Оценка концентрации мелкодисперсной пыли (PM2.5 и PM10) в приземном слое атмосферного воздуха территории города Воронежа
Оценка концентрации мелкодисперсной пыли (PM2.5 и PM10) в приземном слое атмосферного воздуха территории города Воронежа
Аннотация
Изучению влияния твердых пылевых частиц на здоровье населения в последнее десятилетие посвящено достаточно большое число исследований в которых обращено внимание на то, что на территориях с высоким содержанием твердых пылевых мелкодисперсных частиц болезни органов дыхания, сердечно-сосудистой системы, рака легких встречаются чаще, чем в относительно благополучных районах. Это делает оценку содержания мелкодисперсных фракций пыли в атмосферном воздухе актуальной. Целью исследования являлось определение концентрации мелкодисперсной пыли в атмосферном воздухе на территории города Воронежа (2024 г.). Для измерения концентраций мелкодисперсных фракций пыли применялся анализатор пыли «Атмас» БВЕК 610000.001. Концентрация мелкодисперсной пыли определялась в 6 контрольных точках, которые различаются по уровню техногенной нагрузки, т.е. наличию источников загрязнения. Результаты определения концентрации мелкодисперсной пыли (взвешенных частиц РМ 2.5 и РМ10) в атмосферном воздухе на территории города Воронежа свидетельствуют об отсутствии превышения гигиенических нормативов. Максимальная концентрация выявлена на ул. Лебедева, 2 в Левобережной промзоне: PM2.5 – 0,05±0,01 мг/м3, PM10 – 0,12±0,024 мг/м3. Перспективными направлениями исследований, запланированных на 2025 год, является оценка сезонных и суточных закономерностей изменения содержания в атмосферном воздухе мелкодисперсной пыли.
1. Введение
По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), мелкодисперсная пыль способствует развитию таких заболеваний, как рак лёгких, инфекции дыхательных путей, сердечно-сосудистых заболеваний, а мелкие частицы (PM2.5, менее 2,5 микрометров в диаметре) рассматриваются как потенциально опасный канцероген. В частности, в зарубежных исследованиях делается акцент на изучение взвешенных частиц мелкодисперсной фракции (PM2.5), в том числе содержащей тяжелые металлы
, .В этой связи в настоящее время развивается мониторинг дисперсного состава взвешенных веществ с применением различных инструментальных методов контроля. В частности, в работах П.А. Бармина с соавт. (2023) и О.П. Сидельниковой с соавт. (2023), делается акцент на применении для контроля уровня загрязнения атмосферного воздуха мелкодисперсными аэрозолями недорогих сенсорных датчиков частиц Nova SDS011, принцип действия которых основан на рассеивании лазерного излучения при попадании пылевых частиц в детектор-фотоприемник, генерируемые электрические сигналы которого прямо пропорциональны концентрации и диаметру пылевых частиц , . Хорошо также себя зарекомендовали портативные пылеанализаторы серии «Атмас», с использованием которых проведены исследования в г. Севастополь (2021) , , г. Арбакан (2022) .
Вероятный канцерогенный эффект от воздействия мелкодисперстной пыли связан с её составом. В частности анализу результатов мониторинга загрязнения атмосферного воздуха мелкодисперсной пылью посвящены научные исследования Л.М. Фатхутдиновой с соавт. (2021), проведенные в г. Казани и установившие, что содержание взвешенных веществ фракции PM10 и РМ 2,5 в 2016-2020 гг. оставались стабильными. Однако в ряде случаев имели место превышения принятых в Российской Федерации ПДК (0,3 и 0,16 мг/м3 соответственно). По оценкам авторов, доминирующим веществом в составе мелкодисперсных фракций пыли являлась сажа (от 86 до 93%), далее следуют соединения кремния и меди, что представляет опасность для здоровья населения, т.к. мелкодисперсные частицы достигают нижних дыхательных путей и альвеолярной зоны .
При оценке токсического воздействия мелкодисперсных частиц на организм человека важным является знание информации об их распределении в дыхательных путях. Решению этой задачи посвящены экспериментальные исследования Н.В. Зайцевой с соавт. (2023), в которых сделан вывод, что компонентный состав мелкодисперсной пыли не влияет на закономерности оседания частиц в дыхательной системе, в частности свыше 65% осевших частиц в верхних дыхательных путях имеют размер более 10 мкм, в то время как в мокротах нижних дыхательных путей более 60% занимают фракции пыли PM 2.5 и РМ 1.5, а оценка элементарного состава частиц свидетельствует о преобладании в их химическом составе кремния (17,29 – 51,4%) .
В этой связи исследования по оценке концентрации мелкодисперсной пыли в атмосферном воздухе городов являются актуальными.
Целью исследования являлось определение концентрации мелкодисперсной пыли в атмосферном воздухе на территории города Воронежа (2024 г.).
2. Методы и принципы исследования
В исследовании использовано приборное оснащение экоаналитической лаборатории факультета географии, геоэкологии и туризма Воронежского государственного университета. В работе принимали участие студенты – соавторы статьи Смотров А.С. и Беляева А.В. Для измерения концентраций мелкодисперсных фракций пыли применялся анализатор пыли «Атмас» БВЕК 610000.001. Анализатор оснащен импактором со сменными насадками для фракционного разделения взвешенных аэрозольных частиц (PM10, PM2.5). Принцип действия прибора основан на заряде частиц пыли в поле коронного разряда, создаваемом высоковольтным электродом, и последующим их осаждением на поверхности датчика пыли, в качестве которого используется кварцевый пъезоэлемент. При осаждении частиц пыли на поверхность датчика происходит изменение частоты его колебаний, которое пропорционально массе осевшей пыли. Заявленная производителем прибора погрешность измерений составляет 20%. Анализатор занесен в Государственный реестр средств измерений под №61362-15 и допущен к применению в Российской Федерации (Сертификат RU.C.31.002.A № 59541 выдан 21.08.2015 г.).
В июле 2024 года проведены исследования концентрации мелкодисперстных фракций пыли в 6 контрольных точках территории города Воронежа. Измерения проводились в дни без осадков при скорости ветра от 0 до 4 м/с в дневное время.
3. Основные результаты
Из 6 контрольных точек (к/т) максимальная концентрация выявлена в к/т на ул. Лебедева, 2: PM2.5 – 0,05±0,01 мг/м3, PM10 – 0,12±0,024 мг/м3. Однако эти концентрации, а также концентрации взвешенных веществ в других точках по результатам измерений не превышали ПДК для воздуха населенных мест (табл. 1).
Таблица 1 - Содержание мелкодисперсной пыли (PM2.5 и PM10) в атмосферном воздухе на территории города Воронежа
Точки отбора проб атмосферного воздуха (г. Воронеж) | Предполагаемый источник | Максимально разовая концентрация по результатам измерений, мг/дм3 PM2.5 *)ПДКм.р.= 0,16 мг/м3 | Максимально разовая концентрация по результатам измерений, мг/дм3 PM10 *)ПДКм.р.= 0,3 мг/м3 |
ул. Лебедева, 2 (у поста гидромета, жилая застройка отсутствует, граница СЗЗ ТЭЦ-1) | Левобережная промзона (ТЭЦ-1, Воронеж-синтезкаучук, шинный завод, авиционный завод) + автотранспорт | 0,05±0,01 | 0,12±0,024 |
ул. Кронштадтская, 1 (селитебная территория, частный сектор) | Левобережная промзона (ТЭЦ-1, Воронеж-синтезкаучук, шинный завод, авиционный завод) + автотранспорт | 0,03±0,006 | 0,09±0,018 |
ул. Солнечная, д. 37 (на границе селитебной территории) | Коминтерновская промзона (ТЭЦ-2, производство тяжелых механических прессов АО "ТМП") + автотранспорт | 0,02±0,004 | 0,11±0,022 |
Московский проспект, 90 (на границе селитебной территории) | Автотранспорт | 0,02±0,004 | 0,08±0,016 |
Ул. Хользунова, 40 (территория учебного кампуса Воронежского государственного университета) | Фоновая точка в удалении от уличного автотранспорта и промышленных источников выбросов | 0 | 0 |
Ул. Березовая роща, 8а (на границе селитебной территории) | Фоновая точка, рекреационная зона, Центральный парк | 0 | 0 |
Примечание: *по СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания», июль 2024 г
4. Обсуждение
Полученные нами результаты по определению содержания в атмосферном воздухе мелкодисперсных фракций пыли в целом согласуются с официальными данными Роспотребнадзора (Управления Роспотребнадзора по Воронежской области), подведомственные учреждения которого (ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Воронежской области») в целях совершенствования системы мониторинга качества атмосферного воздуха и снижения риска для здоровья населения в рамках функционирования региональной системы социально-гигиенического мониторинга в 2023 году осуществляли отбор и анализ проб атмосферного воздуха на содержание взвешенных частиц мелкодисперсной пыли (РМ2.5 и РМ10) по разовым концентрациям на 5-ти маршрутных постах региональной системы социально-гигиенического мониторинга в городском округе город Воронеж (ул. Ростовская, 58/4; ул.60-й Армии, 27; пр. Патриотов, 24; ул. Берёзовая роща, 8а). На содержание РМ2.5 и РМ10 Роспотребнадзором в г. Воронеже проведено 84 исследования, превышений гигиенических нормативов не отмечено .
Следует отметить, что нашему исследованию присуще неопределенности, связанные с разовыми измерениями и их небольшим числом исключительно в летний период (практика студентов). Перспективной является оценка динамики концентраций мелкодисперсной пыли в течение сезонов года и времени суток. Так, исследованиями, проведенными в г. Санкт-Петербург, содержание взвешенных частиц РМ10 и РМ2,5 в атмосферном воздухе увеличивается в весенний и летний периоды года и связано с интенсивностью транспортных потоков . Проявление сезонности концентрации фракций пыли РМ10 и РМ2,5 показана также в исследованиях, проведенных в г. Зонгулдак (Турция) . Аналогичные исследования в г.Воронеже запланированы на 2025 год. Актуальной задачей является и определение химического состава мелкодисперсной пыли. Учитывая, что по данным Воронежский центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, в атмосферном воздухе на стационарном посту (ул, Лебедева, 44) в программу наблюдений включена и регистрируется сажа в концентрации 0,01-0,04 мг/м3, можно предположить, что она входит и в состав мелкодисперсной пыли.
5. Заключение
Результаты определения концентрации мелкодисперсной пыли (взвешенных частиц РМ2.5 и РМ10) в атмосферном воздухе на территории города Воронежа свидетельствуют об отсутствии превышения гигиенических нормативов. Максимальная концентрация выявлена на ул. Лебедева, 2 в Левобережной промзоне: PM2.5 – 0,05±0,01 мг/м3, PM10 – 0,12±0,024 мг/м3. Перспективными исследованиями является определение сезонных и суточных закономерностей изменения концентрации мелкодисперсных фракций пыли, а также определение её химического состава, поскольку на территории города Воронежа такие исследования еще не проводились.