Снежный показатель: оценка экологической безопасности в результате применения антигололедных средств в Ижевске

В последние годы все чаще в качестве объекта мониторинга состояния атмосферы предлагается использовать снеговой покров как показатель загрязненности атмосферы в зимний период на тех территориях, которые характеризуются наличием устойчивого снежного покрова в течение длительного времени.
В отличие от состава атмосферного воздуха, являющегося весьма динамичной средой, снег представляет собой более объективный, представительный и репрезентативный объект анализа. В снежном покрове на 2-3 порядка увеличивается содержание поллютантов (загрязняющих веществ) по сравнению с атмосферным воздухом, что объясняется протеканием двух процессов: во-первых, влажной седиментацией загрязнений в момент формирования кристалликов в воздухе и выпадения их на землю и, во-вторых, сухого осаждения загрязняющих веществ из атмосферы [1]. Соотношение сухих и влажных выпадений зависит от ряда факторов, основными из которых являются длительность холодного периода, в течение которого существует устойчивый снежный покров, частота снегопадов и их интенсивность, а также физико-химические свойства загрязняющих веществ.
Благодаря естественному процессу концентрирования, содержание этих компонентов можно определять достаточно простыми методами с высокой степенью достоверности результатов. Достаточно одной лишь пробы по всей толще снежного покрова, чтобы получить объективные и представительные данные о загрязнении за весь зимний период от образования устойчивого снежного покрова до момента отбора пробы в начальный период снеготаяния. Поскольку интенсивность и количество осадков год от года меняется, то использовать абсолютные значения поллютантов не представляется возможным. Наиболее оптимальным выходом при решении этой проблемы является отбор фоновых образцов снега и анализ полученных данных с учетом этого фонового загрязнения. Снег как объект мониторинга незаменим при установлении источников загрязнения, а также при определении области влияния источников загрязнения.
Характерной особенностью снега является наличие в нем двух фаз: жидкой и твердой. На большинство организмов максимальное воздействие оказывают подвижные формы элементов, хорошо растворимые в воде, поэтому степень их экологической опасности выше по сравнению с малорастворимыми или комплексными соединениями. В период весеннего половодья эти вещества поступают в природные среды, в основном в воду и почву, загрязняя их.
В лаборатории группы физико-химических методов исследования и природоохранных технологий Института прикладной механики УрО РАН с целью выяснения химического состава городского снега за зимний период 2009-2010 гг. были отобраны и проанализированы 29 образцов снежного покрова, взятые в Индустриальном районе г. Ижевска.
Отбор снежных проб производился в период максимального влагозапаса перед началом таяния снега – в конце марта в так называемых «спальных» районах города, которые не испытывают техногенного влияния от расположенных вблизи крупных промышленных предприятий, а только оказываются в зоне воздействия вредных выбросов автотранспорта. Нами были выбраны три точки с приблизительно одинаковой интенсивностью движения, находящиеся в жилом микрорайоне «Север» и «Буммаш», расположенные вдоль улицы Удмуртской  и Воткинского шоссе. Как показали исследования, средняя интенсивность движения в зимний период 2009-2010 гг. в этом районе составляла величину в 3100 единиц автотранспорта/час. Пробы отбирались на расстоянии 1, 5, 10, 15, 25 и 50 м слева и справа от полотна дороги. Фоновый участок выбирали на территории, не подвергающейся загрязнению или испытывающей его в минимальной степени – в лесной зоне, находящейся напротив парка Космонавтов.
Пробоподготовка снега заключается в растапливании отобранных проб. Снег помещают в стеклянные емкости с крышкой, а после таяния снега его подвергают химическому анализу. В комнатных условиях при температуре 250С снежные пробы расслаивались с образованием на водной поверхности темной водно-масляной эмульсии, на дне – осадка из твердых дисперсных частиц, а между ними располагался относительно прозрачный слой солевого раствора. При исследовании химического состава снега возможно использование методик, применяемых для анализа вод [2]. Химические анализы выполнялись по стандартным методикам [3].
При мониторинге снежного покрова были проанализированы обе фазы методами химического (классического) анализа: в фильтрате определяли содержание основных растворимых макрокомпонентов талой воды, а в осадке – содержание взвешенных веществ.
Результаты анализа фонового образца, представленные в табл. 1, свидетельствуют о том, что по большинству рассматриваемых характеристик (рН, цветность, пенистость, щелочность, жесткость, содержание ионов железа, хлоридов, сульфатов, ХПК) полученные величины не превышают величин предельно допустимых концентраций (ПДК). Однако по такому показателю, как количество взвешенных частиц, фиксируется его превышение в 3,6 раза выше установленной нормы даже в фоне.
Данные мониторинга состава талой воды по органолептическим свойствам для образца снега, взятого в жилом микрорайоне «Север», приведенные в табл. 2, указывают на повышенный уровень техногенного загрязнения по большинству параметров. Содержание взвешенных веществ превышает ПДК от 1750 до 10 раз на всем исследованном расстоянии от автомагистрали как в непосредственной близости (1 м - 323- и 680-кратное превышение), так и на значительном удалении (50 м - 10-кратный уровень).
Подобная закономерность просматривается и для цветности, величина которой превышена в 7 раз у проезжей части и приближается к нормативному показателю при удалении от правой части автотрассы на 25 м, а левой – на 10 м. Темная окраска снега вдоль дорог и, соответственно, талой воды обусловлена несколькими причинами. Во-первых, это вынос ряда частиц (сажа, сера, кремний, частицы каучука и др.) из автопокрышек, истираемость которых в зимний период резко возрастает из-за повышенной агрессивности осадков. Во-вторых, это механический вынос компонентов непосредственно из дорожного покрытия, особенно когда в течение зимнего периода велико число повторяющихся циклов «замораживание - оттаивание» при отсутствии постоянного снежного покрова.
Третий источник – химический и механический вынос битумных, масляных и других соединений с днищ автомобилей, большинство из которых обработано антикоррозионными покрытиями. Четвертый источник – жидкости для мытья стекол автомобилей, в состав которых входят растворители и поверхностно-активные вещества (ПАВ), нейтрализаторы, ингибиторы коррозии, ароматизаторы и др. Появление пенистости в анализируемых пробах свидетельствует о наличии ПАВ, которые являются продуктом антропогенного и техногенного происхождения, о чем мы уже упоминали выше.
Из табл. 2, представляющей химический состав анализируемого образца снега, видно, что жесткость воды на правой стороне ул. Удмуртской превышает санитарные показатели от 3,5- до 1,5–кратного количества в зависимости от удаления от автотрассы; превышение ПДК хлоридов на расстоянии 1 м от правой части дороги составляет величину 5,5 раза, на расстоянии 10 м –  2,5 раза. На левой стороне дороги в 10 м от проезжей части вновь резкое возрастание превышения ПДК до 5,2-кратного количества связано с расположенной вблизи внутриквартальной дорогой, что и вызывает увеличение концентрации хлоридов.
Такое большое количество анионов однозначно связано с регулярной обработкой автотрасс в течение зимнего периода антигололедными средствами, которые при очистке проезжей части накапливаются и концентрируются в придорожном снеге. Известно, что в состав смеси песка и различных компонентов, посыпаемой на дороги, входят соли сильных кислот щелочных и щелочно-земельных металлов, которые в водном растворе не подвергаются гидролизу, поэтому, несмотря на огромное количество присутствующих в талой воде солей, величина рН и щелочность соответствуют санитарно-гигиеническим нормам.
Аналогичная закономерность прослеживается и по химическому потреблению кислорода (ХПК), по величине  которого можно судить о наличии загрязнений воды легко окисляемыми веществами органической и неорганической формы. Так, на расстоянии 10 м слева от полотна дороги превышение нормируемых показателей  по ХПК (1,7) даже выше, чем в непосредственной близости (1 м) от проезжей части, где этот показатель превосходит ПДК в 1,5 раза. Резкий рост (практически 2-кратное превышение ПДК по ХПК) фиксируется на максимальном удалении (50 м) от проезжей части; данное возрастание обусловлено, по-видимому, приближением к жилому сектору микрорайона, то есть вновь просматривается влияние антропогенного фактора.
Таким образом, использование в зимний период антигололедных средств вызывает резкий рост источников загрязнения городской среды по многим макрохимическим показателям, не характерных для весеннего, летнего и осеннего периода. Противогололедная реагентная обработка автомагистралей, являясь важным фактором обеспечения безопасности движения в населенном пункте, одновременно формирует комплекс негативных воздействий на природную среду и инженерные структуры города. Данные обстоятельства вызывают необходимость оптимизации методов обработки дорожных покрытий и подбора соответствующих химических реагентов с учетом отечественного опыта их применения, исходя из минимизации экологических последствий, а также методов утилизации снежной массы, содержащей противогололедные реагенты.
На основании полученных данных по химическому составу снега можно сделать  выводы:
1. Современная дорожная техника сдвигает снег к лотковой части дороги и отбрасывает его на небольшое расстояние за обочину, а в условиях города – это газоны, тротуары для пешеходов, а за ними дома. Именно поэтому в наших экспериментальных данных и появляется резкое увеличение концентрации поллютантов на расстоянии примерно 10 м  от проезжей части дороги. Следовательно, снег с городских магистралей нужно  обязательно увозить.
2. Значительный объем снега, вывозимый с городских магистралей, и его высокий уровень загрязненности ставит вопрос об утилизации снежной массы в один ряд с основными проблемами экологического оздоровления города. Решение этой проблемы можно основывать на использовании индустриальных методов обработки вывозимого снега, которые включают в себя:
- устройство постоянных мест складирования снега, связанных непосредственно с очистными сооружениями – «сухих» снегосвалок;
- устройство снегоплавильных заводов при крупных коллекторах городской канализации.
3. Зимний сток от таяния снега появляется во время оттепелей и весеннего снеготаяния с огромными всплесками загрязнений, поэтому необходимо обустроить городскую ливневую канализацию, в частности, в жилом микрорайоне «Север», чтобы потоки грязной талой воды обязательно проходили через очистные сооружения, а не попадали неочищенными в подземные воды. 

Литература:
1. Систер В.Г., Корецкий В.Е. Инженерно-экологическая защита водной системы северного мегаполиса в зимний период. М., изд. МГУЭИ, 2004. 159 с.
2. Дмитриев М.Г., Казнина Н.И., Пинигина И.А. Санитарно-химический анализ загрязняющих веществ в окружающей среде: Справ. изд. – М.: Химия, 1989. 368 с.
3. Вода питьевая. Методы анализа. – М.: Изд-во стандартов, 1984.