Антонович В.В., Белан Б.Д., Вавер В.И., КовалевскийВ.К., Рассказчикова Т.М.
Интенсивное развитие нефтедобывающей отрасли на севереЗападной Сибири привело к резкому обострению экологической обстановки в этомрегионе. Причина заключается в полном пренебрежении к природоохранныммероприятиям в период освоения месторождений, а в последующем и неправильнойоценке основных источников загрязнения. В 1991 году ИОА СО РАН было проведенокомплексное исследование территории г.Нижневартовска и прилегающих к немуместорождений с помощью самолета-лаборатории АН-30 «Оптик-Э» имобильной передвижной станции. Измерения выполнялись в теплый и холодныйпериоды.
Цель экспедиции заключалась: — в определениикачественного и количественного состава загрязнений;
— анализе пространственной и временной динамикизагрязнений вне и внутри города;
— выявление приоритетных загрязнителей;
— установление причин и источников загрязнений.
Мобильная экологическая станция, собранная на базеавтомобиля ГАЗ-66, была укомплектована следующими средствами оперативногоконтроля [1]:
— метеокомплекс;
— газоанализаторы ХГ-02 и ГИАМ-15 (озон, оксидыуглерода);
-газоанализатор РГА-11 ( пары ртути);
— ИРФ (гамма-фон);
— малогабаритный полевой хроматограф ХПМ-4;
— фотоэлектрический счетчик АЗ-5;
— фотоэлектрический нефелометр ФАН.
Самолет-лаборатория АН-30 «Оптик-Э» кромеперечисленных выше комплексов имел в своем составе лидар " Макрель-2"[2].
Таким образом, измерительные комплексысамолета-лаборатории и мобильной станции были почти идентичны. Они позволялиизмерять 17 газовых компонентов воздуха и около 40 элементов и ионов в составевзвешенных веществ. Параллельно контролировать метеовеличины и гамма-фонместности.
Для определения концентрации загрязнений в приземномслое воздуха на территории города и за его пределами было намечено 33 точки, вкоторых проводились измерения. Эти пункты достаточно равномерно былираспределены по площади города и располагались на перекрестках основныхавтомагистралей, внутри микрорайонов и в промышленных зонах.
Самолет-лаборатория работал с наземным комплексом пометодикам, подробно изложенным в [3].
Полученные данные позволили построить карты распределениявсех измеряемых компонентов воздуха не только у поверхности земли, но и повысотам, что дало возможность глубже понять механизм протекающих процессов.Прежде чем приступить к анализу полученных данных, необходимо сделать следующиеметодические замечания.
Поскольку нашей задачей являлось проведениеобследования экологической обстановки в городе, то при выборе пунктов измеренийосновное внимание было уделено местам, которые вызывали повышеннуюозабоченность природоохранных органов города. Следовательно, приводимые встатье данные измерений в отдельных пунктах и их средние значения характеризуютместа повышенной антропогенной нагрузки и их следует рассматривать как разовые,не пытаясь распространить на весь город в целом. Отметим также, что измеренияпроводились в течение одной экспедиции в августе 1991 года, поэтому результатыимеют оценочный характер по отношению ко всему летнему периоду, не говоря уже осредних данных ряда лет.
Вначале остановимся на наиболее общих характеристикахзагрязнений воздуха. Средние по 33 наземным пунктам концентрации газов по всемумассиву представлены в табл.1 ( здесь же приведены зафиксированные в отдельныхизмерениях максимальные превышения ПДК).
Таблица 1
Средняя концентрация газов в г.Нижневартовске в теплыйпериодКомпонент Среднее значение Превышение ПДК (м.р.)* О3, мкг/м3 5 - NH3, мг/м3 0,74 21 Ацетилен, мг/м3 20,1 - Ацетон, мг/м3 20,32 314 Бензин, мг/м3 8,1 10,4 Бензол, мг/м3 1,16 2,8 Ксилол, мг/м3 5,8 105 S NO, мг/м3 1,9 - NO, мг/м3 0,41 - NO2, мг/м3 1,49 57,6 CO, мг/м3 2,23 8,3 CO2,% 0,11 - SO2, мг/м3 0,83 5,8 H2S, мг/м3 6,03 25 Толуол, мг/м3 3,73 35 S CH нефти, мг/м3 39,8 - CL2, мг/м3 0,04 5 Этиловый эфир, мг/м3 15,4 - S CH, мг/м3 214 -
*М.р. — максимальная разовая ПДК.
Из табл.1 видно, что из 19 измеряемых газов превышениеПДК в г.Нижневартовске в летний период зафиксировано по 12 веществам: NH3~ 20,ацетон ~ 300, бензин ~ 10, бензол ~ 3, ксилол ~100, NO2~60, CO ~ 8, SO2~6, H2~20, толуол ~ 30, CI2~ 5 ПДК и только по озону и парам ртути превышение неотмечено. Для остальных шести газов, концентрации которых также весьма высоки,ПДК не установлены. Особо следует отметить диоксид углерода, концентрациякоторого в отдельных точках Нижневартовска в 15 раз выше фоновой при среднемзначении 0,11% (нормальная составляет 0,034%). Обращает на себя внимание тотфакт, что для некоторых газов их средняя концентрация в местах интенсивнойантропогенной нагрузки превышает величину максимальной разовой ПДК. Этоотносится к аммиаку (~3), ацетону (~6), бензину (~15), КСИЛОЛУ (~10), NO2(~18),SO2(~1,5), толуолу (~6). Это обусловлено как высокой концентрациейперечисленных газов на отдельных пунктах, так и большой повторяемостьюпоявления этих газов на территории города.
Табл. 2 дает представление о среднем химическомсоставе взвешенных веществ в теплый период.
Таблица 2
Средний химический состав аэрозоля (мгк/м3) вг.Нижневартовске в теплый периодpH F- Na+ K+ Cl- Br- NO- NH+ SO2- Hg2+ As5+ Zn2+ Cd2+ Fe Mg 5,4 2,09 1,07 2,68 11,69 1,14 0,44 0,05 0,81 0,004 0,012 0,2 0,002 6,74 20,37 Mn Pb Cr Sn W Ni Al Ti Cu V B Ba Ca Si Co 0,3 0,08 0,27 0,09 0,09 0,01 10,05 1,28 0,07 0,007 0,038 0,11 26,09 17,32 0,08
Хотя г. Нижневартовск и отноистся к наиболеезагрязненным взвешенными веществами городам [4], данные табл. 2 неподтверждают.По-видимому, на результатах сказались частные дожди, проходившие впериод эксперимента, которые приводили к очищению воздуха, и аэрозольное полене успевало восстанавливаться, так как для этого требовалось около 4-5 дней[5].
В табл.2 дана низкая величина показателя кислотностирH, равная 5,4, что приближается к значениям, характерным для кислотных дождей[6], и высокая концентрация Мg (~20 мкг/м3), которая не наблюдалась в другихгородах.
Кроме перечисленных в табл.2 веществ в составе аэрозоляопределялись также Мо, Аg,Gа, Jп, Р, но их концентрация оказалась ниже порогаобнаружения.
Наличие вблизи г.Нижневартовска двух месторождений,Мегион и Самотлор, на которых до сих пор сжигается попутный газ, требуетобязательного анализа вертикального распределения примесей, так как присоответствующих направлениях ветра они будут попадать на территорию города.Средние профили газовых компонентов воздуха приведены на рис.1. Общий вывод,который следует из приведенных данных, заключается в том, что источник газовыхпримесей природнят над городом и располагается на высоте около 400 м, 7 из 11газов имеют здесь максимум. У двух газов — углеводородов нефти и SO2 — максимумконцентрации расположен на высоте 600 м.
Рис.1. Вертикальное распределение газовых компонентвоздуха над нижневартовском.
Вместе с тем видно, что у ряда газов весьма мощныйисточник имеется и у поверхности земли — это ацетилен, NO2, SO2, СО. Обратимвнимание на особый характер вертикального распределения озона над городом, аименно, на уменьшение его концентрации почти до нуля на высоте 400 м, там, гденаблюдаются максимумы концентраций большенства газов. Проведенный по картамсоответствующих уровней анализ показал, что это не единичный факт, а результатпостоянно действующего фактора.
Известно, что в продуктах сгорания, как правило,образуется оксид азота, который при наличии озона переводится в диоксид азотапо реакции
NO + O3 ® NO2 + O2
Из рис. 1 видно. что мощность источника NO на высоте400 м настолько велика, что озон не успевает поступать или генерироваться наэтом уровне, чтобы обеспечить полный перевод NO в NO2. Таким образом, надНижневартовском в теплый период образуется местная «озоновая дыра»,расположенная на высоте 400 м.
На этом же уровне, кроме максимума газовых компонентов,обнаруживаются наибольшие концентрации многих химических компонентов аэрозоля.К ним относятся Si, Fe, Pb, NO-3 ,K+, Nа+, Zп2+. Однако химическиесоставляющие взвешенных веществ расслоены значительно сильнее, чем газы. Унекоторых из них имеютмя максимумы концентрации на высотах 200 м — АI, As 5+,Cd2+; 600 м — Mп, Са, F- и 1000 м — Zп2+, Ni. Особо выделяется уровень 800 м,где конецнтрация таких веществ как CI-, Br-, SO2-4 ,Hg2+, существенно вышечем на остальных высотах.
Данные на рис. 2 показывают, что источником многихкомпонентов аэрозоля в приземном слое ( табл. 2) являются приподнятые выбросы,поступающие вверх, а у земли генерируются только Pb и Mg.
Слоистый характер рапределения ионов и элементовобусловил и сложный характер вертикального профиля рН. Он обнаруживает минимумна высоте 0,2 и 1 км и максимум на высоте 0,8 км.
Проведеный в холодное время эксперимент показалкачественное изменение состава воздуха в г.Нижневартовске, что во многомобусловлено «выключением» такого мощного источника загрязнений, какиспарение пролитых на рельеф местности нефтепродуктов. Полученные в ходе обоихкомплексных экспериментов результаты позволяют в дальнейшем перейти к оценкесоотношения факторов, определяющих уровень загрязнения воздушного бассейна города.
В отличие от летнего в холодный период исчезает«озоновая дыра» на высоте 400 м над г.Нижневартовском. Вертикальноераспределение озона становится в пограничном слое более однородным, и только уповерхности земли его концентрация резко уменьшается за счет деструкции назагрязнениях.
Изменился также и характер вертикального распределениянекоторых газов. В теплый период концентрация NO2 была наибольшей у поверхностиземли с незначительным вторичным максимумом на высоте 400 м. В холодное времямаксимум NO2 сохраняется у земли, а выше концентрация NO2 существенноуменьшается. Еще большие изменения претерпел профиль NO. Если летом этот газимел четкий максимум на высоте 400 м и вторичный у земли, то в холодный периодмаксимум NO опустился на высоту 200 м, а концентрация у земли выросла почти в 3раза. Это говорит о том, что в холодный период из-за низкой концентрации озонав слое 0-200 м механизм переходо NO в NO2 по цепи NO + O3 ® NO2 + O2 являетсямалоэффективным из-за быстрого расхода озона, который, следуя данным, поприведенным на рис. 6, в этом слое фотохимически не восстанавливается.
Приведенные данные по составу воздуха надНижневартовском убедительно доказывают, что атмосфера города сильнозагрязняется выбросами факелов с прилегающих месторождений.
Список литературы
1. Белан Б.Д., Панченко М.В., Солдаткин Н.П. //Материалы 1-й школы-семинара Экология воздушного бассенйа 1991.С.17-20.
2. Зуев В.Е., Белан Б.Д., Кабанов Д.М. и др. // Оптикаатмосферы и океана. 1992.Т.5.N 10.
3. Белан Б.Д. // Оптика атмосферы и океана. 1993.Т.6.N 2 С.205-222.
4. Безуглая Э.Ю., Расторгуева Г.Н., Смирнова И.В.//Чем дышит промышленный город. Л.: Гидрометеолиздат, 1991. 256 с.
5. Белан Б.Д., Задде Г.О., Пхалагов Ю.А.,Рассказчикова Т.М. // Изв АН СССР ФАО. 1987.Т.28.N 6. С. 622-628.
6. Хорват Л.// Кислотный дождь. М.: Стройиздат,1990.81 с.