Химический и минеральный состав снежного покрова на площадках снегонакопления города Улан-Удэ

Полный текст

Введение Проблема вывоза и утилизации снежной массы является характерной для природно-климатических условий большей части территории России и оказывает существенное влияние на безопасную работу транспорта и движение пешеходов. Другой важной проблемой является использование противогололедных реагентов для исключения обледенения дорожного покрытия [1]. В снежных массах с дорожных покрытий отмечено превышение предельно допустимых концентраций (ПДК) по содержанию тяжелых металлов в 1,5-330 раз, встречаются грубодисперсные вещества (мусор, песок, гравий, пластик, стекло), значительно содержание нефтепродуктов. В результате в 1,5-5 раз возрастает плотность снега: с 0,06-0,34 т/м3 до 0,3-0,5 т/м3 на придорожных территориях, что определяет трудности его уборки, складирования и ликвидации воздействия на городские ландшафты [2; 3]. Поскольку снежная масса, как правило, сильно загрязнена, специалисты предлагают обращаться с ней как с коммунальными отходами. Часть отходов от зимней уборки улиц включена в федеральный классификационный каталог отходов (ФККО)[84], к ним относятся отходы, образующиеся на станциях снеготаяния: отходы с решеток, осадки, отходы таяния снега с применением снегоплавильного оборудования. Указанные отходы относятся к 4-5 классам опасности, т.е. являются малоопасными и практически неопасными для окружающей среды. Следует отметить, что сам снег от уборки городской территории, как отход, не включен в ФККО, соответственно, класс его опасности не установлен. Снежные массы на площадках накопления хранятся около полугода: в среднем от установления снежного покрова в первой декаде ноября до конца апреля. К началу снеготаяния складированный снег представляет собой снежно-ледовое образование, которое становится источником загрязнения компонентов природной среды [4]. Разными исследованиями установлено, что при активном снеготаянии в окружающую среду поступают значительные количества поллютантов (пыль, сульфаты, хлориды, азотсодержащие соединения, катионы металлов и т.д.), которые влияют на поверхностные и подземные воды, загрязняют почвенный покров, оказывают негативное воздействие на биоту [5-9]. В некоторых странах, например в Беларуси, Казахстане, действуют нормативно-правовые документы, устанавливающие единые требования к уборке снежных масс с территории населенных пунктов, к выбору мест для складирования снега и их оборудованию[85]. В настоящее время в России подобные требования отсутствуют. Вопросы очистки автомобильных дорог от снега рассмотрены в отраслевом дорожном методическом документе, носящем рекомендательный характер[86], а организация площадок снегонакопления регламентирована санитарными правилами и нормами[87] в части их оборудования водонепроницаемым покрытием, обвалования сплошным земляным валом и рекомендацией по установке водосборных лотков по периметру площадок и локальных очистных сооружений. Площадки снегонакопления должны быть организованы вне зон рекреационного назначения, детских игровых и спортивных площадок, водосборных территорий и вдали от источников нецентрализованного водоснабжения. В связи с этим целью настоящего исследования являлась оценка соответствия обустройства площадок снегонакопления на территории города Улан-Удэ санитарным и отраслевым нормам, а также изучение химического и минерального состава снега от уборки городских территорий, размещаемого на площадках снегонакопления в зимний период. Объекты и методы исследования Объектом исследования являлась площадка снегонакопления, расположенная на территории бывшей свалки коммунальных отходов пос. Стеклозавод в Советском районе г. Улан-Удэ. Свалка эксплуатировалась с 1960 по 2006 г. Общая площадь свалки составляет около 65 га, вместимость площадки снегонакопления - около 1200 м3 (рис. 1). Свалка расположена на расстоянии 2,5 км от р. Селенга. Площадка снегонакопления не оборудована водонепроницаемым покрытием, обваловкой по периметру и системой сбора ливневых стоков. Снег на площадке выгружается самосвалами, образуя серию естественных «насыпей». Отбор проб проводился из каждой «насыпи» в конце периода снегонакопления в марте 2024 г. Всего было сформировано 5 объединенных проб снега массой не менее 10 кг, каждая с охватом «насыпей» от 50 машин. Снег отбирался в промаркированные полиэтиленовые пакеты, таял при комнатной температуре в течение суток и далее фильтровался через фильтр «синяя лента». Полученный осадок высушивался, доводился до постоянной массы, взвешивался[88] [10-12]. Катионно-анионный состав снеговой воды определялся с помощью метода капиллярного электрофореза на приборе Капель-105М (г. Санкт- Петербург) в Центре коллективного пользования «Прогресс» Восточно- Сибирского государственного университета технологий и управления» (г. Улан-Удэ). Микрокомпонентный состав снеговой воды был установлен с помощью ISP MS на приборе NexION 300D (Perkin Elmer, США) в Проблемной научно-исследовательской лаборатории гидрогеохимии Инженерной школы природных ресурсов Томского политехнического университета (г. Томск). Рис. 1. Схема отбора проб на площадке снегонакопления Источник: составлено Т.В. Чередовой, О.Н. Чудиновой. Figure 1. Sampling scheme at the snow accumulation site Source: compiled by T.V. Cheredova, O.N. Chudinova. Химический состав твердого осадка снежного покрова определялся с помощью метода индуктивно-связанной плазмы на квадрупольном масс-спектрометре Agilent 7500 ce в Институте геологии и минералогии им. В.С. Соболева (г. Новосибирск). Морфологический и минеральный состав твердого осадка снежного покрова устанавливался на растровом электронном микроскопе LEO-1430VP (Carl Zeiss, Германия) с системой энергодисперсионного микроанализа INCA Energy 350 (Oxford Instruments, Великобритания) в режиме переменного давления (Variable Pressure, VP) в Центре коллективного пользования «Геоспектр» Геологического института им. Н.Л. Добрецова СО РАН (г. Улан-Удэ). Результаты и обсуждение Снеговые воды с площадки снегонакопления относятся к пресным, гидрокарбонатно-натриевым, с реакцией среды, близкой к нейтральной (см. формулу М.Г. Курлова): М0,24 НСО3 39 Cl33 SO4 27 pH6,7. Na47 Ca38 Mg14 Такой состав в целом не характерен для снеговых вод, отобранных на условно-фоновом участке, расположенном с северо-западной стороны на границе г. Улан-Удэ и Иволгинского района Республики Бурятия (пос. Сотниково) на расстоянии около 7 км от объекта исследования, принятого в рамках настоящей работы в качестве регионального фона. Снеговые воды, отобранные на условно-фоновом участке, были отнесены к ультрапресным, с низкими содержаниями основных катионов и анионов (табл. 1). Катионно-анионный состав снеговой воды с площадок снегонакопления близок к составу снеговой воды с загрязненных участков г. Иркутск. При этом снеговая вода г. Иркутск характеризуется повышенным содержанием ионов Na+ и Cl-, что связано с применением противогололедных препаратов в городе. На территории республики Бурятия применение химических реагентов для подсыпки дорог в зимний период запрещено. Превышение нормы ПДКрыб-хоз выявлено по нитритам - в 3,1 раза, фторидам - в 1,2 раза. Анализ микроэлементного состава снеговой воды с площадок снегонакопления (табл. 2) выявил значительные превышения (1,4-30,5 раза) норм ПДКрыб-хоз по Al, V, Mn, Fe, Cu, Zn, Mo, W, Hg. Содержание потенциально опасных химических элементов, для которых не установлены ПДКрыб-хоз, превышает региональные фоновые показатели в 1,3 (для Cr) - 15,5 (для Со) раза. Содержание U в снеговой воде с площадки снегонакопления превышает региональные фоновые значения в 108 раз. Таблица 1. Катионно-анионный состав снеговой воды на площадках снегонакопления г. Улан-Удэ, мг/л Наименование показателя Диапазон изменения концентраций Сmin-Cmax Среднее значение концентрации Cсред Условный фон (данные авторов 2021-2022 гг.) Содержание в снеговой воде г. Иркутск [13] ПДКрыб-хоз[89] рН 6,46-6,87 6,70 4,65 6,90 Сф* Взвешенные вещества, г/л 25,6-234,4 80,2 0,014 - Сф + 0,25 (0,75) Минерализация 144,47-392,32 246,36 17,86 536,55 - Cl- 24,82-63,82 40,07 1,09 254,07 300 NO2- 0,1-0,4 0,25 0,02 0,87 0,08 SO42- 26-64 44 4,20 35,00 100 NO3- 1,1-2,0 1,42 0,45 1,21 40 F- 0,5-1,0 0,9 0,05 0,45 0,75 НСО33- 48,81-134,24 80,54 7,74 45,38 - NH4+ 0,2-0,4 0,33 0,05 1,48 0,5 K+ 3,79-17,04 9,78 0,21 7,65 50 Na+ 10,79-63,09 29,47 0,75 168,90 120 Mg2+ 2,43-8,51 6,08 1,73 2,04 40 Ca2+ 18,04-32,06 27,66 1,60 19,50 180 Примечание. Сф - фоновая концентрация; жирным шрифтом выделены показатели, превышающие нормы ПДК. Источник: составлено Т.В. Чередовой, О.Н. Чудиновой. Table 1. Cation-anion composition of snow water at snow accumulation sites of Ulan-Ude, mg/l Indicator name Range of concentration variation Сmin-Cmax Average concentration value Cav Сonditional background (authors᾿ data 2021-2022) Content in snow water of the city of Irkutsk [13] MPC fish farming рН 6.46-6.87 6.70 4.65 6.90 Cb * Suspended substances, g/l 25.6-234.4 80.2 0.014 - Cb +0.25 (0.75) Mineralisation 144.47-392.32 246.36 17.86 536.55 - Cl- 24.82-63.82 40.07 1.09 254.07 300 NO2- 0.1-0.4 0.25 0.02 0.87 0.08 SO42- 26-64 44 4.20 35.00 100 NO3- 1.1-2.0 1.42 0.45 1.21 40 F- 0.5-1.0 0.9 0.05 0.45 0.75 НСО33- 48.81-134.24 80.54 7.74 45.38 - NH4+ 0.2-0.4 0.33 0.05 1.48 0.5 K+ 3.79-17.04 9.78 0.21 7.65 50 Na+ 10.79-63.09 29.47 0.75 168.90 120 Mg2+ 2.43-8.51 6.08 1.73 2.04 40 Ca2+ 18.04-32.06 27.66 1.60 19.50 180 Note. Cb - background concentration; indicators exceeding MPC norms are marked in bold Source: compiled by T.V. Cheredova, O.N. Chudinova. Таблица 2. Микроэлементный состав снеговой воды с площадок снегонакопления г. Улан-Удэ, мкг/л Наименование элемента Диапазон изменения концентраций (Сmin-Cmax) Среднее значение концентрации (Cсред) Условный фон (данные авторов 2021-2022) Содержание в снеговой воде г. Иркутск [13] ПДКрыб-хоз7 Al 42,79-135,04 82,55 84,5 2,33 40 V 1,38-4,34 2,48 0,71 2,44 1 Mn 244,47-371,09 304,83 9,90 36 10* Fe 103,52-183,62 142,65 47,50 49 100 Cu 8,36-19,18 15,85 3,60 7 1 Zn 8,04-39,53 21,79 27,10 40 10 Mo 4,94-21,77 11,19 0,32 0,7 1 W 1,45-5,87 3,43 0,25 - 0,8 Hg 0,02-0,08 0,046 0,03 0,0013 0,01 As 0,82-2,86 1,73 0,26 0,8 50 Co 2,20-3,63 2,48 0,16 0,77 10 Cr 2,28-3,74 2,78 2,22 0,4 20** Th 0,004-0,04 0,022 0,0049 0,01 - U 0,18-2,65 1,08 0,01 0,04 - Pb 0,08-0,22 0,13 0,31 0,5 6 Примечание. *ПДК указана для Mn2+; **ПДК указана для Сr6+ Источник: составлено Т.В. Чередовой, О.Н. Чудиновой. Table 2. Microelemental composition of snow water at snow accumulation sites of Ulan-Ude, μg/l Component name Range of concentration variation (Сmin-Cmax) Average concentration value (Cav) Сonditional background (authors᾿ data 2021-2022) Content in snow water of the city of Irkutsk [13] MPC fish farming Al 42.79-135.04 82.55 84.5 2.33 40 V 1.38-4.34 2.48 0.71 2.44 1 Mn 244.47-371.09 304.83 9.90 36 10* Fe 103.52-183.62 142.65 47.50 49 100 Cu 8.36-19.18 15.85 3.60 7 1 Zn 8.04-39.53 21.79 27.10 40 10 Mo 4.94-21.77 11.19 0.32 0.7 1 W 1.45-5.87 3.43 0.25 - 0,8 Hg 0.02-0.08 0.046 0.03 0.0013 0,01 Ending of the Table 2 Component name Range of concentration variation (Сmin-Cmax) Average concentration value (Cav) Сonditional background (authors᾿ data 2021-2022) Content in snow water of the city of Irkutsk [13] MPC fish farming As 0.82-2.86 1.73 0.26 0.8 50 Co 2.20-3.63 2.48 0.16 0.77 10 Cr 2.28-3.74 2.78 2.22 0.4 20** Th 0.004-0.04 0.022 0.0049 0.01 - U 0.18-2.65 1.08 0.01 0.04 - Pb 0.08-0.22 0.13 0.31 0.5 6 Note. * MPC specified for Mn2+; ** MPC specified for Сr6+ Source: compiled by T.V. Cheredova, O.N. Chudinova. Твердый осадок снежного покрова характеризуется равномерным минеральным составом, представленным более чем на 90 % минералами природного происхождения: кварцем, калиевым полевым шпатом, алюмосиликатами (плазиоклазы, эпидоты, хлориты), магнетитами (рис. 2, а). Свой вклад вносят минералы, входящие в состав гранитоидов Байкальского складчатого пояса (апатиты, цирконы, рутил). Встречаются также карбонаты, в том числе содержащие редкие земли, реликтовые минералы: циркон, ильменит и вторичные алюмосиликаты - хлорит и зерна самородного железа (табл. 3). Частицы техногенного характера встречаются единично, к ним относятся углеродистые структуры и сферулы, в основном магнетитового состава (рис. 2, б). Органические структуры встречаются тоже достаточно редко. Размер частиц твердого осадка снежного покрова достаточно крупный, в большинстве случаев от 40 до 300 мкм. Преобладающая форма частиц - обломки. а б Рис. 2. Общий вид (а): 1, 6 - плагиоклаз; 2 - ильменит; 3 - самородное железо; 4, 5 - магнетит; 7 - углеродистая частица; микросферулы (б): 1 - магнетит; 2 - апатит в составе твердого осадка снежного покрова с площадок снегонакопления Источник: составлено Т.В. Чередовой, О.Н. Чудиновой. Figure 2. General view (a): 1, 6 - plagioclase; 2 - ilmenite; 3 - nugget iron; 4, 5 - magnetite; 7 - carbonaceous particle and microspheres (б): 1 - magnetite; 2 - apatite in the composition of solid snow cover sediment from snow accumulation sites Source: compiled by T.V. Cheredova, O.N. Chudinova. Таблица 3. Минеральный состав твердых частиц нерастворимого осадка снежного покрова с площадок снегонакопления Минералы Наличие в твердом осадке снегового покрова Название Формула Кварц SiO2 +++ Плагиоклаз Na[AlSi3O8]×Ca[Al2Si2O8] +++ Биотит K(Mg, Fe)3[Si3AlO10][OH,F]2 Мусковит KAl2[AlSi3O10][OH]2 Хлорит (Mg,Fe)х(Al,Fe)хSiO10[OH]8 Калиевый полевой шпат (Na, K, Ca)[AlSi3O8] Самородное железо Fe +++ Магнетит FeO+Fe2O3 +++ Ильменит FeO+TiO2 ++ Сидерит FeCO₃ ++ Кальцит CaCO₃ ++ Анкерит CaFe²⁺(CO₃)₂ + Монацит (Ce,La)PO₄ + Рутил TiO₂ + Циркон ZrSiO4 + Апатит Са5[PO4]3(F, Cl) + Титанит CaTiSiO₅ + Углеродистые частицы С+примеси + Источник: составлено Т.В. Чередовой, О.Н. Чудиновой. Table 3. Mineral composition of particulate matter of insoluble snow cover sludge from snow accumulation sites Minerals Presence of snow cover in solid precipitation Name Formula Quartz SiO2 +++ Plagioclase Na[AlSi3O8]×Ca[Al2Si2O8] +++ Biotite K(Mg, Fe)3[Si3AlO10][OH,F]2 Muscovite KAl2[AlSi3O10][OH]2 Chlorite (Mg,Fe)х(Al,Fe)хSiO10[OH]8 Potassium feldspar (Na, K, Ca)[AlSi3O8] Nugget iron Fe +++ Magnetite FeO+Fe2O3 +++ Ilmenite FeO+TiO2 ++ Siderite FeCO₃ ++ Calcite CaCO₃ ++ Ankerite CaFe²⁺(CO₃)₂ + Monazite (Ce,La)PO₄ + Rutile TiO₂ + Zircon ZrSiO4 + Apatite Са5[PO4]3(F, Cl) + Titanite CaTiSiO₅ + Carbonaceous particles С+примеси + Source: compiled by T.V. Cheredova, O.N. Chudinova. Содержание потенциально опасных химических элементов (V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Sb) в твердом осадке снежного покрова с площадок снегонакопления не превышает нормы ПДКп и кларковые содержания, что свидетельствует об отсутствии загрязнения по данной группе элементов (табл. 4). Таблица 4. Химический состав твердого осадка снегового покрова, мг/кг Наименование элемента Среднее значение на площадке снегонакопления г. Улан-Удэ Кларк в почве [14; 15] ПДКп*, мкг/кг V 38,8 100 150 Сr 8,84 70 6** Со 5,54 10 5*** Ni 3,84 20 20 Cu 11,94 15-60 33 Zn 41 50 55 Cd <0,1 0,5 0,5 Sb <1 1 4,5 As 3,34 5 - Ti 2720 3500 - Sr 302 600 - Mo 1,5 2 - Mn 408 850 - Ba 682 84-560 - Примечания: * Постановление Главного государственного санитарного врача Российской Федерации от 28 января 2021 года № 2 «Об утверждении санитарных правил и норм СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания». URL: https://docs.cntd.ru/document/573500115?ysclid=m8w0jhpf7g989308931 (дата обращения: 24.12.2024). ** ПДК указана для подвижной формы Cr3+. *** ПДК указана для подвижной формы Сo. Источник: составлено Т.В. Чередовой, О.Н. Чудиновой. Table 4. Chemical composition of snow cover solid precipitation, mg/kg Component name Average value at the snow accumulation site Ulan-Ude Clark in soil [14; 15] MPCs*, µg/kg V 38.8 100 150 Сr 8.84 70 6** Со 5.54 10 5*** Ni 3.84 20 20 Cu 11.94 15-60 33 Zn 41 50 55 Cd <0.1 0.5 0.5 Sb <1 1 4.5 As 3.34 5 - Ti 2720 3500 - Sr 302 600 - Mo 1.5 2 - Mn 408 850 - Ba 682 84-560 - Notes: * Resolution of the Chief Government Sanitary Officer of the Russian Federation No. 2 dated on January 28, 2021 “On Approval of Sanitary Rules and Norms SanPiN 1.2.3685-21 “Hygienic Norms and Requirements to Ensure Safety and (or) Harmlessness of Environmental Factors for Human Use”. Available from: https://docs.cntd.ru/document/573500115?ysclid=m8w0jhpf7g989308931 (accessed: 24.12.2024). ** MPC specified for the mobile form Mn2+. *** MPC specified for the mobile form Сr6+. Source: compiled by T.V. Cheredova, O.N. Chudinova. Заключение Проведенные исследования показали, что обустройство площадки снегонакопления в пос. Стеклозавод г. Улан-Удэ не соответствует санитарным нормам в связи с отсутствием водонепроницаемого покрытия, обваловки по периметру площадки, системы сбора и отвода ливневых стоков. В целом катионно-анионный состав снеговой воды удовлетворяет нормативам качества, предъявляемым к водным объектам рыбохозяйственного значения, что во многом обусловлено запретом применения агрессивных противогололедных препаратов на территории республики Бурятия. Твердый осадок снега со снеговых площадок состоит из природных минералов, входящих в состав песчано-гравийной смеси, используемой для подсыпки дорог в зимний период. Загрязнения потенциально опасными химическими элементами нерастворимого осадка снежного покрова на площадках снегонакопления не выявлено. Вместе с тем выявлено превышение норм предельно допустимых концентраций Al, V, Mn, Fe, Cu, Zn, Mo, W, Hg в снеговой воде в 1,4-30,5 раза, что вызвано высокой антропогенной нагрузкой на снежный покров г. Улан-Удэ в целом и убираемые тротуарные и дорожные покрытия в частности.

Об авторах

Татьяна Викторовна Чередова

Геологический институт им. Н.Л. Добрецова СО РАН; Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления

Автор, ответственный за переписку.
Email: che-redova-tv@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-8832-7731
SPIN-код: 8289-9649

младший научный сотрудник

Российская Федерация, 670047, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, д. 6а

Ольга Николаевна Чудинова

Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления

Email: chudinova1980@inbox.ru
ORCID iD: 0000-0003-4160-3062
SPIN-код: 8879-9145

кандидат биологических наук, доцент, доцент, кафедра «Промышленная экология и защита в чрезвычайных ситуациях»

Российская Федерация, 670013, г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, д. 40В, стр. 4

Список литературы

Дополнительные файлы