ОЦЕНКА КОНЦЕНТРАЦИИ ПОЛИЦИКЛИЧЕСКИХ АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ (ПАУ) В ПОЧВЕННО-РАСТИТЕЛЬНОМ ПОКРОВЕ, ПРИ ВЛИЯНИИ АВТОТРАНСПОРТНОЙ НАГРУЗКИ

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются вопросы оценки генерации ПАУ, связанных с увеличением автотранспортной нагрузки. Основным источником ПАУ от влияния автотранспорта, являются шины, отработанные газы (ОГ), асфальтодорожное полотно, протекторы шин. Представляет особый интерес оценка поступления полиаренов в почвенно-растительный покров. Затронуты вопросы миграции приоритетных ПАУ в почвенном покрове и растительности, при длительных автотранспортных нагрузках. Впервые представлена информация, оценки влияния транспортной нагрузки, на почвенно-растительный покров. Результаты данных концентраций полиаренов, позволят выработать ряд критериев и рекомендаций по разработке пробеговых коэффицентов ПАУ.

ABSTRACT

The article discusses the issues of assessing the generation of PAHs associated with an increase in traffic load. The main source of PAHs from the influence of motor vehicles are tires, exhaust gases (EG), asphalt road surfaces, and tire treads. Of particular interest is the assessment of the entry of polyarenes into the soil and vegetation cover. The issues of migration of priority PAHs in soil cover and vegetation under long-term vehicle loads are raised. For the first time, information and assessments of the impact of transport load on soil and vegetation cover are presented. The results of these polyarene concentrations will allow us to develop a number of criteria and recommendations for the development of PAH coefficients.

Ключевые слова: автотранспортная нагрузка, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), почвенный покров, растительность, загрязнение, городская среда.

Keywords: vehicle load, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), soil cover, vegetation, pollution, urban environment.

Актуальность проблемы. На сегодняшний день, установлено, что один легковой автомобиль ежегодно поглощает из атмосферы в среднем более 4 т кислорода, выбрасывая с отработавшими газами примерно 800 кг окиси углерода, около 40 кг окислов азота и почти 200 кг различных углеводородов. В крупных городах на магистральных улицах сосредотачивается до 3/4 всего автомобильного движения, а это означает, что магистрали загружен в 10 раз больше, чем остальные улицы [1, c.420]. Такой прирост автомобилей приводит к увеличению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. По данным портала Правительства Москвы, объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от автомобильного транспорта в 2021–2022 годах составил порядка 880 тысяч тонн [10, с.1].

На сегодняшний день существует ряд методических подходов к оценке, транспортной нагрузки на окружающую среду. Как правило, методический расчет транспортной нагрузки, затрагивает количественное поступление загрязнителей в атмосферный воздух, при этом остается малоизученным подход оценки взаимосвязи влияния транспортных источников, на почвенный и растительный покров.

Среди основного перечня загрязнителей, отдельную группу составляют 16 приоритетных полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). К ним следует отнести виды малокольцевых и многокольцевых ПАУ, отнесенных согласно международному списку, Американского агентства по охране окружающей среды (US EPA), к ряду канцерогенных, несущих токсический и аккумулятивный эффект, на здоровье народонаселения. Известно, что ПАУ, относятся к ряду стойких органических загрязнителей, способных накапливаться в объектах окружающей среды [2, с. 669]. Почвы и растения (разные их части) – динамические компоненты среды: их состояние изменяется во времени под влиянием меняющихся нагрузок во внешней среде. Однако внутренние свойства этих динамических компонентов определяют разные скорости обменных процессов при миграции загрязнителей от одного компонента к другому [13, с.66].

Автотранспортная нагрузка в этом отношении представляет наибольший интерес, в виду малоизученного характера влияния транспорта при генерации приоритетных групп ПАУ и их последующий аккумулятивный эффект на почвенно-растительный покров. Целью исследования – выступила методическая оценка расчета 16 приоритетных ПАУ, от источников автотранспорта и их последующая концентрация в почвенно-растительном покрове.

Объектом исследования выбрана территория кампуса РУДН (Москва, Россия) с прилегающей лесопарковой зоной суммарной площадью около 114 га. Территория окружена транспортными объектами, в том числе крупной автомагистралью Ленинского проспекта с мощным круглосуточным транспортным потоком (легковой, грузовой и пассажирский транспорт). Экологическое состояние исследуемой территории проведено по уникальной программе, разработанной в РУДН в рамках проекта Зеленый Университет по экологизации, участия в партнерстве UI Green Metric. Начиная с 2017 г. накоплено более 3500 тыс. данных о загрязненности атмосферы, состоянии почв, снегового покрова, растительности, акустической нагрузки [11, c.114].

Методы оценки опирались на расчётный подход нагрузки ПАУ от автотранспортных выбросов двигателей внутреннего сгорания (ДВС), истирания шин и асфальта. В том числе проведен лабораторный анализ, содержания 16–ти ПАУ, поверхностного почвенного покрова и травянистой растительности с целью оценки влияния источников траспортной нагрузки. Отбор и последующий анализ проб почв и растительности проводился строго с использованием оффициальных методик [ГОСТ 17.4.3.01-2017, c 2-3]; [ ГОСТ 27262-87, c.3]; [ПНД Ф 16.1:2:2.2:2.3:3.39-2003, c.3-5].С целью оценки разницы накопления ПАУ, отбор проб, был проведен в 3-х условных зонах кампуса РУДН: лесопарковой, социально-административной и транспортной. При определении теоретического расчета ПАУ, в источниках транспортной нагрузки, определенной сложностью анализа, является отсутствие данных пробеговых коэффициентов ПАУ, в официальных расчетных методиках [ГОСТ Р 56162–2019 c.3-6].

С этой целью, был произведен расчет количества автотранспортных средств, согласно методике [ГОСТ Р 56162–2019, c.3-6] на нескольких автодорогах прилегающих к территории кампуса РУДН (таблица 1). Для получения оценки генерации индивидуальных ПАУ, от продуктов транспортной нагрузки был использован методический подход, представленный в [12, c.102] и [3,c.24-36 ].

Таблица 1.

Процентное соотношение видов АТС, 5 автотранспортных участков кампуса

На основании данных количественного распределения, транспортных средств, были рассчитаны объемы поступления ПАУ от транспортных источников 5-ти автодорог. В таблице 2, представлены основные результаты количества ПАУ, от продуктов автотранспортной нагрузки.

Таблица 2.

Поступления ПАУ с учетом структуры автотранспортных потоков кг/год, на участках автодорог

В таблице 3, представлены результаты расчетной нагрузки ПАУ, от основных источников автотранспортной нагрузки.

Таблица 3.

Данные концентраций ПАУ, на участках кампуса

Как показали результаты расчета индивидуальных ПАУ, наибольший объем полиаренов пришелся на дорожные частицы (продукты истирания автодорожного полотна) и отработанные газы автотранспорта. Автомобильные шины и частицы тормозных протекторов, характеризовались меньшим объемом поступления ПАУ. Для выделения источника генерации ПАУ, важным принципом выступает видовые особенности полиаренов. Выраженную картину процентного соотношения видов и групп ПАУ, можно увидеть на (рис.1). На диаграмме ниже, представлены результаты генерации групп индивидуальных ПАУ от продуктов АТС.

Рисунок 1. Диаграмма % -го содержания ПАУ в продуктах транспортной нагрузки

По результатам процентного распределения групп полиаренов, отмечено увеличение многокольцевых ПАУ в тормозных накладках и частицах шин. В этом же случае доля процента, 2-3 кольчатых ПАУ, была выявлена в отработанных газах и частицах асфальтодорожного покрытия. Сравнение данных исследований ПАУ в продуктах АТС, методами лабораторных и инструментальных анализов, выявили сходство реальной концентрации легких и тяжелых групп ПАУ с расчетными данными транспортной нагрузки, табл.3.

Таблица 3.

Результаты концентрации индивидуальных ПАУ, в почве и растительности

* Средние значения; *среднеквадратичное отколонение

Результаты концентрации ПАУ, в почвенном покрове и растительности, указывают на увеличение концентрации ПАУ, в зоне автотранспорта кампуса РУДН. Причем отмечены увеличение как легких так и тяжелых групп полиаренов. Как правило, маркерами транспортной нагрузки являются многокольцевые ПАУ. Как показывают исследования [3,с.24]; [14, с.3330] концентрации данных полиаренов присутствуют в отработанных газах, автомобильных шинах и покрышках. По данным исследований [8, с.104] асфальтодорожное полотно, содержит большое количество ПАУ разнообразной структуры. Сравнение результатов процентного соотношения концентраций полиаренов указывает на увеличение 4-х и 5 кольцевых ПАУ, в почвенном покрове автотранспортной зоны. Стебли и корни растительности, имели увеличение 2-3-х кольцевых ПАУ, (рис.2).

Рисунок 2. Процентное распределение групп ПАУ, в растительности и почвенном покрове

Подобные различия могут обьясняться особенносями растительных организмов, аэральным привносом ПАУ, фильтрующей ролью корней, возможным затруднением проникновения многокольцевых ПАУ, в стебли растительности. В исследованиях [4, с.607], приводятся данные о ферментативных особенностях метаболизма разительности, что в свою очередь делает необходимым учет растительных организмов, в качестве биоиндикаторов транспортной нагрузки.

 Приведенные выше данные могут свидетельствовать о необходимости последующего анализа нагрузки генерации ПАУ от продуктов АТС: автомобильных шин, дорожного полотна и отработанных газов. Почвенный покров и растительные организмы в этом отношении могут выступать естественными маркерами транспортной нагрузки. Последующий анализ применения почвы и растительности в качестве индикаторов транспортной нагрузки способен расширить представления рассматриваемых коэффициентов приоритетных ПАУ в расчетных методиках транспортной нагрузки.

Выводы

Зачастую отсутствуют подходы, характеризующие уровень нагрузки территории обосновывающие их реальный эффект воздействия. В имеющемся исследовании применение почвенно-растительных компонентов, позволило создать последовательный принцип изучения нагрузки транспортных потоков.

Наличие расчетных методик, не всегда имеют достаточный уровень оценки поступления загрязнителей, что усложняет процесс их последующего анализа. Впервые представлен подход оценки применения расчетных методов генерации 15 приоритетных видов ПАУ от объема и количества автотранспортных средств. Приведена оценка поступления индивидуальных полиаренов, от истирания автомобильных шин, тормозных механизмов, износа автодорожного полотна.

Список литературы:

1. Боева Д.В., Хаустов А.П. Оценка влияния автотранспорта на территорию кампуса Российского университета дружбы народов // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. 2018. Т. 26. № 4. С. 419—430.
2. Белинская Е. А., Зыкова Г. В., Семёнов С. Ю., Финаков Г. Г. Полициклические ароматические углеводороды в почвах г. Москвы. Почвоведение, 2015, № 6, с. 668–674.
3. Васильев А.В. Повышение качества оценки комплексной экологической безопасности автотранспортных средств. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. Москва 2019 г. С.107.
4. Габов Д.Н., Безносиков В.А., Кондратенок Б. М., Яковлева Е. В. Полициклические ароматические углеводороды в почвах техногенных ландшафтов. Геохимия. 2010. № 6. С. 606–617.
5. ГОСТ Р 56162–2019. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу. Метод расчета количества выбросов загрязняющих веществ в атмосферу потоками автотранспортных средств на автомобильных дорогах разной категории. //ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ». М.2014. 10с.
6. ГОСТ 17.4.3.01-2017. Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб.
7. ГОСТ 27262-87. «Корма растительного происхождения».
8. Никифорова Е. М., Кошелева Н.Е. Полициклические ароматические углеводороды в дорожном покрытии и экраноземах Восточного округа Москвы. Вестник ПНИПУ. Прикладная экология. Урбанистика. 2020. № 2, с. 94–117.
9. ПНД Ф 16.1:2:2.2:2.3:3.39-2003. Количественный химический анализ почв. Методика измерений массовой доли бенз(а)пирена в пробах почв, грунтов, твердых отходов, донных отложений, осадках сточных вод методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с флуоресцентным детектированием с использованием жидкостного хроматографа «Люмахром». (изд. 2012 г.)
10. Портал открытых данных Правительства Москвы, Динамика объема выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от автомобильного транспорта (Электронная библиотека данных) https://data.mos.ru/opendata/7704221753-dinamika-obema-vybrosov zagryaznyayushchih-veshchestv-v-atmosferniy-vozduh-ot-avtomobilnogo-transporta (2015)
11. Редина М.М., Хаустов А.П., Ли С., Кенжин Ж.Д., Силаева П.Ю. Показатели опасности загрязнения городских почв полициклическими углеводородами на примере результатов мониторинга кампуса РУДН. Вестник РУДН. Сер.: Экология и безопасность жизнедеятельности, 2020, №2. С. 112–130.
12. Руководство ЕМЕП/ЕАОС по инвентаризации выбросов, 2017. Пассажирский транспорт, легковой коммерческий и грузовой транспорт, включая автобусы и мотоциклы.
13. Хаустов А.П., Редина М.М. Оценка пирогенного загрязнения почвенно-растительной системы на основе геохимических маркеров для локальной модели транспортной нагрузки // Антропогенная трансформация природной среды. 2021. Т. 7. № 1. С. 65–86.
14. Ioannis Sadiktsis, Christoffer Bergvall, Christer Johansson, and Roger Westerholm. Automobile Tires a Potential Source of Highly Carcinogenic Dibenzopyrans to the Environment. Environ. Sci. Technol. 2012.46. 3326−3334.