THE ANALYSIS OF AIR POLLUTION BY VOLATILE ORGANIC COMPOUNDS IN THE ROADSIDE SPACE OF ASTANA CITY

Abstract


The main ecological problem in each city is the atmospheric pollution and traffic noise. Since 1998 the city, after the capital of Kazakhstan was moved from Almaty to Astana, begun to grow rapidly. New buildings, entertainment and cultural centers are being built; the number of vehicles increases. Exhaust gases accumulate in the surface layer of the atmosphere, representing risk to human health. Currently, studies of roadside pollution in Astana are limited to heavy metals. While the need to consider other pollutants, such as volatile organic compounds (about 150 priority pollutants), is becoming more popular. The aim of thesis is the identification and quantification of major volatile organic exhaust substances in the atmosphere of the city. Identification of contaminants in the air samples was carried out by gas chromatography with mass spectrometric detection. Concentrations of substances increased in direct proportion to the intensity of vehicular traffic. The highest concentration of identified volatile organic compounds observed in central city areas. The received data analysis is the scientific basis for the practical recommendations in assortment of green spaces, resistant to exposure to toxic components of traffic fumes. Improvement of the capital air space will benefit the biomedical dimension of sustainable development.

Основным недостатком любого крупного города является загрязненность ат- мосферы и транспортный шум [3]. С переносом столицы Казахстана в Астану город стремительно меняется и всесторонне развивается. Строятся новые здания, развлекательные и культурные центры, растет численность населения города, и вместе с этим увеличивается количество транспортных средств. Вклад автотран- спорта в общее загрязнение атмосферы составляет 40-50% [2]. Выхлопные газы накапливаются в приземном слое атмосферы (до 2 м), представляя опасность для здоровья населения [4].Главная причина загрязнения автотранспортом кроется в неравномерном и неполном сгорании топлива. На движение автомобиля приходится всего 15%, остальные 85% попадают в атмосферный воздух. Камеры сгорания двигателя ав- томобиля синтезируют ядовитые вещества. Даже атмосферный азот при попада- нии в камеру сгорания трансформируется в токсичные окислы азота. В выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания содержится более 170 вредных компонен- тов, 160 из которых - производные углеводородов. Состав выхлопных газов за- висит от рода применяемого топлива, присадок и масел, режима работы двига- теля, его технического состояния, условий движения автомобиля. Крупные ча- стицы отработавших газов (диаметром больше 1 мм) оседают на поверхности почвы и растений, аккумулируются в верхнем слое почвы. Мелкие частицы (ди- аметром меньше 1 мм), образуя аэрозоли, переносятся воздушными массами на большие расстояния [4]. Выбрасываемые в атмосферный воздух газы и аэрозоли обладают высокой реакционной способностью; возникающие при сгорании то- плива пыль и сажа могут проникнуть в организм человека через органы дыха- ния [2].Присутствие углеводородов в выхлопных газах автомобилей объясняется не- однородностью смеси в камерах сгорания, у стенок которых происходит гашение пламени и обрыв цепных реакций. Пары бензина также являются токсичными93Вестник РУДН, серия Экология и безопасность жизнедеятельности, 2016, № 3углеводородами. Их содержание увеличивается при дросселировании, работе двигателя в режимах принудительного холостого хода. При этом ухудшается пе- ремешивание топливовоздушного заряда, снижается скорость сгорания, возни- кают пропуски, как следствие ухудшения воспламенения. Углеводородные соеди- нения, обладая отравляющими свойствами, воздействуют на центральную нерв- ную систему, вызывают раздражение слизистых оболочек, представляют угрозу нормальному развитию растений и животных, способствуют образованию смога. Высокотоксичные летучие органические соединения, включающие широкий перечень кетонов, альдегидов, спиртов, ароматических углеводородов, в насто- ящий момент наименее изучены [1].Целью исследования является определение содержания летучих органических веществ (ЛОС) в составе атмосферного воздуха придорожного пространства го- рода Астаны.Анализ воздействия ЛОС на компоненты окружающей природной среды го- рода, выявление ландшафтно-геохимических закономерностей их миграции по- зволит предложить ассортимент зеленых насаждений, устойчивых к загрязнению придорожного пространства. Разработка указанных мероприятий будет способ- ствовать устранению антропогенных негативных воздействий на окружающую среду. Оздоровление воздушного пространства столицы благоприятно отразится на медико-биологической составляющей устойчивого развития страны.Материалы и методы исследованияДля исследования было отобрано 16 проб воздуха на восьми точках города Астаны; координаты точек отбора проб представлены в табл. 1. Отбор проб воз- духа осуществлялся в виалы объемом 20 мл (HTA, Италия) с обжимными алюми- ниевыми крышками и ультрачистыми прокладками из тефлона/силикона (Sun-Sri, США).Координаты точек отбора проб воздухаТаблица 1Точка отбораСШВД151,12747271,402679251,15688371,435837351,147547571,4096848451,15801271,441788551,17702171,426491651,19339871,412109751,15010571,425301851,133501171,4190346Идентификация исследуемых загрязнителей в пробах воздуха проводилась методом газовой хроматографии в сочетании с масс-спектрометрическим детек- тированием (ГХ-МС). По завершении анализа в режиме сканирования ионов его повторяли в режиме мониторинга выбранных ионов (молекулярные ионы по- тенциальных аналитов 78, 91, 106 а.е.м.). Калибровка масс-спектрометрического детектора осуществлялась методом твердофазной микроэкстракции (ТФМЭ). Приготовление калибровочного раствора осуществлялось с добавлением мета-94Мейрамкулова К.С., Чекушева Д.В. Анализ содержания летучих органических соединений...нола в три этапа. Все подготовленные стандартные образцы были приготовлены и проанализированы в трех параллелях.Погодные условия при проведении отбора воздуха:температура воздуха - 8-10 °C,переменная облачность,давление - 736 мм рт. ст.,скорость ветра - 36 м/с, западный,время отбора проб - с 11:00 до 15:00.Результаты и их обсуждениеВ исследованных образцах воздуха, отобранных на восьми точках г. Астаны, были обнаружены такие соединения как 2-метил гексадекан, тетрадекан, 2-метил додекан и нонаналь. Результаты скрининговых исследований приведены в табл. 2.Идентифицированные соединения в образцах воздухаТаблица 2СоединениеВремя удерживания, мин.Точка отбора12345678Площадь пика, a.u. x 10-32-метил гексадекан22,8н/он/он/о5510483н/он/оТетрадекан24,4н/он/он/он/о13399н/он/о2-метил додекан24,42618н/о91н/он/он/он/оНонаналь24,829н/он/о105192104359184Примечание: н/о - не обнаружено.Полученные хроматограммы в режиме выбранных ионов были проинтегри- рованы для определения площадей пиков. Наиболее высокотоксичными состав- ляющими выхлопных газов автомобилей являются бензол, толуол, этилбензол и о-ксилол (БТЭК). Соединения БТЭК были идентифицированы с помощью ин- дивидуальных времен удерживания и ионным спектрам. Полученные калибро- вочные графики были линейными, концентрации стандартных добавок были в диапазоне 20-200 мкг/м3 для бензола и толуола и 2-20 мкг/м3 для этилбензола и о-ксилола с коэффициентами корреляции R2 > 0,99 (табл. 3).Результаты калибровки ГХ-МСТаблица 3АналитВремя удерживания, мин.Диапазон концентраций, мкг/м3R2Отрезок, отсекаемый на оси YТангенс угла наклона, ×10-3, м3/мкгБензол8,720-2000,99373008,5Толуол9,920-2000,99529004,0Этилбензол11,12-200,99091003,0о-Ксилол11,92-200,99431409,5Хроматограммы проб воздуха обеспечивали высокую эффективность разде- ления пиков аналитов (рисунок). Концентрации бензола, толуола, этилбензола и о-ксилола находились в диапазоне от 5 до 20, от 6 до 40, от 3 до 36 и от 7 до54 мкг/м3, соответственно (табл. 4).95Вестник РУДН, серия Экология и безопасность жизнедеятельности, 2016, № 3Рис. Хроматограмма пробы воздуха, отобранная в точке № 1: пики: 1 - бензол (5 мкг/м3), 2 - толуол (6 мкг/м3),3 - этилбензол (4 мкг/м3), 4 - o-ксилол (9 мкг/м3)Концентрации аналитов в пробах воздухаТаблица 4Точка отбораКонцентрация, мкг/м3БензолТолуолЭтилбензоло-Ксилол15±0,046±0,33±0,18±125±0,76±0,73±0,37±0,9316±0,37±0,14±0,47±0,8410±0,115±0,69±217±0,6519±435±727±641±10620±240±536±654±9712±318±310±0,822±2812±0,0419±0,0612±0,924±3Наименьшие концентрации аналитов наблюдались в слабозастроенных рай- онах города, наибольшие - в районах интенсивного движения транспортных средств (проба № 6 - район автовокзала г. Астаны, проба № 5 - проспект Богенбай батыра). В этих же районах зафиксировано превышение максимально разовых предельно-допустимых концентраций для этилбензола (ПДКм.р = 0,02 мг/ м3).Таким образом, можно заключить, что концентрации летучих органических соединений в атмосферном воздухе придорожного пространства непосредствен- но связаны с интенсивностью движения автотранспорта в городе. Для разработ- ки мероприятий по минимизации негативного воздействия ЛОС на компоненты среды и здоровье населения, необходимо дальнейшее изучение закономерностей эколого-геохимической миграции веществ в почве, растениях, грунтовых водах.

K S Meiramkulova

L.N. Gumilev Eurasian National University

Satpaev str., 2, Astana, Kazakhstan, 010000

D V Chekusheva

L.N. Gumilev Eurasian National University

Satpaev str., 2, Astana, Kazakhstan, 010000

Views

Abstract - 50

PDF (Russian) - 35


Copyright (c) 2016 Мейрамкулова К.С., Чекушева Д.В.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.