Safety in Technosphere Safety in Technosphere Безопасность в техносфере 1998-071X 18432 10.12737/article_59d34e310bbb79.46733089 Контроль и мониторинг Control and monitoring Контроль и мониторинг Trace Element Composition of Snow Cover in Vicinity of Coal- Burning and Gas-Burning Boiler Houses as Used Fuel’s Environmental Performance Indicator Микроэлементный состав снежного покрова в окрестностях угольных и газовых котельных как показатель экологичности используемого топлива Таловская А. В. Talovskaya A. V. talovskaj@yandex.ru

кандидат геолого-минералогических наук;

candidate of geological and mineralogical sciences;

 Язиков Е. Г. Yazikov E. G.

доктор геолого-минералогических наук;

doctor of geological and mineralogical sciences;

 Филимоненко Е. А. Filimonenko E. A.

кандидат геолого-минералогических наук;

candidate of geological and mineralogical sciences;

 Осипова Н. А. Osipova N. A. osipova@tpu.ru

кандидат химических наук;

candidate of chemical sciences;

 Шахова Т. С. Shahova T. S. Национальный исследовательский Томский политехнический университет National Research Tomsk Polytechnic University 6 3 3 12 https://naukaru.ru/en/nauka/article/18432/view

Выбросы котельных сельских поселений остаются недостаточно изученными по сравнению с выбросами крупных городских объектов теплоэнергетики. В статье представлены результаты сравнительного анализа уровня пылевого загрязнения и микроэлементного состава твердых частиц в окрестностях котельных сельских поселений, отличающихся технологическими параметрами и видом топлива (уголь, газ), на основе изучения микроэлементного состава снежного покрова. Установлено, что величина пылевой нагрузки относительно фона в окрестностях разных угольных котельных различается и зависит от объема расходуемого топлива, наличия системы пылегазоулавливания, угольного склада и автомобильного парка. В окрестностях газовых котельных, независимо от их технологических параметров, величина пылевой нагрузки не превышает фон. Показано, что уровень накопления микроэлементов в пробах из окрестностей угольных и газовых котельных относительно фона зависит от вида, состава и объема расхода топлива, состава золы-уноса и локальных источников загрязнения. Выделены общие микроэлементы-индикаторы (Hg, Zn, Ni, Mo, Co, Ba, Sr) и специфические микроэлементы-индикаторы (Cd, As, Sb, Pb, V) техногенного воздействия разных угольных котельных. Предложены общие микроэлементы-индикаторы техногенного воздействия газовых котельных — Hg, As, Cd. Установлено, что природный газ по сравнению с углем более экологичный вид топлива независимо от технологических параметров котельной.

Emissions of rural villages’ boiler houses remain insufficiently studied in comparison with emissions of big urban heat power engineering objects. In this paper have been presented the results of comparative analysis for a dust pollution level and trace element composition of solid particles in vicinity of rural villages’ boiler houses distinguishing by technological parameters and the fuel’s type (coal or gas) based on the snow cover’s trace element composition study. It has been established that the dust load value relating to background in vicinity of different coal-burning boiler houses is varying and depends on fuel consumption volumes, availability of dust and gas trapping system, coal depository and vehicle park. The dust load value does not exceeded background in vicinity of gas- burning boiler houses no matter of their technological parameters. It has been demonstrated that the trace elements accumulation level in the samples from vicinity of coal-burning and gas-burning boiler houses depends on type, composition and flow rates of fuel, as well as from the fly ash composition and local emissions sources. Have been marked general tracer elements (Hg, Zn, Ni, Mo, Co, Ba, Sr) and specific ones (Cd, As, Sb, Pb, V) of man-made impact for different coal-burning boiler houses. Hg, As, Cd have been proposed as general tracer elements of man-made impact for coal-burning boiler houses. It has been stated that natural gas is the most environmental friendliness fuel in comparison with coal regardless of boiler house’s technological parameters.

 котельная уголь природный газ твердая фаза снега микроэлементы геохимия. boiler house coal natural gas solid phase of snow trace elements geochemistry.

1. ВведениеВ число загрязняющих атмосферный воздух веществ входят опасные для здоровья человека мелкодисперсные твердые частицы, одним из антропогенных источников поступления которых выступает процесс сжигания топлива для производства тепла и электроэнергии [1].

Ревич Б. А. К оценке влияния деятельности ТЭК на качество окружающей среды и здоровье населения // Проблемы прогнозирования. 2010. № 4. С. 87-89. Revich B. A. K ocenke vlijanija dejatel’nosti TJeK na kachestvo okruzhajushhej sredy i zdorov’e naselenija [By impact assessment of FEC on the environment and risk assessment]. Problemy prognozirovanija [Problems of prognosis]. 2010, I. 4, pp.87-89. (in Russian) Битюкова В. Р., Бурденко В. О. Тепловая энергетика России // География. 2001. № 34. С. 7-26. Bitjukova V. R., Burdenko V. O. Teplovaja jenergetika Rossii [Fuel energy of Russia]. Geografija [Geography]. 2001, I. 34, pp.7-26. (in Russian) Wang, H.L., Hao, Z.P., Zhuang, Y.H., Wang, W., Liu, X. Y. Characterization of inorganic components of sizesegregated particles in the flue gas of a coal-fired power plant // Energy & Fuels. 2008; 22: pp.1636-1640. DOI: 10.1021/ef700527y Wang, H.L., Hao, Z.P., Zhuang, Y.H., Wang, W., Liu, X. Y. Characterization of inorganic components of sizesegregated particles in the flue gas of a coal-fired power plant. Energy & Fuels. 2008; 22: pp.1636-1640. DOI: 10.1021/ef700527y Vejahati F., Xu Z., Gupta R. Trace elements in coal: Associations with coal and minerals and their behavior during coal utilization-A review // Fuel. 2010; 4, pp. 904-911. DOI:10.1016/S0378-3820(03)00174-7 Vejahati F., Xu Z., Gupta R. Trace elements in coal: Associations with coal and minerals and their behavior during coal utilization-A review. Fuel. 2010; 4: pp. 904-911. DOI:10.1016/S0378-3820(03)00174-7 Юдович Я. Э., Кетрис М. П. Токсичные элементы-примеси в ископаемых углях. Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 2005. - 655 с. Yudovich Ya.E., Ketris M. P. Toksichnye jelementy-primesi v iskopaemyh ugljah [Toxic trace elements in Coal]. Ekaterinburg, UrO RAN Publ., 2005. 655 p. (in Russian) Wehner B, Wiedensohler A. Aerosol characterization of a natural gas and oil-fired heating plant // J. Aerosol Sci. 1999; 30 (Supl.1): pp.113-S114. Wehner B, Wiedensohler A. Aerosol characterization of a natural gas and oil-fired heating plant. J. Aerosol Sci. 1999; 30 (Supl.1): pp. 113-S114. Шевченко В. П., Воробьев С. Н., Кирпотин С. Н., Крицков И. В., Манасыпов Р. М., Покровский О. С., Политова Н. В. Исследование нерастворимых частиц в снежном покрове Западной Сибири на профиле от Томска до эстуария Оби // Оптика атмосферы и океана. 2015. Т. 26, № 6. С. 499-504. Shevchenko V. P., Vorob’ev S.N., Kirpotin S. N., Krickov I. V., Manasypov R. M., Pokrovskij O. S., Politova N.V Issledovanie nerastvorimykh chastitz v snezhnom pokrove Zapadnoi Sibiri na profile ot Tomska lo estuariya Obi [Investigations of insoluble particles in the snow cover of the Western Siberia from Tomsk to the Ob estuary]. Optika atmosfery i okeana [Atmos Ocean Optics]. 2015, V. 26, I. 6, pp. 499-504. (in Russian) Бортникова, С.Б., Рапута В. Ф., Девятова А. Ю., Юдахин Ф. Н. Методы анализа данных загрязнения снегового покрова в зонах влияния промышленных предприятий (на примере г. Новосибирск) // Геоэкология, инженерная геология, гидрогеология, геокриология. 2009. № 6. С. 515-525. Bortnikova, S.B., Raputa V. F., Devjatova A. Ju., Judahin F. N. Metody analiza dannyh zagrjaznenija snegovogo pokrova v zonah vlijanija promyshlennyh predprijatij (na primere g. Novosibirsk) [Methods of analyzing data on the snow cover contamination in the areas affected by industrial enterprises (by the example of Novosibirsk)]. Geojekologija, inzhenernaja geologija, gidrogeologija, geokriologija [Geoecology, engineering geology, hydrogeology, geocryology]. 2009, I. 6, pp.515-525. (in Russian) Filimonova L. M., Parshin A. V., Bychinskii V. A. Air pollution assessment in the area of aluminum production by snow geochemical survey // Russian Meteorology and Hydrology. 2015. Vol. 40, № 10: pp.691-698. https://doi.org/10.3103/S1068373915100076 Filimonova L. M., Parshin A. V., Bychinskii V. A. Air pollution assessment in the area of aluminum production by snow geochemical survey // Russian Meteorology and Hydrology. 2015. Vol. 40; 10: pp.691-698. https://doi.org/10.3103/S1068373915100076 Таловская А. В., Язиков Е. Г., Шахова Т. С., Филимоненко Е. А. Оценка аэротехногенного загрязнения в окрестностях угольных и нефтяных котельных по состоянию снегового покрова (на примере Томской области) // Известия Томского политехнического университета. 2016. Т. 327, № 1. С. 116-130. Talovskaya A. V., Yazikov E. G., Shakhova T. S., Filimonenko E. A. Ocenka ajerotehnogennogo zagrjaznenija v okrestnostjah ugol’nyh i neftjanyh kotel’nyh po sostojaniju snegovogo pokrova (na primere Tomskoj oblasti) [Assessment of aerotechnogenic pollution: case study in the vicinity of coalufired and oilufired local boiler houses in Tomsk region]. Izvestija Tomskogo politehnicheskogo universiteta [Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering]. 2016, V. 327, I. 10, pp. 116-130. (in Russian) Talovskaya A. V., Yazikov E. G. Filimonenko E. A., Samokhina N. P., Shakhova T. S., Parygina I. A. Element composition of solid airborne particles deposited in snow in the vicinity of gas-fired heating plant [Electronic resources] // Proceedings of SPIE. 2016. Vol. 10035: Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics. [100354F, 4 p.]. DOI: 10.1117/12.2249309 Talovskaya A. V., Yazikov E. G. Filimonenko E. A., Samokhina N. P., Shakhova T. S., Parygina I. A. Element composition of solid airborne particles deposited in snow in the vicinity of gas-fired heating plant [Electronic resources]. Proceedings of SPIE. - 2016. - Vol. 10035: Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics. - [100354F, 4 p.]. DOI: 10.1117/12.2249309 Василенко В. Н., Назаров И. М., Фридман Ш. Д. Мониторинг загрязнения снежного покрова. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. - 182 с Vasilenko V. N., Nazarov I. M., Fridman Sh.D. Monitoring zagrjaznenija snezhnogo pokrova [Monitoring of snow pollution]. Gidrometeoizdat Publ., 1985. 182 p. (in Russian) Сает Ю. Е., Ревич Б. А., Янин Е. П., Смирнова Р. С. Геохимия окружающей среды. М.: Недра, 1990. - 335 с. Saet Ju.E., Revich B. A., Janin E. P., Smirnova R. S. Geohimija okruzhajushhej sredy [Geochemistry of environment]. Moscow, Nedra Publ., 1990. 335 p. (in Russian) Методические рекомендации по оценке степени загрязнения атмосферного воздуха населенных пунктов металлами по их содержанию в снежном покрове и почве / Под ред. Б. А. Ревич, Ю. Е. Саета, Р. С. Смирновой (Утв. 15 мая 1990 г. № 5174-90). М.: ИМГРЭ, 1990. - 7 с. Metodicheskie rekomendacii po ocenke stepeni zagrjaznenija atmosfernogo vozduha naselennyh punktov metallami po ih soderzhaniju v snezhnom pokrove i pochve [Methodological recommendations on assessment of air pollution according to study of metal concentration in snow and soil in settlements]. Moscow, IMGRJe Publ., 1990. 7 p. (in Russian) Янченко Н. И., Яскина О. Л. Особенности химического состава снежного покрова и атмосферных осадков в городе Братске // Известия ТПУ. 2014. № 3. С. 27-35. Janchenko N. I., Jaskina O. L. Osobennosti himicheskogo sostava snezhnogo pokrova i atmosfernyh osadkov v gorode Bratske [Features of chemical composition of snow cover and precipitation in Bratsk]. Izvestija TPU [Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering]. 2014, I. 3, pp. 27-35. (in Russian) Королева Г. П., Холодова М. С. Оценка экологического состояния городов Приангарья по атмосферным осадкам в зимний и летний периоды // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2012; 7(66). С. 60-66. Koroleva G. P., Holodova M. S. Ocenka jekologicheskogo sostojanija gorodov Priangar’ja po atmosfernym osadkam v zimnij i letnij periody [Environmental evaluation of Angara region cities by precipitation in winter and summer periods]. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta [Bulletin of the Irkutsk State Technical University]. 2012, I. 7(66), pp. 60-66. (in Russian) Винокуров С. Ф., Петренко Д. Б., Сычкова В. А., Тарасова Н. П. Распределение редкоземельных элементов в пробах снега - чувствительный показатель загрязнения окружающей среды // Доклады Академии наук. 2014. Т. 456,№ 3. С. 320-324. Vinokurov S. F., Petrenko D. B., Sychkova V. A., Tarasova N.P Raspredelenie redkozemel’nyh jelementov v probah snega - chuvstvitel’nyj pokazatel’ zagrjaznenija okruzhajushhej sredy [REE distribution of snow samples: A sensitive indicator of environment pollution]. Doklady Akademii nauk [Doklady Earth Sciences]. 2014, V. 456, I. 3, pp. 320-324. (in Russian) Касимов Н. С., Кошелева Н. В., Власов Д. В., Терская Е. В. Геохимия снежного покрова в Восточном округе Москвы // Вестник Моск. ун-та. Сер. 5, геогр. 2012, № 4. С. 14-24. Kasimov N. S., Kosheleva N. V., Vlasov D. V., Terskaya E. V. Geokhimiya snezhnogo pokrova v Vostochnom okruge Moskvy [Geochemistry of the snow cover in the Eastern District of Moscow]. Vestnik Moskovskogo Unviersiteta, Seriya Geografiya [Bulletin of Moscow University. Geography series]. 2012, I. 4, pp.14-24. (in Russian) Михальчук А. А., Язиков Е. Г. Многомерный статистический анализ эколого-геохимических измерений. Часть II. Компьютерный практикум. Учебное пособие. Томск: Изд. Томского политехнического университета, 2014. - 150 с. Mihal’chuk A.A., Yazikov E. G. Mnogomernyj statisticheskij analiz jekologo-geohimicheskih izmerenij. Chast’ II. Komp’ juternyj praktikum [Multidimensional statistical analysis of ecological and geochemical measurements. Part II. Computer workshop]. Tomsk, Tomskii politehnicheskii universitet Publ., 2014. 150 p. (in Russian) Снежко С. И. Шевченко О. Г. Источники поступления тяжелых металлов в атмосферу // Ученые записки РГГМУ. 2011, Т. 18. С. 35-37. Snezhko S. I., Shevchenko O. G. Istochniki postuplenija tjazhelyh metallov v atmosferu [Emissions sources of heavy metals to the environment]. Uchenye zapiski RGGMU [Science bulletin of RGGMU]. 2011, I. 18, pp. 35-37. (in Russian) Арбузов С. И. Металлоносность углей Сибири // Известия Томского политехнического университета. 2007, № 1. С. 77-83. Arbuzov S. I. Metallonosnost’ uglej Sibiri [Metalliferous coal Siberia]. Izvestija Tomskogo politehnicheskogo universiteta [Bulletin of the Tomsk Polytechnic University]. 2007, I. 1, pp. 77-83. (in Russian) Волостнов А. В., Арбузов С. И. Токсичные элементы в углях Сибири // Энергетик. 2011. № 3. С. 39-44. Volostnov A. V., Arbuzov S. I. Toksichnye jelementy v ugljah Sibiri [Toxic elements in coal Siberia]. Jenergetik [Energetic]. 2011, I. 3, pp. 39-44. (in Russian) Чекрыжов И. Ю., Голохваст К. С. Сигнальные компоненты атмосферных взвесей городов. Часть II. Микрочастицы металлов // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2013. Выпуск 50. С. 114-120. Chekryzhov I. Ju., Golohvast K. S. Signal’nye komponenty atmosfernyh vzvesej gorodov. Chast’ II. Mikrochasticy metallov [Sygnal components of atmospheric suspended matters. Part I. Particles of biological origin]. Bûlleten’ fiziologii i patologii dyhaniâ [Bulletin Physiology and Pathology of Respiration]. 2013, I. 50, pp. 114-120. (in Russian) Chaturabul S., Wannachod P., Rojanasiraprapa B., Summakasipong S., Lothongkum A. W., Pancharoen U. Arsenic removal from natural gas condensate using a pulsed sieve plate column and mass transfer efficiency // Separation Science and Technology. 2012. № 3(47). http:// dx.doi.org/10.1080/01496395.2011.614833 Chaturabul S., Wannachod P., Rojanasiraprapa B., Summakasipong S., Lothongkum A. W., Pancharoen U. Arsenic removal from natural gas condensate using a pulsed sieve plate column and mass transfer efficiency // Separation Science and Technology. 2012; 3(47). http:// dx.doi.org/10.1080/01496395.2011.614833 Locating and estimating air emissions from sources of cadmium and cadmium compounds. EAP-457/R-93-040. 1993. Locating and estimating air emissions from sources of cadmium and cadmium compounds. EAP-457/R-93-040. 1993. Рыжов В. В., Машьянов И. Л., Озерова Н. А. Первая регистрация периодических вариаций содержания ртути в природном углеводородном газе // Ученые записки СПбГУ. 1998. Выпуск 35, № 433. С. 309-316. Ryzhov V. V., Mash’janov I.L., Ozerova N. A. Pervaja registracija periodicheskih variacij soderzhanija rtuti v prirodnom uglevodorodnom gaze [First study of mercury concentratin in natural gas]. Uchenye zapiski SPbGU [Science bulletin of SPbGU]. 1998, I. 35, pp. 309-316. (in Russian)