Ртуть в снежном покрове Хабаровска

Полный текст

Введение Снежный покров - универсальный объект исследований, позволяющий оценить состояние атмосферы, выявить не только вещества постоянно присутствующие в воздухе, но и появляющиеся эпизодически как результат периодических или катастрофических выбросов, ближнего или дальнего атмосферного переноса, выявление которых возможно лишь при постоянном мониторинге, являющемся весьма сложной и трудоемкой задачей. Изучение состава снежного покрова как часть мониторинга загрязнения атмосферы в настоящее время весьма широко распространено. Изучение снежного покрова Хабаровска проводится ИВЭП ДВО РАН в течение ряда лет [1]. Однако, исследованию содержания ртути не уделялось должного внимания. Объем и скорость осаждения ртути из атмосферы как в виде влажных выпадений, так и в виде сухого осаждения, сильно варьируют в зависимости от множества факторов [2], что обуславливает необходимость проведения мониторинговых исследований, в том числе локальных, в целях своевременного выявления возрастания ртутного фона, а также появления новых источников загрязнений. Среднее содержание ртути в углях, как каменных, так и бурых, составляет порядка 0,1 г/т, за исключением аномальных ртутоносных углей, обнаруженных в некоторых районах России, Украины, США и Китая, [3], в углях Хабаровского края выше - 0,4 г/т, существующие темпы его потребления ежегодно поставляют в атмосферу РФ от 10 до 13 тонн ртути [4]. Высока доля углей в энергетической составляющей Хабаровска и бытовых системах отопления города и пригорода. Кроме того, для ртути характерно наличие дальнего атмосферного переноса, что, учитывая близость границ с КНР - одной из стран с крупнейшим выбросом ртути [5], может являться дополнительным источником ртутного загрязнения атмосферы. Характеристика района исследований Хабаровск является краевым центром с населением 617 тыс. человек, расположен в зоне повышенного потенциала загрязнения атмосферы с неблагоприятными условиями для рассеивания примесей. Климат умеренный, муссонный. Наиболее продолжительным сезоном года является зима. Устойчивый снежный покров устанавливается в середине ноября. Самый холодный месяц январь со средней температурой -21,6 °С. Средняя скорость ветра в зимний период (ноябрь - март) составляет 4,7 м/с. Преобладающими направлениями ветра являются юго-западное и западное [6]. Зима 2021-2022 гг. установилась в обычные сроки, сумма выпавших осадков превысила таковую за предыдущий пятилетний период в 1,5 раза, а средняя температура составила -13,4 °С, против -11,7 °С[7]. Поступление загрязняющих веществ в атмосферу Хабаровска только от стационарных источников в 2021 году составило 38,414 тыс. тонн[8]. Основными из них являются объекты теплоэнергетики - структурные подразделения АО ДГК филиала «Хабаровская генерация»: «Хабаровская ТЭЦ-1», «Хабаровская ТЭЦ-3», а также нефтеперерабатывающий завод - АО «ННК-Хабаровский НПЗ». Некоторый вклад вносят маломощные автономные котельные и, расположенные на окраинах города и в ближайшем пригороде, малоэтажные дома с автономным угольным и дровяным отоплением. ТЭЦ-3 самая крупная и самая молодая электростанция Хабаровского края и вторая по мощности тепловая электростанция на Дальнем Востоке России. Основное топливо - каменный уголь, природный газ, мазут. Три из четырех энергоблоков ТЭЦ-3 работают на угле. В основном используются угли Нерюнгринского месторождения, в последние годы стали использовать угли Ургальского месторождения и иногда - угли из Китая с месторождений провинции Хэйлунцзян. Плановый перевод на газ должен завершиться через три года [7]. ТЭЦ-1 в качестве топлива использует природный газ сахалинских месторождений, а также каменный и бурый уголь различных месторождений (чаще всего Ургальского и Переяславского). В результате поэтапного перевода на природный газ, потребление угля с 2006 по 2018 год сократилось втрое. В настоящее время сооружения и оборудование Хабаровской ТЭЦ-1 устарели и достигли высокой степени износа. Модернизация станции признана нецелесообразной, в 2020-х годах планируется вывод её из эксплуатации со строительством на той же площадке замещающей Хабаровской ТЭЦ-4.[9] На обследованных ТЭЦ сжигание углей происходит при температуре 1100-1600 °С. На ТЭЦ-1 золоулавливание - мокрое на скрубберах с трубами Вентури, на ТЭЦ-3 - сухое на электрофильтрах. Количество золы уноса в зависимости от типа котлов, вида топлива и режима его сжигания может составлять 70…85 % от массы смеси, шлака - 10…20 % [7]. Материалы и методы Пробы снежного покрова (СП) отобраны 2-3 марта 2022 года в период максимального влагозапаса с помощью весового снегомера ВС-43 согласно РД 52.04.186-89 с участков с разной интенсивностью антропогенной нагрузки. Условно их можно разделить на следующие зоны. Зона промышленного техногенного воздействия. Точка № 1 (район ТЭЦ-3, 48.571715° N, 135.143285° E) расположена в 400 м к западу от ТЭЦ-3, характеризуется сильным загрязнением снежного покрова сажистыми частицами, из-за которых профиль СП имеет слоистую окраску. Средняя высота СП - 42 см, плотность - 0,17 г/см3. Точка № 2 (район ТЭЦ-1, 48.410403° N, 135.118544° E) расположена в 200 м к югу от ТЭЦ-1, характеризуется умеренным загрязнением снежного покрова со слабо выраженной слоистостью профиля. Средняя высота СП - 49 см, плотность - 0,22 г/см3. Точка № 3 (район НПЗ, 48.493285° N, 135.040061° E) расположена в 350 м к юго-западу от нефтеперерабатывающего завода и в 150 м к северо-востоку от берега Амура. Средняя высота СП - 40 см, плотность - 0,24 г/см3. Зона жилой застройки. Точка № 4 (48.488518° N, 135.080751° E) расположена во дворе жилого дома, экранируется от оживленных улиц 5-этажными постройками, промышленных предприятий поблизости нет. Средняя высота СП - 50 см, плотность - 0,24 г/см3. Парковая зона. Точка № 5 (район детского санатория, 48.529152° N, 135.029209° E) расположена в 600 м к северо-востоку от берега Амура, от которого экранируется лесопарковой зоной. Рядом проходит автомобильная дорога. Промышленных предприятий поблизости нет. Средняя высота СП - 41 см, плотность - 0,22 г/см3. Точка № 6 (район парка «Динамо», 48.483493° N, 135.076957° E) расположена в 70 м к юго-востоку от ул. Муравьева-Амурского (главной улицы города), от которой не экранируется. Средняя высота СП - 45 см, плотность - 0,22 г/см3. Точка № 7 (район парка «ЦПКО», 48.471992° N, 135.054385° E) расположена в 170 м к северо-востоку от берега Амура. Средняя высота СП - 50 см, плотность - 0,19 г/см3. Береговая зона. Точка № 8 (48.546253° N, 135.016174° E) расположена в 100 м к востоку от берега Амура, в 850 м к северу от автомобильно-железнодорожного моста. Средняя высота СП - 31 см, плотность - 0,19 г/см3. Точка № 9 (р. Амур, лед 48.546508° N, 135.013296° E) расположена в 200 м к западу от точки № 8. Средняя высота СП - 32 см, плотность - 0,22 г/см3. Пробы СП были расплавлены при комнатной температуре и профильтрованы через бумажный фильтр «синяя лента». Определение содержания растворенной ртути проведено согласно ПНД Ф 14.1:2:4.271-2012 (М 01-52-2012), взвешенных веществ - по РД 52.24.468-2019, содержание ртути во взвешенном веществе - по М 03-09-2013. Исследования выполнены на анализаторе ртути РА-915+ в Центре экологического мониторинга ИВЭП ДВО РАН. Результаты и обсуждение Содержание растворенных форм ртути в точке № 1 (ТЭЦ-3) составило 11,4+2,3 нг/дм3, что незначительно превысило ПДК для воды рыбохозяйственных водоемов[10], составляющую 0,00001 мг/дм3, и значительно ниже ПДК для вод иного назначения - 0,0005 мг/л[11]. На других исследованных участках концентрация растворенной ртути не превышала предела количественного определения методики - 10 нг/дм3. В районе Томской ГРЭС-2 среднее содержание ртути в талой снеговой воде также было очень низким - 8,4 нг/дм3 [8]. В провинции Хэйлунцзян (КНР) на участке, наиболее приближенном к Хабаровску и имеющем сходные климатические условия, содержание растворенной ртути в снежном покрове в 2018 г. находилось в пределах 75…95 нг/л, что выше, чем на западе Китая. Авторы связывают это с особенностями местной промышленности, большую долю в которой составляют угольные электростанции и котельные [9]. Количество взвешенных веществ (ВВ) в СП было сходным между большинством контрольных точек города и изменялось в пределах 166…281 мг/дм3. Значительно отличались лишь зона центрального парка, где содержание взвешенных веществ составило 71 мг/дм3 и районы ТЭЦ-1 и ТЭЦ-3 с содержанием 625 и 1935 мг/дм3 соответственно (таблица). Содержание взвешенных веществ и ртути в снежном покрове Район исследования Точка отбора Содержание Твердые атмосферные выпадения, г/м2 Поступление Hg на поверхность, мкг/м2 ВВ в СП, мг/дм3 Hg во ВВ СП, мкг/кг общей Hg, нг/дм3 Промышленная зона № 1 1935 687+172 1329 107,6 73,9 № 2 625 344+86 215 51,3 17,6 № 3 236 1029+257 243 17,6 18,1 Жилая зона № 4 200 629+157 126 19,1 12,0 Парковая зона № 5 253 825+206 210 18,3 15,1 № 6 166 885+221 147 12,2 10,8 № 7 71 605+151 43 5,4 3,2 Береговая зона № 8 227 1396+349 279 11,4 15,9 № 9 281 992+248 317 11,6 11,5 Загородная зона № 10 82 1065+266 87 6,0 6,4 № 11 138 3036+759 419 12,4 37,5 Примечание. ВВ - взвешенное вещество в снежном покрове, мг/дм3, СП - снежный покров, содержание ртути во взвешенном веществе в снежном покрове, мкг/кг. Высокое содержание взвешенных веществ в СП в районе ТЭЦ-3 свидетельствует о значительном поступлении в атмосферу твердых продуктов горения. Общее количество твердых атмосферных выпадений в зимний период 2021-2022 гг. в районе ТЭЦ-3 было максимальным среди всех исследованных участков и составило 107,6 г/м2, что в 7,8 раза больше среднего по городу и в 2,1 раза больше, чем в районе ТЭЦ-1. Последнее, вероятно, обусловлено использованием разного вида топлива. Расчетное валовое количество ртути в СП составило от 43 до 1329 нг/дм3. Исследования снежного покрова Хабаровска, сформировавшегося зимой 2018-2019 гг.[12], показали еще более высокое содержание общей ртути в районе ТЭЦ-3 - 3,44 мкг/дм3. Содержание Hg во взвешенном веществе снежного покрова было достаточно высоким, даже в парковой и жилой зонах - 605-885 мкг/кг, и превосходило таковое в промышленной зоне Усолье-Сибирского (0,6 мг/кг)[13] и Томска (0,21 мг/кг)[14]. Сопоставимая концентрация была выявлена и в районе ТЭЦ-3 - 687 мкг/кг. Минимальное количество (344 мкг/кг) определено в районе ТЭЦ-1. Ранее сходные концентрации были отмечены для окрестностей Томской ГРЭС-2 [8] и для г. Благовещенска, где среднее содержание ртути в нерастворимой фракции снега составило 0,136 мг/кг. В зависимости от направления и удаления от ТЭЦ концентрации возрастали до 20 раз по сравнению с фоновыми - от 0,021 мг/кг до 0,410 мг/кг [9]. В 2018-2019 гг. в твердом остатке снежного покрова Хабаровска содержание ртути было гораздо более низким: ТЭЦ-1 - 0,12 мг/кг, ТЭЦ-3 - 0,06 мг/кг, НПЗ - 0,02 мг/кг [10]. Выявленные нами концентрации Hg превосходили их в районе ТЭЦ-1 и ТЭЦ-3 - в 5,7 раза, в районе НПЗ - в 51 раз. Одной из причин столь значительного расхождения данных могут служить различия в условиях формирования СП. Зима 2018-2019 гг. была теплой и малоснежной. В таких условиях возрастает вклад частиц почвы, переносимых ветром с непокрытых снегом участков, в формирование состава нерастворимого осадка СП. Содержание ртути в почвах Хабаровска и ближайшего пригорода находится в пределах 0,012-0,112 мг/кг, при среднем значении 0,03-0,04 мг/кг [11]. Зима 2021-2022 гг., напротив, была снежной и холодной, в связи с чем, нерастворимый осадок СП практически полностью формировался из атмосферных выпадений с высоким содержанием продуктов горения. Для сравнения было исследовано содержание общей ртути во взвешенном веществе СП, отобранного в тот же период в двух точках, расположенных по северной границе Большехехцирского заповедника, территорию которого некоторые исследователи использовали в качестве фоновой [10, 15]. Точка № 10 (48.281528° N, 134.755951° E) расположена в устье ручья Соснинский. Средняя высота СП - 25 см, плотность 0,34 г/см3. Точка № 11 (48.295736° N, 134.808365° E) - река Быкова, в районе с. Бархатное. Средняя высота СП - 45 см, плотность - 0,26 г/см3. Расстояние между точками отбора - 4 км. Участки расположены к северо-востоку от Китая, в 5,5 и 8,5 км от русско-китайской границы, проходящей по острову Большой Уссурийский. Оба участка испытывают воздействие воздушных масс, приходящих с территории КНР во время преобладающих юго-западных ветров. Содержание взвешенных веществ в СП в точке № 11 было выше, чем в точке № 10 и составило 138 мг/дм3 против 82 мг/дм3. Содержание ртути во взвешенном веществе СП превысило таковое на участке № 10 почти в 3 раза и составило 3,03 мг/кг, что в 1,4 раза выше ПДК для почв. Вероятно, в данном районе присутствует локальный источник постоянного ртутного загрязнения или имел место значительный единичный выброс. В пользу последнего свидетельствуют данные о низком содержании ртути в твердом осадке снежного покрова зимой 2018-2019 гг. - 0,06 мг/кг [10]. Зимой 2021-2022 гг. поступление ртути на поверхность земли в составе твердых атмосферных выпадений в большинстве исследованных участков не превысило 20 мкг/м2. Максимальное количество ртути (73,9 мкг/м2) поступило в районе ТЭЦ-3, что обусловлено значительным количеством взвешенных веществ. Кроме того, более высокий показатель (37,5 мкг/м2) отмечен для района р. Быкова, но здесь это связано с повышенным содержанием элемента во взвешенном веществе СП. Заключение Ртуть в снежном покрове Хабаровска связана со взвешенными веществами, переход из которых в растворенную фазу незначителен. Содержание растворенной ртути в снежном покрове не превысило 10 нг/дм3, за исключением участка в зоне влияния ТЭЦ-3, где оно составило 11,4 нг/дм3. Содержание ртути во взвешенном веществе снежного покрова в пределах Хабаровска изменялось в диапазоне от 0,3 до 1,4 мг/кг. Выявлен участок на северной границе Большехехцирского заповедника с содержанием ртути 3 мг/кг, что в 1,4 раза выше ПДК для почвы.

Об авторах

Ольга Степановна Хомченко

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Хабаровский Федеральный исследовательский центр Дальневосточного отделения Российской академии наук, обособленное подразделение Институт водных и экологических проблем Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИВЭП ДВО РАН)

Автор, ответственный за переписку.
Email: hom-chenko.ru@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1953-7249
SPIN-код: 5599-0211

кандидат биологических наук, ведущий инженер

Российская Федерация, 680000, г. Хабаровск, ул. Дикопольцева, 56

Александра Григорьевна Новороцкая

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Хабаровский Федеральный исследовательский центр Дальневосточного отделения Российской академии наук, обособленное подразделение Институт водных и экологических проблем Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИВЭП ДВО РАН)

Email: novag59@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1938-5417
SPIN-код: 4850-3467

кандидат географических наук, младший научный сотрудник

Российская Федерация, 680000, г. Хабаровск, ул. Дикопольцева, 56

Список литературы