RU2342684C1

RU2342684C1 - Method for determination of aerogenic load of metals onto environment

Info

Publication number: RU2342684C1
Application number: RU2007112587/28A
Authority: RU
Inventors: Алла Арнольдовна Нульман (RU); Алла Арнольдовна Нульман; Римма Александровна Коптева (RU); Римма Александровна Коптева; Николай Иванович Москаленко (RU); Николай Иванович Москаленко
Original assignee: Институт геофизики Уральского отделения Российской академии наук (РАН)
Priority date: 2007-04-04
Filing date: 2007-04-04
Publication date: 2008-12-27

Abstract

FIELD: physics; measurement.

SUBSTANCE: invention is related to ecological geophysics, in particular, to methods for monitoring of aerogenic contamination of environment. Snow samples are taken in points that are located at the distance of more than 30 m from anthropogenic objects. Samples are melted, hard fraction is obtained by means of filtering. Amounts of every metal are determined in hard fraction. Values of load are calculated, which are created by supply of every metal into environment, then they are compared to background values, and total indices of load Z_Pare calculated. Besides, differential magnet filters are measured with deposited dust fraction. Values of magnet load are calculated, compared to background values. Coefficients of relative increase of magnet load K_PM are calculated. Representative sample with size sufficient for statistic analysis is made from total combination of k_PM values. In filters that are related to sample, amount of every metal is defined by method of atomic emission spectrometry with inductive-bound plasma. Regression analysis of dependence is carried out between K_PM and Z_P values in sample. Regression equation of Z_Pper K_PM is found, which is used to calculate Z_P values for the whole combination of K_PM values.

EFFECT: higher reliability.

6 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к экологической геофизике, а именно к способам мониторинга аэрогенного загрязнения окружающей среды металлами. Оно может быть использовано для составления карт интенсивности атмосферного выпадения металлов на земную поверхность, а также интенсивности загрязнения атмосферного воздуха металлами.The present invention relates to environmental geophysics, and in particular to methods for monitoring aerogenic environmental pollution by metals. It can be used to compile maps of the intensity of atmospheric precipitation of metals on the earth's surface, as well as the intensity of atmospheric air pollution by metals.

Техногенные загрязнители, поступающие на земную поверхность, депонируются в снежном покрове. Известно, что интенсивность аэрогенного загрязнения химическим элементом численно характеризуется массой этого элемента, накопленного в снежном покрове на единице земной поверхности в единицу времени [1]. В более поздних работах для этой характеристики используется термин «нагрузка» элемента на окружающую среду (см., например, [2]). Этот показатель позволяет получить информацию о загрязнении различных компонентов природной среды, в том числе и воздуха. «В практике контроля за окружающей средой при оценке состояния воздуха почти всегда анализируется пыль или аэрозоль, накопившаяся на фильтре» [3].Technogenic pollutants entering the earth's surface are deposited in the snow. It is known that the intensity of aerogenic pollution by a chemical element is numerically characterized by the mass of this element accumulated in the snow cover on a unit of the earth's surface per unit time [1]. In later works, the term “load” of an element on the environment is used for this characteristic (see, for example, [2]). This indicator provides information on the pollution of various components of the environment, including air. “In the practice of environmental monitoring, when assessing the state of the air, dust or aerosol accumulated on the filter is almost always analyzed” [3].

Известен способ оценки загрязнения снега - способ биоиндикации, основанный на измерении оптической плотности суспензии одноклеточных зеленых и сине-зеленых водорослей в пробах снеговой воды [4]. Известный способ имеет существенные недостатки: во-первых, им фиксируются загрязнители, выпавшие в подвижных формах, и не определяются потенциально опасные менее подвижные формы; во-вторых, способ трудоемок и неоднозначен, так как зависит от состояния используемых тест-объектов.A known method for assessing snow pollution is a bioindication method based on measuring the optical density of a suspension of unicellular green and blue-green algae in samples of snow water [4]. The known method has significant disadvantages: firstly, it fixes pollutants that have fallen in mobile forms, and does not determine potentially dangerous less mobile forms; secondly, the method is time-consuming and ambiguous, since it depends on the state of the test objects used.

Известен способ составления карт поверхностной плотности загрязнения снегового покрова, в котором в качестве количественной характеристики используется альбедо снежного покрова [5]. Однако данным методом фиксируется только общая загрязненность снежного покрова, и результаты зависят от физических характеристик снежного покрова и от атмосферных параметров.A known method of compiling maps of the surface density of pollution of snow cover, in which the albedo of the snow cover is used as a quantitative characteristic [5]. However, this method fixes only the total contamination of the snow cover, and the results depend on the physical characteristics of the snow cover and on atmospheric parameters.

Известен способ определения загрязнения снега, основанный на изучении магнитной восприимчивости проб снега, отобранных в пунктах, расположенных непосредственно на территории предприятий и населенных пунктов, где в снежном покрове высока концентрация частиц ферромагнитных металлов (железа, кобальта, никеля) [6]. Эти частицы являются продуктами работы различных машин и механизмов и поступают в снежный покров в результате неорганизованных выбросов. Магнитная восприимчивость частиц кристаллического железа, кобальта и никеля на порядок выше магнитной восприимчивости аэротехногенных частиц. Недостатки известного способа: во-первых, определяется загрязнение среды лишь вблизи источников загрязнения; во-вторых, способ ориентирован на определение частиц ферромагнитных металлов, поступивших в результате неорганизованных выбросов. Данный способ не фиксирует аэрогенное загрязнение и загрязнение неферромагнитными металлами.There is a method for determining snow pollution, based on the study of the magnetic susceptibility of snow samples taken at points located directly on the territory of enterprises and settlements, where the concentration of particles of ferromagnetic metals (iron, cobalt, nickel) is high in the snow cover [6]. These particles are the products of various machines and mechanisms and enter the snow cover as a result of fugitive emissions. The magnetic susceptibility of particles of crystalline iron, cobalt and nickel is an order of magnitude higher than the magnetic susceptibility of aerotechnogenic particles. The disadvantages of this method: firstly, the environmental pollution is determined only near the sources of pollution; secondly, the method is focused on the determination of particles of ferromagnetic metals received as a result of fugitive emissions. This method does not record aerogenic pollution and pollution by non-ferromagnetic metals.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является известный способ определения суммарного показателя нагрузки, выбранный в качестве прототипа и заключающийся в отборе снеговых проб массой 5-7 кг из шурфов, вскрывающих всю мощность снегового покрова, измерении площади шурфа, фиксации времени в сутках от начала снегостава, получении твердой фракции путем фильтрования, освобождении от посторонних примесей путем просеивания, определении массы пыли, вычислении пылевой нагрузки по формуле Р_п=P₀/S·t, где P₀ - масса пыли в пробе, S - площадь шурфа, t - время от начала снегостава до момента отбора пробы, определении приближенно-количественным спектральным методом концентраций каждого металла в пыли С_i, вычислении нагрузки каждого металла по формуле Р_(общ)i=С_i·Р_п, расчете суммарного показателя нагрузки по формулеThe closest in technical essence to the proposed one is the well-known method of determining the total load indicator, selected as a prototype and consisting in the selection of snow samples weighing 5-7 kg from pits revealing the entire thickness of the snow cover, measuring the surface of the pit, fixing the time in days from the start of snow formation obtaining a solid fraction by filtering, freeing from impurities by sieving, determining the mass of dust, calculating the dust load by the formula P _p = P ₀ / S · t, where P ₀ is the mass of dust in the sample, S is the surface of the pit, t is the time from the beginning of snow formation to the moment of sampling, determining the concentration of each metal in dust С _{i by the} approximate quantitative spectral method, calculating the load of each metal by the formula P _{(total) i} = С _i · Р _p , calculating the total load indicator by the formula

где K_Pi=Р_(общ)i/P_фi - коэффициент относительного увеличения общей нагрузки i-го элемента, Р_(общ)i - нагрузка элемента в исследуемом пункте, Р_фi - нагрузка i-го элемента в фоновой зоне, n - число учитываемых элементов [7]. Недостатками известного способа является высокая трудоемкость, высокая стоимость и низкая надежность. Высокая трудоемкость и высокая стоимость связаны с большой массой снега в каждой пробе и большим количеством химических анализов. Низкая надежность связана с тем, что при использовании приближенно-количественного спектрального метода расшифровка спектрограмм основана на субъективном опыте и в значительной мере на интуиции спектроскописта.where K _Pi = P _{(total) i} / P _phi is the coefficient of relative increase in the total load of the i-th element, P _{(total) i} is the load of the element in the item under study, P _phi is the load of the i-th element in the background zone, n is the number considered elements [7]. The disadvantages of this method is the high complexity, high cost and low reliability. High complexity and high cost are associated with a large mass of snow in each sample and a large number of chemical analyzes. Low reliability is associated with the fact that when using the approximately quantitative spectral method, the interpretation of spectrograms is based on subjective experience and, to a large extent, on the intuition of the spectroscopist.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение производительности и надежности при определении суммарных показателей аэрогенной нагрузки металлов на окружающую среду с одновременным снижением затрат.The objective of the invention is to increase productivity and reliability in determining the total indicators of the aerogenic load of metals on the environment while reducing costs.

Поставленная задача решается тем, что отбирают пробы снега, оттаивают, получают твердую фракцию путем фильтрования, определяют количество каждого металла в твердой фракции, вычисляют величины нагрузки, создаваемой поступлением каждого металла в окружающую среду, сопоставляют эти величины с фоновыми значениями и вычисляют суммарные показатели нагрузки. При этом пробы снега отбирают в пунктах, удаленных на расстояние более 30 м от антропогенных объектов. Измеряют дифференциальные магнитные моменты фильтров с осажденной пылевой фракцией, вычисляют величину магнитной нагрузки, сопоставляют с фоновыми значениями, вычисляют коэффициенты относительного увеличения магнитной нагрузки К_РМ. Из всей совокупности значений К_РМ составляют представительную выборку размером, достаточным для статистического анализа. Количество каждого металла определяют на фильтрах, относящихся к выборке, при этом применяют метод атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой, проводят регрессионный анализ зависимости между величинами К_РМ и Z_P в выборке, находят уравнение регрессии Z_P на К_РМ, по которому рассчитывают значения Z_P для всей совокупности значений К_РМ.The problem is solved in that snow samples are taken, thawed, a solid fraction is obtained by filtration, the amount of each metal in the solid fraction is determined, the load created by each metal entering the environment is calculated, these values are compared with background values and the total load indicators are calculated. In this case, snow samples are taken at points remote to a distance of more than 30 m from anthropogenic objects. The differential magnetic moments of the filters with the deposited dust fraction are measured, the magnitude of the magnetic load is calculated, compared with the background values, the coefficients of the relative increase in the magnetic load K _RM are calculated. From the whole set of values of K _RM make up a representative sample with a size sufficient for statistical analysis. The amount of each metal is determined on filters related to the sample, using the method of atomic emission spectroscopy with inductively coupled plasma, conduct a regression analysis of the relationship between the values of K _PM and Z _P in the sample, find the regression equation Z _P on K _PM , by which calculate the values of Z _P for the whole set of values of K _PM .

Физическая основа предлагаемого способа заключается в том, что пылевидные соединения металлов, поступающие в атмосферу в результате различных технологических процессов, состоят из тонких и супертонких частиц, включая частицы нанодиапазона, а также сферических частиц различных размеров, так называемых «сфер сгорания», являющихся продуктами высокотемпературной переработки твердого минерального сырья и топлива. Последние представляют собой пористые образования разных размеров, состоящие из сильномагнитных окислов железа, окислов кремния, окислов алюминия и других металлов. Эти частицы сорбируют мелкие частицы металлов, содержащиеся в атмосфере. Благодаря низкой плотности они перемещаются с воздушными потоками на большие расстояния и встречаются повсеместно [8], но наиболее высокое их содержание обнаружено в атмосферных выпадениях на урбанизированных территориях [9]. В этих же зонах в атмосфере наблюдаются повышенные концентрации пылевых соединений металлов. «Сферы сгорания» обладают относительно высокой объемной магнитной восприимчивостью порядка 0.1 ед. СИ, что более чем в 1000 раз превышает магнитную восприимчивость природной пыли. Поэтому присутствие в пылевой фракции «сфер сгорания» с одной стороны значительно повышает магнитный момент фракции, а с другой стороны сопровождается повышенным количеством металлов в этой фракции. Эта связь с определенной степенью приближения может быть выражена линейным уравнением. Дифференциальный магнитный момент пылевой фракции измеряется непосредственно на фильтрах без разрушения фильтров и не зависит от температуры и влажности.The physical basis of the proposed method lies in the fact that the dusty metal compounds entering the atmosphere as a result of various technological processes consist of thin and superthin particles, including nanoscale particles, as well as spherical particles of various sizes, the so-called "combustion spheres", which are high-temperature products processing of solid mineral raw materials and fuels. The latter are porous formations of various sizes, consisting of strongly magnetic iron oxides, silicon oxides, aluminum oxides and other metals. These particles sorb small particles of metals contained in the atmosphere. Due to their low density, they move with air currents over long distances and are ubiquitous [8], but their highest content was found in atmospheric deposition in urban areas [9]. In the same zones in the atmosphere, elevated concentrations of metal dust compounds are observed. “Combustion spheres” have a relatively high volumetric magnetic susceptibility of the order of 0.1 units. SI, which is more than 1000 times higher than the magnetic susceptibility of natural dust. Therefore, the presence of “combustion spheres” in the dust fraction significantly increases the magnetic moment of the fraction, on the one hand, and is accompanied by an increased amount of metals in this fraction. This relationship with a certain degree of approximation can be expressed by a linear equation. The differential magnetic moment of the dust fraction is measured directly on the filters without destroying the filters and is independent of temperature and humidity.

Способ осуществляют следующим образом. На обследуемой территории отбирают пробы снега с интервалами, зависящими от величины градиентов интенсивности загрязнения. В зонах аэрогенного загрязнения от автотранспорта величина магнитной нагрузки наиболее интенсивно изменяется на расстояниях 30-100 м при движении средней интенсивности и на расстояниях 30-300 м при высокой интенсивности движения (фиг.1). Поэтому интервалы между пунктами отбора проб должны составлять 20-100 м. При загрязнении от стационарных источников, например от предприятий, производящих черновую медь, зоны с высокими градиентами простираются в зависимости от направления на расстояния до 4-10 км. В этих зонах интервалы между пунктами должны составлять 100-500 м (фиг.2). В зонах среднего и слабого загрязнения интервалы могут быть увеличены до 1-2 км. Обязательным условием является отбор проб в одной или нескольких зонах, расположенных в пределах обследуемой территории или вне ее, но относящихся к той же геологической формации и удаленных более чем на 1 км от передвижных источников и котельных, на 15 км от заводов по переработке и обработке металлов и на 25 км в наветренном направлении от заводов, переплавляющих руды.The method is as follows. Snow samples are taken in the surveyed area at intervals depending on the magnitude of the pollution intensity gradients. In areas of aerogenic pollution from vehicles, the magnitude of the magnetic load varies most intensively at distances of 30-100 m when moving average intensity and at distances of 30-300 m with high traffic intensity (figure 1). Therefore, the intervals between sampling points should be 20-100 m. In case of pollution from stationary sources, for example, from enterprises producing blister copper, zones with high gradients extend depending on the direction over distances of 4-10 km. In these areas, the intervals between points should be 100-500 m (figure 2). In areas of medium and low pollution, intervals can be increased to 1-2 km. A prerequisite is sampling in one or more zones located within or outside the study area, but belonging to the same geological formation and located more than 1 km from mobile sources and boiler houses, 15 km from metal processing and processing plants and 25 km downwind from ore smelting plants.

Пробы отбирают в однотипных элементах ландшафта в местах, удаленных от антропогенных объектов на расстояния, превышающие 30 м. Последнее условие связано с тем, что в непосредственной близости от дорог, промышленных предприятий, жилых домов и других антропогенных объектов в снежном покрове кроме «сфер сгорания» присутствуют значительные количества частиц сильномагнитных сплавов железа, кобальта и никеля, поступивших туда непосредственно в виде неорганизованных выбросов. Поскольку плотность этих частиц, по крайней мере, на порядок превышает плотность «сфер сгорания», то они обладают и на порядок более высокой объемной магнитной восприимчивостью (дифференциальным магнитным моментом единицы объема). Поэтому на территориях антропогенных объектов магнитный метод фиксирует загрязнение железом, кобальтом и никелем [6]. Главные источники подобного рода загрязнения - снегоочистительные и другие уборочные работы. При очистке дорог от снега интенсивность загрязнения возрастает по мере удаления от дорог, достигает максимума на расстоянии 10 м, затем снижается и становится пренебрежимо малой только на расстоянии 30 м [10].Samples are taken in the same landscape elements in places remote from anthropogenic objects at distances exceeding 30 m. The last condition is due to the fact that in the immediate vicinity of roads, industrial enterprises, residential buildings and other anthropogenic objects in the snow cover except for “combustion spheres” significant amounts of particles of strongly magnetic alloys of iron, cobalt and nickel are present, which arrived there directly in the form of fugitive emissions. Since the density of these particles is at least an order of magnitude higher than the density of the “spheres of combustion”, they also have an order of magnitude higher volumetric magnetic susceptibility (differential magnetic moment per unit volume). Therefore, in the territories of anthropogenic objects, the magnetic method fixes pollution by iron, cobalt and nickel [6]. The main sources of this kind of pollution are snow removal and other cleaning work. When roads are cleared of snow, the intensity of pollution increases with distance from the roads, reaches a maximum at a distance of 10 m, then decreases and becomes negligible only at a distance of 30 m [10].

Одна проба имеет массу 1 кг и содержит n=3÷12 колонок снега, отбираемых с помощью пробоотборника площадью поперечного сечения s≈10^-3 м² на всю глубину снежного покрова. Колонки отбирают методом конверта со стороной квадрата 1 м или по мини-профилям, перпендикулярным направлению максимального градиента загрязнения, с интервалом 1 м.One sample has a mass of 1 kg and contains n = 3 ÷ 12 columns of snow taken using a sampler with a cross-sectional area s≈10 ^-3 m ² for the entire depth of snow cover. Columns are selected by envelope with a square side of 1 m or by mini-profiles perpendicular to the direction of the maximum pollution gradient, with an interval of 1 m.

Пробы оттаивают методом «быстрого таяния» на стандартных фильтрах «синяя лента» с размером пор 1-2.5 мкм. В слабом переменном магнитном поле измеряют дифференциальные магнитные моменты dM/dH (первая производная магнитного момента М по напряженности магнитного поля Н) твердой фракции, осажденной на фильтрах. Для измерений используют, например, приборы марок KLY-1, KLY-2, KLY-3 фирмы "Geofizika" г.Брно, Чехия. dM/dH=(α-α_фильтр)γ, где α - отсчет прибора при измерении фильтра с осадком, α_фильтр - отсчет прибора при измерении чистого фильтра, γ - постоянная прибора. Относительная отсчетная погрешность измерения магнитного момента пыли, получаемой из 1 кг снега, не превышает ±1%. Вычисляют величины магнитной нагрузки по формуле Р_M=(dM/dH)/St, где S=s·n - площадь отбора пробы, и величины коэффициентов относительного увеличения магнитной нагрузки К_РМ=Р_M/Р_M(фон).Samples are thawed using the “quick melt” method on standard “blue ribbon” filters with a pore size of 1-2.5 microns. In a weak alternating magnetic field, the differential magnetic moments dM / dH (the first derivative of the magnetic moment M with respect to the magnetic field H) of the solid fraction deposited on the filters are measured. For measurements using, for example, instruments of the brands KLY-1, KLY-2, KLY-3 of the company "Geofizika" Brno, Czech Republic. dM / dH = (α-α _filter ) γ, where α is the readout of the device when measuring a filter with sediment, α _filter is the readout of the device when measuring a clean filter, γ is the constant of the device. The relative reference error in measuring the magnetic moment of dust obtained from 1 kg of snow does not exceed ± 1%. The magnitude of the magnetic load is calculated by the formula P _M = (dM / dH) / St, where S = s · n is the sampling area, and the magnitudes of the coefficients of the relative increase in the magnetic load K _PM = P _M / P _{M (background)} .

Из всей совокупности значений К_РМ составляют представительную выборку размером, достаточным для статистического анализа. Фильтры, относящиеся к выборке, подвергают химическому анализу методом атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой для определения суммарных показателей нагрузки металлов. Предварительно для всех элементов выборки оцениваются значения ΔК_РМ - погрешности определения коэффициентов К_РМ и ΔZ_P - погрешности определения показателей Z_P химико-аналитическим методом. Величины этих погрешностей в разных пунктах варьируются за счет параметра S, зависящего от плотности и высоты снежного покрова. В том случае, если в выборке обнаруживаются элементы, для которых ΔК_PM≥ΔZ_P, магнитные измерения повторяют N раз и вычисляют σ_КРМ - среднюю квадратическую погрешность определения среднего коэффициента К_PM. При этом σ_КРМ в √(N-1) раз меньше погрешности одного измерения ΔК_PM. Количество повторных измерений N выбирается таким, чтобы выполнялось условие σ_КРМ<ΔZ_P.From the whole set of values of K _RM make up a representative sample with a size sufficient for statistical analysis. Filters related to the sample are subjected to chemical analysis by atomic emission spectroscopy with inductively coupled plasma to determine the total load of metals. Preliminarily, for all sample elements, the values ΔK _PM - the errors in determining the coefficients K _RM and ΔZ _P - the errors in determining the parameters Z _{P by the} chemical-analytical method are estimated. The values of these errors at different points vary due to the parameter S, which depends on the density and height of the snow cover. In the event that the sample found elements for which ΔK _PM ≥ΔZ _P, magnetic measurements are repeated N times and calculating σ _ASO - mean square error in determining the average coefficient K _PM. In this case, σ _RPC is √ (N-1) times smaller than the error of one measurement ΔK _PM . The number of repeated measurements N is chosen so that the condition σ _RPC <ΔZ _{P is} satisfied.

Для каждого фильтра, относящегося к выборке, определяют количество каждого из n исследуемых металлов Р_0i, вычисляют величины общей нагрузки P_(общ)i=P_0i/St и коэффициенты относительного увеличения общей нагрузки К_Pi. Далее по формуле (1) для всех проб, относящихся к выборке, вычисляют суммарные показатели нагрузки металлов Z_P. Проводят регрессионный анализ зависимости между величинами К_PM и Z_P. Получают регрессионное уравнение, которое в случае линейной корреляции записывается в видеFor each filter related to the sample, determine the amount of each of the n metals studied P _0i , calculate the total load P _{(total) i} = P _0i / St and the relative increase in the total load K _Pi . Further, by the formula (1) for all samples related to the sample, calculate the total load of metals Z _P. A regression analysis of the relationship between K _PM and Z _{P is} performed. Get a regression equation, which in the case of linear correlation is written as

где а₀ и а₁ - коэффициенты регрессии. Для всей совокупности значений К_РМ по уравнению регрессии (2) рассчитывают значения Z_P.where a ₀ and a ₁ are the regression coefficients. For the whole set of values of K _RM according to the regression equation (2) calculate the values of Z _P.

Результаты представляют в виде таблиц, графиков вдоль определенных трансектов или изолиний поля на картах.The results are presented in the form of tables, graphs along certain transects or isolines of the field on the maps.

Фиг.1 - изменение аэрогенной магнитной нагрузки с расстоянием от автострады. 1 - высокая, 2 - средняя интенсивность движения.Figure 1 - change in aerogenic magnetic load with a distance from the motorway. 1 - high, 2 - average traffic intensity.

Фиг.2 - изменение аэрогенной магнитной нагрузки с расстоянием от источников пылевых выбросов при производстве черновой меди, западное (наветренное) направление. Максимумы: 1 - от трубы отражательной печи (высота 120 м), 2 - от трубы конверторного цеха (высота 150 м).Figure 2 - change in aerogenic magnetic load with distance from sources of dust emissions in the production of blister copper, west (windward) direction. Maximums: 1 - from the pipe of the reflective furnace (height 120 m), 2 - from the pipe of the converter shop (height 150 m).

Фиг.3 - перечень проб в выборке, составленной из совокупности значений К_РМ, полученных по результатам снегового опробования полигона, с указанием источников аэрогенного загрязнения. Границы зон приняты на расстояниях: от передвижных источников и котельных - 500 м, от заводов, связанных с вторичной переработкой и обработкой металлов, - 5 км, от медеплавильного завода - 15-23 км в зависимости от направления.Figure 3 is a list of samples in a sample composed of a set of K _RM values obtained from the results of snow testing of the landfill, indicating the sources of aerogenic pollution. The boundaries of the zones are taken at distances: from mobile sources and boiler houses - 500 m, from plants associated with secondary processing and metal processing - 5 km, from a smelter - 15-23 km depending on the direction.

Фиг.4 - выборка значений коэффициентов относительного увеличения магнитной нагрузки К_PM, коэффициенты нагрузки каждого металла К_Pi и суммарные показатели нагрузки металлов Z_P, полученные для этих проб по результатам химического анализа.Figure 4 - a sample of the values of the coefficients of the relative increase in the magnetic load K _PM , the load coefficients of each metal K _Pi and the total load indicators of metals Z _P obtained for these samples according to the results of chemical analysis.

Фиг.5 - статистическая зависимость Z_P от К_PM. Источники аэрогенного загрязнения (расшифровка в таблице на фиг.1): 1 - а; 2 - а, г; 3 - г; 4 - б, г; 5 - а, в, г; 6 - а, б, г; 7 - а, б; 8 - вне зон влияния известных источников. I - регрессия Z_P на К_PM. II - σ_Zпред (предельная погрешность, с которой по регрессионному уравнению вычисляется Z_P). Точка пересечения линий Z_P (К_PM) и сопрел (К_PM) соответствует Z_Pmin.Figure 5 - statistical dependence of Z _P from K _PM . Sources of aerogenic pollution (interpretation in the table in figure 1): 1 - a; 2 - a, g; 3 - g; 4 - b, d; 5 - a, c, d; 6 - a, b, d; 7 - a, b; 8 - outside the zones of influence of known sources. I - regression Z _P on K _PM . II - σ _Zred (marginal error with which Z _{P is} calculated by the regression equation). The point of intersection of the lines Z _P (K _PM ) and soprel (K _PM ) corresponds to Z _Pmin .

Фиг.6 - карта распределения суммарных показателей нагрузки металлов на северо-западной окраине г. Ревда и прилегающей территории, построенная предлагаемым способом. 1 - рельеф, 2 - Z_P, 3 - автодороги.6 is a map of the distribution of the total indicators of the load of metals on the north-western outskirts of the city of Revda and the adjacent territory, constructed by the proposed method. 1 - relief, 2 - Z _P , 3 - highways.

ПримерExample

Предлагаемый способ прошел экспериментальную проверку на Среднем Урале, на полигоне протяженностью 90 км в направлении на запад от г. Екатеринбурга. Полигон включает юго-западную часть г. Екатеринбурга, северную часть г. Ревда (промзона) и территории, расположенные между городами Екатеринбург и Ревда, а также западнее и южнее г. Ревда, характеризуемые горно-таежным ландшафтом в различной степени антропогенно-преобразованным. Пункты отбора расположены в лесных массивах и лесопарках в зонах аэрогенного загрязнения различных стационарных и передвижных источников, а также на территориях, удаленных от источников аэрогенного загрязнения. Пробы оттаяны на фильтрах «синяя лента». На приборе KLY-1 измерены дифференциальные магнитные моменты фильтров с осадком и вычислены значения магнитной нагрузки. Из проб, отобранных вне зон влияния источников аэрогенного загрязнения, минимальные величины магнитной нагрузки получены в 26 км южнее г. Ревда. Эта зона выбрана в качестве условного фона. Вычислены коэффициенты относительного увеличения магнитной нагрузки К_PM. Из всей совокупности значений оставлена выборка, содержащая 39 значений параметра К_PM, полученных на пробах, отобранных в зонах влияния основных источников аэрогенного загрязнения полигона, а также в зонах, удаленных на расстояния более 1 км от передвижных источников, 15 км от заводов по обработке и переработке металлов и 25 км в наветренном направлении от медеплавильного завода (фиг.3). Определены погрешности ΔК_PM=±(0.004÷0.009) и ΔZ_P=±(0.004÷0.013) соответственно. Расчет погрешностей ΔZ_P проведен с учетом определений девяти металлов: меди, свинца, цинка, железа, марганца, титана, никеля, хрома, кадмия, методом атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой. Для снижения погрешностей ΔК_PM на пробах, относящихся в выборке, проведено 5 серий повторных магнитных измерений и вычислены средние значения К_PM. При этом средние квадратические погрешности определения среднего коэффициента К_PM составили σ_КPM=±(0.002÷0.005), следовательно, выполнено условие σ_KPM<ΔZ_P. Средние значения коэффициентов К_PM, составившие выборку, приведены в таблице (фиг.4) и на графике (фиг.5). Методом атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой на фильтрах определены количества меди, свинца, цинка, железа, марганца, титана, никеля, хрома, кадмия, вычислены коэффициенты относительного увеличения общей нагрузки каждого металла и значения суммарных показателей нагрузки (таблица на фиг.4) и (график на фиг.5). Установлена линейная связь между значениями относительного увеличения магнитной нагрузки в выборке и суммарными показателями нагрузки металлов. Определены коэффициенты регрессии а₀=-4.01 и a₁=7.5 и стандартные отклонения σ_a0=±16.016 и σ_a1=±0.21. Полученная регрессия Z_P на К_PM показана на фиг.5. При расчете параметра Z_P с помощью уравнения регрессии предельная погрешность σ_Zпред определена по уравнениюThe proposed method has been tested experimentally in the Middle Urals, at a test site 90 km long in the direction west of the city of Yekaterinburg. The landfill includes the southwestern part of Yekaterinburg, the northern part of Revda (industrial zone) and the territories located between the cities of Yekaterinburg and Revda, as well as to the west and south of the city of Revda, characterized by a mountain-taiga landscape to a varying degree anthropogenicly transformed. Sampling points are located in forests and forest parks in the areas of aerogenic pollution of various stationary and mobile sources, as well as in areas remote from sources of aerogenic pollution. Samples are thawed on the blue ribbon filters. On the KLY-1 instrument, the differential magnetic moments of filters with sediment were measured and the values of the magnetic load were calculated. Of the samples taken outside the zones of influence of sources of aerogenic pollution, the minimum values of the magnetic load were obtained 26 km south of the city of Revda. This zone is selected as a conditional background. The coefficients of the relative increase in the magnetic load K _{PM are} calculated. From the entire set of values, a sample was left containing 39 values of the parameter K _PM obtained on samples taken in the zones of influence of the main sources of aerogenic pollution of the landfill, as well as in areas remote to distances of more than 1 km from mobile sources, 15 km from processing plants and metal processing and 25 km in the windward direction from the copper smelter (figure 3). The errors ΔK _PM = ± (0.004 ÷ 0.009) and ΔZ _P = ± (0.004 ÷ 0.013), respectively, were determined. The ΔZ _P errors were calculated taking into account the definitions of nine metals: copper, lead, zinc, iron, manganese, titanium, nickel, chromium, cadmium, inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy. To reduce the errors ΔK _PM on the samples related to the sample, 5 series of repeated magnetic measurements were carried out and the average values of K _{PM were} calculated. Moreover, the mean square errors of determining the average coefficient K _PM amounted to σ _КPM = ± (0.002 ÷ 0.005), therefore, the condition σ _KPM <ΔZ _{P is} fulfilled. The average values of the coefficients K _PM that made up the sample are shown in the table (figure 4) and on the graph (figure 5). Inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy on the filters determined the amounts of copper, lead, zinc, iron, manganese, titanium, nickel, chromium, cadmium, calculated the coefficients of the relative increase in the total load of each metal and the values of the total load indicators (table in Fig. 4) and (graph in FIG. 5). A linear relationship was established between the values of the relative increase in the magnetic load in the sample and the total indicators of the metal load. The regression coefficients a ₀ = -4.01 and a ₁ = 7.5 and standard deviations σ _a0 = ± 16.016 and σ _a1 = ± 0.21 were determined. The resulting regression of Z _P at K _{PM is} shown in FIG. 5. When calculating the parameter Z _P using the regression equation, the marginal error σ _{Zred is} determined by the equation

с учетом полученных численных значений а₁, σ_a0, σ_a1. График функции σ_Zпред(К_PM) приведен на фиг.5. Предлагаемый способ применим в диапазоне, где выполняется условие Z_P≥σ_Zпред. Величина Z_Pmin - нижняя граница диапазона рассчитана из совместного решения уравнений (2) и (3). Получено Z_Pmin=48.25. Графическое решение показано на фиг.5. По уравнению (2) с учетом полученных численных значений коэффициентов регрессии вычислены значения Z_P для всей совокупности величин К_PM, полученных при снеговом опробовании полигона. Условие Z_P≥48.25 выполнено на территориях городов Ревда и Екатеринбург и в антропогенно-преобразованных лесных массивах, окружающих г. Ревда на расстояниях до 5-25 км в зависимости от направления ветра. Карта распределения суммарных показателей аэрогенной нагрузки металлов, составленная для территории со сложным горным рельефом, охватывающей северо-западную часть г. Ревда (промзона) и прилегающие к ней лесные массивы, представлена на фиг.6.taking into account the obtained numerical values of a ₁ , σ _a0 , σ _a1 . The graph of the function σ _Zpred (K _PM ) is shown in Fig.5. The proposed method is applicable in the range where the condition Z _P ≥σ _Zred . The value of Z _Pmin - the lower limit of the range is calculated from the joint solution of equations (2) and (3). Received Z _Pmin = 48.25. A graphical solution is shown in FIG. According to equation (2), taking into account the obtained numerical values of the regression coefficients, the values of Z _{P are} calculated for the entire set of values of K _PM obtained by snow testing of the landfill. Condition Z _P ≥48.25 is fulfilled in the territories of the cities of Revda and Yekaterinburg and in anthropogenically transformed forests surrounding the city of Revda at distances of up to 5-25 km depending on the direction of the wind. The distribution map of the total indicators of the aerogenic load of metals, compiled for the territory with a complex mountainous terrain, covering the northwestern part of the city of Revda (industrial zone) and adjacent forests, is presented in Fig.6.

Полевые испытания показали высокую эффективность, производительность и надежность предлагаемого способа. Повышение производительности обусловлено тем, что масса проб снега уменьшена до 1 кг. Снижение затрат достигнуто благодаря уменьшению количества химических анализов, повышение надежности - благодаря тому, что химические анализы проводятся методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой, а магнитные измерения повторяются многократно.Field tests have shown high efficiency, productivity and reliability of the proposed method. The increase in productivity is due to the fact that the mass of snow samples is reduced to 1 kg. Cost reduction was achieved due to a decrease in the number of chemical analyzes, an increase in reliability due to the fact that chemical analyzes are carried out by atomic emission spectrometry with inductively coupled plasma, and magnetic measurements are repeated many times.

Таким образом, предлагаемый способ имеет существенные преимущества по сравнению с известными способами. Предлагаемый способ позволяет повысить производительность и надежность определения суммарных показателей нагрузки металлов на окружающую среду с одновременным снижением затрат.Thus, the proposed method has significant advantages compared with known methods. The proposed method allows to increase the productivity and reliability of determining the total indicators of the metal load on the environment while reducing costs.

Claims

A method for determining the aerogenic load of metals on the environment, including taking snow samples, melting samples, obtaining a solid fraction by filtering, determining the amount of each metal in the solid fraction, calculating the load values created by each metal entering the environment, comparing them with background values and calculating total load indicators Z _P, characterized in that the snow samples withdrawn at points remote distance of 30 m from man-made objects, measured differential magnesium moments of the filter with deposited dust fraction, calculated magnitude of the magnetic load, is compared with the baseline values, calculating coefficients relative increase magnetic load K _PM, from the totality of the values of K _RM constitute a representative sample of a size sufficient for a statistical analysis, the amount of each metal is determined on the filters, related to the sample, using the method of atomic emission spectroscopy with inductively coupled plasma, conduct a regression analysis of the relationship between By elichinami _PM and Z _P in the sample, finding a regression equation to K Z _P _RM on which the calculated values Z _P for the entire set of values K _RM.