других загрязняющих веществ от предприятий энергоблока, выпадающих с пылью или осадками на поверхность и водосборные площади озер, оказывают влияние на формирование химического состава поверхностных почв, вод и донных отложений водных объектов. Загрязнение почв и водных объектов происходит несколькими способами. Во-первых, прямое поступление некоторых металлов из атмосферы в природные объекты способствует значительному увеличению общей нагрузки данных металлов на изучаемые экосистемы. Во-вторых, кислотные атмосферные осадки могут усилить потоки металлов за счет их выщелачивания из минерального и органоминерального материала (например, почвы) далее в воду и отложения рек и озер (Steinnes, 1990). Например, повышенные относительно фона концентрации ванадия и никеля в почве г. Тель-Авива прослеживались на расстоянии до 7,5 км от электростанции "Рединг", работавшей на мазуте с конца 1930-х гг. до 2006 г. (Ganor et al., 1988). В конце 1980-х гг. в непосредственной близости от предприятия концентрация ванадия и никеля относительно чистых верхних горизонтов почв увеличилась в 13 раз. В мексиканском городе Саламанка (штат Гуанахуато) повышенное содержание ванадия (600 мг/кг) также связано с выбросами ТЭЦ, работающей на мазуте. Однако за городом, т. е. на условно фоновой территории, содержание этого металла в почве колебалось от 11 до 126 мг/кг и было связано в основном с природными факторами ( Hernandez et al., 2002). Кроме того, повышенные концентрации ванадия в почвах г. Саламанка повлияли на химический состав подземных вод, исследованных в зоне действия предприятия. В них были определены двукратные превышения этого металла по сравнению со средним фоновым значением, рассчитанным для удаленных от города районов 191