Введення

   В останні роки в місті Донецьку спостерігається стійка тенденція до погіршення якості атмосферного повітря. У повітряний басейн міста надходить велика кількість забруднюючих речовин, серед яких особливе місце займають важкі метали, і в тому числі свинець.

   Сполуки свинцю, концентрація яких в атмосферному повітрі міста Донецька не перевищують ГДКс.д., мають здатність до акумуляції в навколишнім середовищі й в організмі людини.

Актуальність теми

   Актуальність роботи полягає в тому, що свинець входить у перелік пріоритетних забруднювачів поряд із ртуттю, кадмієм, що вимагає проведення глобальних дій у зв'язку з використанням цих важких металів.

Об'єкт дослідження

   Об'єктом дослідження є атмосферне повітря міста Донецька.

Методи дослідження

   У роботі використані наступні методи досліджень: збір, систематизація й статистичний аналіз даних про забруднення повітряного басейну м. Донецька свинцем; методи математичного моделювання й регресійного аналізу.

Мета дослідження

   Аналіз стану атмосферного повітря м. Донецька при забрудненні його сполуками свинцю, виявлення найбільших вкладників забруднення приземного шару атмосферного повітря свинцем, прогноз концентрацій свинцю в атмосферному повітрі на майбутні періоди й розробка заходів щодо зменшення викидів свинцю від стаціонарних і пересувних джерел.

Наукова новизна

   Новизна роботи складається в розробці математичних моделей для прогнозування майбутніх рівнів забруднення атмосферного повітря сполуками свинцю, у проведенні зведеного розрахунку розсіювання викидів свинцю від стаціонарних і пересувних джерел викидів і побудові на основі цього розрахунку карт забруднення приземного шару повітря м. Донецька свинцем.

Практичне значення отриманих результатів

   Отримані в роботі дані можуть бути використані при розробці програми по поліпшенню стану атмосферного повітря м. Донецька.

 Джерела забруднення атмосферного повітря свинцем

   Вплив природних джерел свинцю на його концентрацію в навколишнім середовищі незначний. Свинець надходить у навколишнє середовище в результаті руйнування гірських порід [1]. До джерел свинцю в атмосферному повітрі відноситься силікатний пил, вулканічні галогенні аерозолі, зола й дими лісових пожеж, аерозолі морських солей, метеорні й метеоритні дими й свинець, що виділяється при розпаді радону.

   З антропогенних джерел протягом останніх 70 років основним є автотранспорт, особливо в районах з інтенсивним його рухом через використання присадок тетраетілсвинцю як антидетонатора. Антропогенними джерелами свинцю, що надходить в атмосферне повітря, є спалювання кам'яного вугілля, робота металургійних підприємств, а також підприємств хімічної й коксохімічної промисловості, від яких в атмосферне повітря надходить оксид свинцю.

   Статистичні дані по викидах забруднюючих речовин від стаціонарних і пересувних джерел у місті Донецьку показують, що викиди від стаціонарних джерел зменшуються, а по пересувних джерелах – збільшуються. В 2008 році внесок автотранспорту в сумарні викиди по місту Донецькові досяг 40,9% [10]. У роботі проведений аналіз розподілу автотранспорту за категоріями (рис. 1).

Рис. 1 – Процентний вміст автотранспорту по м. Донецьк

   Аналіз даних по категоріях автотранспорту показує, що в Донецьку майже 85% автотранспорту доводиться на легковий автотранспорт. Порівняння усереднених питомих викидів від вантажного, пасажирського й легкового автотранспорту показує, що питомий викид свинцю від пасажирського автотранспорту при використанні етильованого бензину вдвічі більше, ніж при використанні етильованого бензину вантажним і пасажирським автомобільним транспортом.

Круговорот свинцю в навколишнім середовищі

    Перенос і поширення свинцю від стаціонарних і пересувних джерел у навколишнє середовище відбувається головним чином через атмосферу. Великі скидання можуть відбуватися безпосередньо в природні води й на поверхню ґрунту, але в цих випадках свинець локалізується поблизу місць скидання внаслідок дуже низької розчинності сполук, які утворяться при контакті із ґрунтом і водою [7]. Перенос свинцю з атмосферного повітря в інші середовища сьогодні погано вивчений, і механізми видалення свинцю з повітря, зрозумілі не до кінця. Однак, ряд даних указують на те, що істотна частина свинцю віддаляється з атмосферного повітря шляхом сухого й мокрого осадження на ґрунти й водойми.

Рисунок анімований: 7 кадрів з затримкою 70, постійний повтор, розмір 220 КБ

Рисунок 2 – Кругообіг свинцю в навколишньому середовищі

1 – місто, 2 – промислові стоки, 3 – аерозольні викиди, 4 – аерозоль, 5 – метал сорбований фітопланктоном, 6 – суспензії, 7 – опади, 8 – метал сорбований поверхнею донних відкладень, 9 – метал у донних відкладеннях, 10 – розчинні форми металу.

   Свинець легко видаляється з води, коли вона проходить крізь ґрунт і донні відкладення. Це відбувається завдяки високій здатності органічних речовин міцно зв'язувати свинець. Завдяки цьому механізму очищення концентрація свинцю, як у природних водах, так й у системах водопостачання звичайно низька.

   Перенос зваженого в повітрі свинцю на біоту може відбуватися прямим і непрямим шляхами. Рослини накопичують свинець за рахунок випадання опадів: прямим шляхом - через надземні частини рослин, або непрямим шляхом – через ґрунт. Потрапивши в рослини, свинець акумулюється в них.

Аналіз забруднення атмосферного повітря м. Донецька сполуками свинцю й прогноз його майбутнього стану

   У цей час концентрації свинцю в атмосферному повітрі м.Донецька аналізується на двох постах Донецького обласного центра по гідрометеорології: у Куйбишевському й Буденовском районах.

   Динаміка середньорічних концентрацій свинцю (Q, частки ПДК) в атмосферному повітрі м. Донецька представлена на рис. рисунці 3.

Рис. 3 – Динаміка середньорічних концентрацій свинцю в атмосферному повітрі за період 2003 – 2009 р.

   Аналіз рисунка 2 дозволяє зробити висновок про те, що починаючи з 2005 р. відбувся ріст концентрацій свинцю з невеликим спадом в 2009 р. Збільшення концентрацій свинцю порозумівається кількістю, що збільшується, автотраспорта на дорогах Донецька, наявністю «пробок», у яких викид забруднюючих речовин збільшується через роботу двигуна. Невелике зменшення концентрацій свинцю в 2009 році можна пояснити впровадженням Програми поетапного припинення використання етильованого бензину й економічною кризою.

   Відомо, що на розсіювання викидів будь-якого забруднюючої речовини значний вплив роблять метеорологічні умови.

   У роботі був проаналізований річний хід концентрації свинцю (рис.4).

 Рис. 4 – Річний хід концентрацій свинцю в атмосферному повітрі м. Донецька в 2009 р.

   Аналіз річного ходу показав, що мінімум концентрацій свинцю спостерігається в березні, максимум – у липні. Такий хід концентрацій обумовлений впливом метеорологічних факторів на розсіювання викидів від стаціонарних і пересувних джерел викидів.

   Умовами, при яких відбувається нагромадження свинцю в атмосферному повітрі, є швидкість вітру 0 – 1 м/с, тумани, інверсії температури, кількість опадів менш 0,5 мм/добу.

   З метою прогнозу майбутніх концентрацій свинцю в атмосферному повітрі за допомогою методу множинної регресии були отримані математичні моделі залежності концентрації свинцю від температури повітря, швидкості вітру, потужності викиду й коефіцієнта самоочищення атмосфери, розрахованого за методикою [10].

 CPb=1,647 + 0,966•k + 0,005•M – 1,073•t + 1,478•V              (1)

де СPb – концентрація сполук кадмію, мкг/м3;

     М – потужність викидів від стаціонарних джерел викидів, т/рік;

     К – коефіцієнт самоочищення атмосфери;

     t – температура повітря, °С;

     v – швидкість вітру, м/с.

   Отримане регресійне рівняння можна використати при наступних значеннях предикторів:  0,327 <M<0,81; 1,71<K<2,94; – 10<t<25,2; 2,79<v<6,56.

  Рівняння (1) дозволяють зробити прогноз концентрацій свинцю при зміні потужності викидів, температури повітря, швидкості вітру й коефіцієнта самоочищення атмосфери.

Заходи щодо усунення негативного впливу свинцю

   Аналіз джерел свинцевого забруднення, ступеня забруднення атмосферного повітря свинцем, впливу цього забруднення на здоров'я населення й можливих шляхів його скорочення й усунення негативних наслідків дозволяє намітити наступну систему заходів щодо скорочення викидів свинцю в атмосферне повітря:

   – активізувати фундаментальні й прикладні наукові дослідження зі свинцевої проблематики в рамках затверджених Верховною Радою України, розширити об'єм і тематику досліджень, здійснюваних у межах своєї компетенції міністерствами й відомствами;

   – забезпечити залучення вітчизняних й іноземних інвестицій для модернізації, будівництва нових технологічних установок і реконструкції, що відповідають металургійних, хімічних і машинобудівних підприємств;

    – організувати систему комплексного екологічного моніторингу за змістом свинцю в різних компонентах навколишнього середовища, особливо в містах з великими джерелами викидів свинцю;

    – впровадити міжнародний стандарт ЄВРО (Євро-0, Євро-1, Євро-2, Євро-3, Євро-4, Євро-5) що дозволяє контролювати викиди від автотранспорту за допомогою штрафів за перевищення затверджених стандартів;

    – розробити систему заходів щодо утилізації вторинної свинцевої сировини, що передбачає, зокрема, упорядкування збору й переробки амортизованих акумуляторів;

    – впровадити двоступінчасту систему медико-біологічного моніторингу населення, що включає визначення свинцю у волоссях при масовому обстеженні й у крові (для груп підвищеного ризику);

    – організувати проведення лікувально-профілактичних заходів щодо зниження впливу свинцевого забруднення на стан здоров'я дитячого населення, особливо в містах з великими джерелами викидів свинцю в навколишнє середовище;

     – розробити список забруднених свинцем територій, найнебезпечніших для здоров'я населення, а також реєстр стаціонарних джерел забруднення навколишнього середовища свинцем;

     – розробити пропозиції по організації на базі існуючих лабораторій методичних аналітичних центрів по визначенню свинцю в об'єктах навколишнього середовища й біосубстратах;

    – підготувати пропозиції по організації системи інформування населення про свинцеве забруднення навколишнього середовища, що передбачають підготовку інформаційних видань про небезпеку впливу свинцю на здоров'я, мірах особистої профілактики, а також заходу щодо обов'язкового інформування населення про наявність свинцю в товарах [5].

Висновки

   При спалюванні етильованого бензину в навколишнє середовище надходить приблизно 70% усього антропогенного викиду цього металу. Важливим джерелом антропогенного свинцю є виплавка й обробка металів, а також спалювання вугілля.

   Свинець є високотоксичним металом для живих організмів [4]. Установлено, що неорганічні сполуки свинцю порушують обмін речовин і виступають інгібіторами ферментів. Тривале споживання вод є причиною хронічних захворювань, а здатність заміщати кальцій у костях приводить до підвищеної їхньої крихкості. Мутагенною дією свинець не володіє, однак його підвищений зміст в організмі приводить до серйозних аномалій розвитку плода (деформації кістяка); він має здатність до акумуляції й має надзвичайно тривалий період напіввиведення.

    Проведені в роботі аналіз й обробка статистичних даних по концентраціях свинцю й метеорологічних умов міста Донецька дозволили побудувати математичну модель для прогнозу забруднення атмосферного повітря м. Донецька свинцем при мінливих метеорологічних умовах.

Список використовуваної літератури

    1. РД 52.04.306 – 92 Охрана природы. Атмосфера. Руководство по прогнозу загрязнения воздуха // 2002 г. – 124 с.

    2. Методика определения выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух от автотранспортных потоков, движущихся по автомагистралям Санкт-Петербурга //  2005 г. – 123 с.

    3. Ливанов П. А. Свинцовая опасность и здоровье населения / Соболев М. Б., Ревич Б. А.  // Рос. Сем. Врач. 1999, № 2. – 126 c.

    4. Корбанова А. И.Свинец и его действие на организм / Сорокина Н. С., Молодкина Н. Н. и соавт // Мед. труда и пром. экология, 2001. – 178 с.

    5. Агеева Ю.В., Брущенко А.Е.  доц. Беляева И.В. Анализ состояния атмосферного воздуха города Донецка/ [электронный ресурс]  – режим доступа: www.bestreferat.ru/referat-98590.html.

   6. Лапина С.Н. Способность атмосферы различных районов Саратовской области к самоочищению / Полянская Е.А., Фетисова Л.М. // Известия Саратовского университета т.8. сер. Науки о Земли, вып. 2, 2002. – 67стр.

    7. Малинин А.А. Свинец и проблемы экологии / [электронный ресурс]  – режим доступа: http://www.mixzona.ru/referat/referat/61694/.

    8.  Загрязнение среды свинцом/ [электронный ресурс]  – режим доступа:   http://www.5ka.su/ref/life/1_object88391.html.

    9. Плюмбум, или Опасная игра/ [электронный ресурс]  – режим доступа:  http://www.psdoc.boom.ru/plumbum.html.

    10. Обзор проблемы загрязнения кадмием, свинцом и ртутью  INVENTORY / [электронный ресурс]  – режим доступа:  http://www.ecoaccord.org/pop/doc/INVENTORY_RESULTS.doc.