Safety in Technosphere Safety in Technosphere Безопасность в техносфере 1998-071X 27779 10.12737/article_5c7e2b94824fd0.40107886 Экологическая безопасность Ecological safety Экологическая безопасность Risks of Toxic Trace Elements’ Inhalation Influence in Vicinity of Local Boilers Риски ингаляционного влияния токсичных микроэлементов в окрестностях локальных котельных Осипова Н. А. Osipova N. A. osipova@tpu.ru

кандидат химических наук;

candidate of chemical sciences;

 Филимоненко Е. А. Filimonenko E. A.

кандидат геолого-минералогических наук;

candidate of geological and mineralogical sciences;

 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;

 Шахова Т. С. Shahova T. S. Национальный исследовательский Томский политехнический университет National Research Tomsk Polytechnic University 7 3 10 18 https://zh-szf.ru/en/nauka/article/27779/view

Целью работы явилось выявление рисков ингаляционного воздействия от вдыхания токсичных элементов, содержащихся в выбросах котельных, использующих различные виды топлива (уголь, нефть, газ, древесина), и выявление приоритетности загрязняющих веществ. Показатели канцерогенного и неканцерогенного риска вычислены через расчетные данные о концентрациях микроэлементов в атмосферном воздухе, на основании их содержания в твердой фазе снежного покрова, установленного экспериментально. По суммарному значению коэффициента опасности ингаляционного воздействия изученные территории можно ранжировать в виде следующего ряда котельных: угольные > дровяная >газовые ≥нефтяные. Воздействие указанных видов деятельности может быть расценено как допустимое и приемлемое. Ранжированы вклады тяжелых металлов в показатели риска. Mn, Cu, Ba, Al вносят наибольший вклад в коэффициент опасности и входят в число элементов-индикаторов для зольных выбросов угольных котельных. Для всех элементов, обладающих канцерогенными свойствами (Сr (VI), Сd, As, Be, Ni, Co, Pb), значения индивидуального канцерогенного риска ниже 10–5 для окрестностей всех рассматриваемых котельных. Такие значения соответствуют пренебрежимо малому уровню риска. С практической точки зрения, дифференциация выбросов тяжелых металлов как по природе, так и по содержанию при использовании различных видов топлива сказывается на показателях риска для здоровья и может быть информативна при выборе топлива для котельных индивидуального жилищного строительства.

The aim of this paper is revelation of risks caused by inhalation of toxic elements, containing in emissions of boilers using different types of fuels (coal, oil, gas, woods), and the pollutants priority identification. The carcinogenic and non-carcinogenic risks factors have been calculated through calculated data on trace elements concentrations in the air, based on established experimentally their content in the snow cover’s solid phase. According to the total value of the inhalation impact’s danger factor the studied territories can be ranked in the following range of boilers: coal > woods >gas ≥ oil ones. The impact of these activities can be appraised as permissible and acceptable. Contributions of heavy metals into risk characteristics have been ranked. Elements Mn, Cu, Ba, Al make the major contribution to the hazard coefficient and are among the elements-indicators for ash emissions of coal boilers. For all elements with carcinogenic properties (Cr (VI), Cd, As, Be, Ni, Co, Pb) the values of individual carcinogenic risk are below 10–5 for environs of all considered boilers. Such values correspond to the negligible risk level. From a practical standpoint, the heavy metals’ emissions differentiation both by nature and content, when using different types of fuel, affects the health risk indicators and can be informative when choosing a fuel for boilers of individual housing construction.

 сжигание топлива твердый осадок снега микроэлементы ингаляционный риск. fuel combustion snow’s frozen precipitation trace elements inhalation risk.

1. ВведениеИзучение влияния выбросов локальных котельных на окружающую среду и здоровье человека представляется актуальной задачей в настоящее время. Выбросы загрязняющих веществ предприятий теплоэнергетики, обусловленные процессами сгорания органического топлива, относятся к основным источникам загрязнения атмосферы. Объемы вредных пылегазовоздушных выбросов связаны с качеством и количеством сжигаемого топлива, полнотой его использования, а также с эффективностью в целом работы источника теплоснабжения. При сжигании твердого топлива, прежде всего угля, в атмосферу с дымовыми газами поступает летучая зола, частицы которой содержат углерод, диоксид кремния, оксиды алюминия и железа, серу, некоторые органические соединения, тяжелые металлы и другие химические элементы. При сжигании жидкого и газового топлива выход твердых частиц значительно меньше, однако они и газообразные продукты характеризуются высокими концентрациями многих вредных химических веществ [1]. Экологический фактор учитывается при выборе мест строительства поселков с собственной инфраструктурой, включающей локальные котельные. Кроме того, их обособленность и удаленность от более мощных источников выбросов позволит оценить именно влияние этого фактора — выбросов предприятий по производству электроэнергии для нужд конкретного потребителя. Выбросы теплоэнергетических предприятий, использующих ископаемые виды топлива, в первую очередь уголь и мазут, вносят существенный вклад в загрязнение атмосферного воздуха твердыми частицами, содержащими токсичные элементы [2]. Образующиеся при сжигании ископаемого топлива мелкие и ультрамелкие частицы могут оказывать негативное влияние на сердечно-сосудистую систему [3], органы дыхания [4]. Вдыхание пылевидных металлосодержащих частиц, образующихся при сжигании топлива, является фактором риска для здоровья человека. На основе вышеизложенного определение уровня загрязнения атмосферного воздуха пылевыми металлосодержащими частицами и оценка риска здоровью населения в окрестностях сельских объектов малой энергетики требует детальных исследований. Для выполнения такого рода комплексного исследования наиболее доступным и эффективным методом является снеговая съемка. Снеговой покров, являясь естественным планшетом-накопителем загрязняющих веществ из атмосферы, позволяет получить информацию об элементном и минерально-фазовом составе пылевых частиц и определить источники их поступления.2. Материалы и методыИсследования проведены в зоне влияния двух угольных, двух газовых, одной нефтяной и дровяной котельных, расположенных в сельской местности Томской области, отличающихся не только видом используемого топлива, но и производительностью [5].

Тайлашева Т. С., Красильникова Л. Г., Воронцова Е. С. Оценка вредных выбросов в атмосферу от котельных Томской области // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. - 2013. - Т. 322. - № 4. - С. 52-55. Taylasheva T. S., Krasil’nikova L.G., Vorontsova E. S. Otsenka vrednykh vybrosov v atmosferu ot kotel’nykh Tomskoy oblasti [Estimation of harmful emissions into the atmosphere from boilers of the Tomsk region]. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. Inzhiniring georesursov [News of Tomsk Polytechnic University. Georesource engineering]. 2013, V. 322, I. 4, pp. 52-55. (in Russian). Sharma R., Pervez Y., Pervez S. Seasonal evaluation and spatial variability of suspended particulate matter in the vicinity of a large coal-fired power station in India - A case study. Environ monit assess. - 2005. - V.102. - pp. 1-13. Sharma R., Pervez Y., Pervez S. Seasonal evaluation and spatial variability of suspended particulate matter in the vicinity of a large coal-fired power station in India - A case study. Environ monit assess. - 2005. - V.102. - pp. 1-13. Samet J., Rappold A., Graff D., et al. Concentrated ambient ultrafine particle exposure induces cardiac changes in young healthy volunteers. Am J Respir Crit Care Med. - 2009. - V.179. - pp. 1034-1042 Samet J., Rappold A., Graff D., et al. Concentrated ambient ultrafine particle exposure induces cardiac changes in young healthy volunteers. Am J Respir Crit Care Med. - 2009. - V.179. - pp. 1034-1042 Величковский Б. Т. Патогенетическое значение пиковых подъемов среднесуточных концентраций взвешенных частиц в атмосферном воздухе населенных мест // Гигиена и санитария. - 2002. - № 6. - С. 14-16. Velichkovskiy B. T. Patogeneticheskoe znachenie pikovykh pod»emov srednesutochnykh kontsentratsiy vzveshennykh chastits v atmosfernom vozdukhe naselennykh mest [Pathogenetic significance of peak rises in average daily concentrations of suspended particles in the atmospheric air of populated areas]. Gigiena i sanitariya [Hygiene and Sanitation]. 2002, I. 6, pp. 14-16. (in Russian). Таловская А. В., Язиков Е. Г., Филимоненко Е. А., Осипова Н. А., Шахова Т. С. Микроэлементный состав снежного покрова в окрестностях угольных и газовых котельных как показатель экологичности используемого топлива // Безопасность в техносфере. - 2017. - № 3. - С. 3-12. Talovskaya A. V., Yazikov E. G., Filimonenko E. A., Osipova N. A., Shakhova T. S. Mikroelementnyy sostav snezhnogo pokrova v okrestnostyakh ugol’nykh i gazovykh kotel’nykh kak pokazatel’ ekologichnosti ispol’zuemogo topliva [The trace element composition of snow cover in the vicinity of coal and gas boilers as an indicator of environmental friendliness of the fuel used]. Bezopasnost’ v tekhnosfere [Safety in the Technosphere]. 2017, I. 3, pp. 3-12. (in Russian). Методические рекомендации по геохимической оценке загрязнения территорий городов химическими элементами. М.: ИМГРЭ, 1982. - 111 с. Metodicheskie rekomendatsii po geokhimicheskoy otsenke zagryazneniya territoriy gorodov khimicheskimi elementami [Methodical recommendations on the geochemical assessment of the contamination of urban areas with chemical elements]. Moscow: IMGRE Publ., 1982. 111 p. (in Russian). Сает Ю. Е., Ревич Б. А., Янин Е. П., и др. Геохимия окружающей среды. М.: Недра, 1990. - 335 с. Saet Yu.E., Revich B. A., Yanin E. P. Geokhimiya okruzhayushchey sredy [Geochemistry of the environment]. Moscow: Nedra Publ., 1990. 335 p. (in Russian). Пат. 2229737 Россия, МПК7 G 01 V 9/00. Способ определения загрязненности снегового покрова техногенными компонентами / Язиков Е. Г., Шатилов А. Ю., Таловская А. В.; заявитель и патентообладатель. Томский политехнический университет. - № 2002127851; заявл. 17.10.2002; опубл. 27.05.2004 Yazikov E. G., Shatilov A. Yu., Talovskaya A. V. Pat. 2229737 Rossiya, MPK7 G 01 V 9/00. Sposob opredeleniya zagryaznennosti snegovogo pokrova tekhnogennymi komponentami [Pat. 2229737 Russia, MPK7 G 01 V 9/00. Method for determining contamination of snow cover with technogenic components]. Tomskiy politekhnicheskiy universitet [Tomsk Polytechnic University].(in Russian). Руководство по оценке риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду: Р. 2.1.10.1920-04. - М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава РФ, 2004. - 273 с. Rukovodstvo po otsenke riska dlya zdorov’ya naseleniya pri vozdeystvii khimicheskikh veshchestv, zagryaznyayushchikh okruzhayushchuyu sredu: R. 2.1.10.1920-04 [Guidelines for assessing the risk to public health when exposed to chemicals that pollute the environment: R. 2.1.10.1920-04]. Moscow: Federal’nyy tsentr Gossanepidnadzora Minzdrava RF Publ., 2004. 273 p. (in Russian). USEPA. (US Environmental Protection Agency). 1989. Risk Assessment Guidance for Superfund: Volume 1 - Human Health Evaluation Manual. Part A. Interim Final. Office of Solid Waste and Emergency Response, Washington, DC, USA USEPA. (US Environmental Protection Agency). 1989. Risk Assessment Guidance for Superfund: Volume 1 - Human Health Evaluation Manual. Part A. Interim Final. Office of Solid Waste and Emergency Response, Washington, DC, USA Ивлев Л. С. Химический состав и структура атмосферных аэрозолей. Л.: ЛГУ, 1982. - 365 с. Ivlev L. S. Khimicheskiy sostav i struktura atmosfernykh aerozoley [Chemical composition and structure of atmospheric aerosols]. LGU Publ., 1982. 365 p. (in Russian). Осипова Н. А., Филимоненко Е. А., Таловская А. В., Язиков Е. Г. Экологические риски от влияния токсичных элементов в атмосферном воздухе на основе изучения снежного покрова в районе расположения Томской ГРЭС-2 // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. - 2018. - Т. 329. - № 4. - С. 54-69. Osipova N. A., Filimonenko E. A., Talovskaya A. V., Yazikov E. G. Ekologicheskie riski ot vliyaniya toksichnykh elementov v atmosfernom vozdukhe na osnove izucheniya snezhnogo pokrova v rayone raspolozheniya Tomskoy GRES-2 [Environmental risks from the influence of toxic elements in the air based on the study of snow cover in the area of the Tomsk State District Power Station-2]. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. Inzhiniring georesursov [News of Tomsk Polytechnic University. Georesource engineering]. 2018, V. 329, I. 4, pp. 54-69. (in Russian). 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. - С. 116-130. Talovskaya A. V., Yazikov E. G., Shakhova T. S., Filimonenko E. A. Otsenka aerotekhnogennogo zagryazneniya v okrestnostyakh ugol’nykh i neftyanykh kotel’nykh po sostoyaniyu snegovogo pokrova (na primere Tomskoy oblasti) [Estimation of aerotechnogenic pollution in the vicinity of coal and oil boiler houses on the condition of snow cover (on the example of Tomsk region)]. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta [News of Tomsk Polytechnic University]. 2016, V. 327, pp. 116-130. (in Russian). Филимоненко Е. А., Таловская А. В., Язиков Е. Г. и др. Минералогия пылевых аэрозолей в зоне воздействия промышленных предприятий г. Томска // Фундаментальные исследования. - 2013. - № 8-3. - С. 760-765. Filimonenko E. A., Talovskaya A. V., Yazikov E. G. et al, Mineralogiya pylevykh aerozoley v zone vozdeystviya promyshlennykh predpriyatiy g. Tomska [Mineralogy of Dust Aerosols in the Area of Impact of Industrial Enterprises of the City of Tomsk]. Fundamental’nye issledovaniya [Fundamental Research]. 2013, I. 8-3, pp. 760-765. (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 elementy v uglyakh Sibiri [Toxic elements in the coals of Siberia]. Energetik [Energetik]. 2011, I. 3, pp. 39-44. (in Russian). Сафонов М. А., Шамраев А. В., Дволучанская Ю. В., Башкатова Е. В. Накопление тяжелых металлов в системе «почва-дерево-гриб» в южном Приуралье // Вестник ОГУ, - 2013. - № 6 (155). - С. 127-123. Safonov M. A., Shamraev A. V., Dvoluchanskaya Yu.V., Bashkatova E. V. Nakoplenie tyazhelykh metallov v sisteme «pochva-derevo-grib» v yuzhnom Priural’e [The accumulation of heavy metals in the system «soil-tree-mushroom» in the southern Urals]. Vestnik OGU [Bulletin of OSU]. 2013, I. 6 (155), pp. 127-123. (in Russian). Захаренков В. В., Кислицына В. В. Определение приоритетности природоохранных мероприятий на основе оценки риска для здоровья населения промышленного города // Успехи современного естествознания. - 2014. - № 2. - С. 12-15. Zakharenkov V. V., Kislitsyna V. V. Opredelenie prioritetnosti prirodookhrannykh meropriyatiy na osnove otsenki riska dlya zdorov’ya naseleniya promyshlennogo goroda. Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya [Prioritization of environmental protection measures based on the risk assessment for the health of the population of an industrial city. Successes of modern science]. 2014, I. 2, pp. 12-15. (in Russian). Hongxia Li, Hongbing Ji. Chemical speciation, vertical profile and human health risk assessment of heavy metals in soils from coal-mine brownfield, Beijing, China. Journal of Geochemical Exploration. - 2017. - 183 (A). - pp. 22-32. Hongxia Li, Hongbing Ji. Chemical speciation, vertical profile and human health risk assessment of heavy metals in soils from coal-mine brownfield, Beijing, China. // Journal of Geochemical Exploration. - 2017. - 183 (A). - pp. 22-32 Суржиков В. Д., Суржиков Д. В., Голиков Р. А. Загрязнение атмосферного воздуха промышленного города как фактор неканцерогенного риска для здоровья населения // Гигиена и санитария. - 2013. - № 1. - С. 47-49. Surzhikov V. D., Surzhikov D. V., Golikov R. A. Zagryaznenie atmosfernogo vozdukha promyshlennogo goroda kak faktor nekantserogennogo riska dlya zdorov’ya naseleniya. Gigiena i sanitariya [Air pollution in an industrial city as a factor of non-carcinogenic risk to public health. Hygiene and sanitation]. 2013, I. 1, pp. 47-49. (in Russian). Якуцени С. П. Распространенность углеводородного сырья, обогащенного тяжелыми элементами-примесями. Оценка экологических рисков. СПб.: «Недра», 2005. - 372 c. Yakutseni S. P. Rasprostranennost’ uglevodorodnogo syr’ya, obogashchennogo tyazhelymi elementami-primesyami. Otsenka ekologicheskikh riskov [Prevalence of hydrocarbon raw materials enriched with heavy impurity elements. Environmental risk assessment]. St. Petersburg: «Nedra» Publ., 2005. 372 p. (in Russian).