X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Введение

Исследуемая территория находится в г. Туркестане и является старым городищем, покинутым жителями в конце XIX в. Сейчас это место именуется историческим ядром г. Туркестана, занимает территорию более 90 га, в нем сосредоточены все средневековые памятники города. Наиболее крупным из них считается мавзолей Ходжа Ахмеда Ясави. В древности место, где сейчас находится мавзолей, было некрополем городища Яссы. В настоящее время это крупнейший туристический центр Казахстана. Как говорилось выше, памятник находится в центре г. Туркестана, поэтому испытывает значительную нагрузку антропогенного характера.

Целью работы является проведение мониторинговых исследований атмосферного воздуха для выявления основных источников, оказывающих воздействие на состояние историко-архитектурного комплекса мавзолея Ходжи Ахмеда Ясави.

Методы исследования

Для исследования были отобраны пробы воздуха по периметру охраняемой зоны, а также в селитебной части города. Анализ газового состава атмосферного воздуха проведен с использованием анализатора ГАНК-4, определение тяжелых металлов в пылевой фазе осуществлен электрохимическим методом с помощью прибора ТА-Lab.

Результаты и обсуждение

На рисунке 1 показаны изолинии распределения в атмосфере концентраций оксидов азота и серы от котельных общественно-банного комплекса «Яссы». Кроме того, к юго-западу от памятника на границе охранной заповедной зоны находится большая свалка золы, твердых бытовых и других отходов. Эти антропогенные источники оказывают активное воздействие на ухудшение состояния воздушной среды.

Рисунок 1. Изолинии распределения в атмосфере концентраций оксидов азота и серы от котельных общественно-банного комплекса «Яссы»

Результаты, полученные расчетным и экспериментальным путем, представлены в таблице 1. Эти данные характеризуют влияние стационарных и нестационарных источников непосредственно на состояние мавзолея Ходжа Ахмеда Ясави.

Таблица 1 – Основные источники загрязнения окружающей среды, расположенные вблизи мавзолея Ходжа Ахмеда Ясави

Источники загрязнения	Количество выбросов вредных веществ, т/год	Зимнее время года, т/год	Летнее время года, т/год	Доля от общего выброса, %
				летом	зимой
Стационарные источники
Котельная (для обо-грева микрорайона)	1301,5631	650,7815	650,7815	93,18	2,44
Школы, гостиницы и другие учреждения	3862,65296	3862,6529	-	-	14,476
Общественно-банные комплексы	107,63688	107,63688	-	-	0,4
Жилые дома вблизи мавзолея на расстоянии 1500м	95,25292	47,6264	47,6264	6,82	0,18
Суммарное коли-чество от стационар-ных источников	27 367,9642	26 669,556	698,4079	100	100
Передвижные источники
Автотранспорт	8342,146	4172,1266	4172,127	99,97	99,97
Железнодорожный транспорт	2,1072	1,0536	1,0536	0,025	0,025
Всего выбросов от передвижных источ-ников	8344,2532	4173,1802	4173,180	100	100
Общее количество выбросов	30 547,673	30 842,736	4871,588	85,66	86,47

Как видно из данных таблицы 1, ежегодно образуются более 30 тыс. т вредных веществ. Негативное влияние на сохранность строительных материалов мавзолея Ходжа Ахмеда Ясави оказывает загрязнение воздушного бассейна г. Туркестана, а также солевые бури со стороны Аральского моря, перемещающие солесодержащий атмосферный воздух с Аральского моря. Этот фактор способствует быстрому загрязнению фасадов, кровли. В сочетании с атмосферными осадками они формируют химически агрессивную кислую и солевую среду, вызывающую разрушение кирпичей кладки, шовного раствора, штукатурки, гипсовых сталактитов, цветной глазури и т.д. [1].

На основе проведенных расчетов установлено поступление около 15 тыс. т вредных химических веществ, из них оксидов азота – 3731 т, сернистого ангидрида – 4331 и около 25 т тяжелых металлов, включающих соединения железа, кадмия, кобальта, меди, марганца, свинца, хрома, никеля, цинка и других металлов. В выбросах превалирующую долю составляют соединения железа –21,233 т/год (84,7 % от суммы выбросов тяжелых металлов), на долю соединений марганца и цинка приходится около 1,1 т/год (4,5 %), меди – 0,380 т/год (1,5 %), свинца –0,185 т/год (0,7 %), хрома – 0,211 т/год (0,8 %).

Аэротехногенные выбросы тяжелых металлов по объему преобладают в восточной части города (район расположения мавзолея). На их долю приходится 47 % от всего объема выбросов в целом по городу. Загрязняют атмосферный воздух тяжелыми металлами и другими веществами главным образом железобетонный завод, энергетические котлы и печи отопительных систем, автотранспорт (65,6 % от общего объема выбросов); строительные организации (8,4 %) и другие хозяйства (4,3 %).

На основе экспериментальных и расчетных данных с использованием программы «Эра-воздух» установлен характер рассеивания загрязняющих веществ в приземном слое атмосферного воздуха в зависимости от природно-климатических условий. Согласно полученным данным в атмосферном воздухе г. Туркестана имеет место превышение ПДК (предельно допустимая концентрация) оксидов азота в 1,5–2,7 раза, оксидов углерода в 6,5 –25,0 и оксидов серы 5,0–6,5 раза.

Характеристика состояния атмосферного воздуха окружающей среды определена путем сопоставления фактического уровня загрязнения со значениями фоновых концентраций загрязняющих веществ, представленных Республиканским государственным предприятием «Казгидромет». Фоновые концентрации для г. Туркестана: пыль (взвешенные вещества) - 0,3 мг/м^З; оксид углерода - 0,8 мг/ м^З; диоксид азота - 0,015 мг/ м^З; сернистый ангидрид - 0,05 мг/м^З.

Еще одним источником загрязнения атмосферного воздуха территории мавзолея является наличие в юго-западной части охраняемой заповедной зоны свалки твердых бытовых отходов (ТБО). Эта территория вплотную прилегает к селитебной зоне города и на протяжении более 50 лет служила стихийной свалкой не только для бытовых, но и промышленных отходов небольших предприятий. Это привело к созданию условий для образования и эмиссии парниковых газов – CO₂, СО, СН₄, NO_х, аэрозолей галогеносодержащих углеводородов и других химически активных соединений [2].

В приземном слое воздуха осуществлен контроль содержания диоксида серы (SO₂), диоксида азота (NО₂), оксида углерода (СО), углекислого газа (CO₂), оксида азота (NО), углеводородов (бензапирен), парниковых газов, пыли, включая сажу.

Значимым по ряду показателей, в первую очередь, по массе и распространению экотоксикантом атмосферного загрязнения является диоксид серы. Он образуется при окислении серы, содержащейся в топливе и в составе различного рода отходов. В связи с увеличением с каждым годом потока солнечной энергии на поверхность Земли, с ростом парка автомобилей и числа систем теплоснабжения растут выбросы вредных оксидов азота. Источником для их образования является атмосферный азот, окисление которого протекает при высокой температуре. Поступление в атмосферу больших количеств оксидов серы и азота приводит к заметному снижению рН атмосферных осадков в результате кислотообразования. Как известно, кислотные или солевые атмосферные осадки имеют агрессивный характер и, без сомнения, в значительной степени способствуют коррозионному разрушению строительных конструкций архитектурных комплексов. Негативное действие оксидов, кислот и других веществ усиливается наличием частиц пыли, золы, сажи, выполняющих роль сорбентов, катализаторов и служащих основой для протекания ряда химических процессов, приводящих к появлению вторичных загрязнителей [3]. Например, образование серной, азотной и других кислот в результате протекания в атмосферном воздухе следующих реакций:

2SO₂ + O₂ + 2H₂0 ^→ 2H₂SO₄ (1)

4NO₂ + 2H₂O + O₂ → 4HNO₃ (2)

Все загрязнители из атмосферного воздуха вымываются осадками и далее служат источниками загрязнения не только наземных объектов, но и оказывают влияние на состояние почв и вод. В результате этого происходит трансформация многих веществ в почвенной системе, которые благодаря ветровой эрозии почв вновь возвращаются в виде твердых, жидких и газообразных частиц в приземный слой атмосферного воздуха. Эти явления дополнительно могут проявить негативное воздействие на состояние строительных материалов памятников.

Установленное на основе мониторинговых исследований в приземном слое атмосферы высокое содержание различных химических соединений относится к главным факторам, определяющим уровень опасности ухудшения состояния памятников истории и культуры.

В Туркестане еще одним из основных загрязнителей атмосферного воздуха является пыль, которая представляет собой взвешенные в воздухе или осевшие на поверхность тех или иных объектов твердые частицы природного или техногенного происхождения с радиусом от 10^-6 см до 10^-2 см. Пыль в атмосфере бывает не только химически нейтральной. В зависимости от химического состава она может проявлять кислые или щелочные реакции в контакте с водосодержащей системой. Такие виды запыленности атмосферного воздуха могут выступать для памятника как активный повреждающий агент. Различают множество типов пыли. Например, пыли, образующиеся в виде дыма при сгорании твердого, жидкого и газообразного топлива, состоящие из сложных органических соединений, углеводородов. На территории памятника наблюдается постоянная запыленность из-за частого ветра.

Для характеристики воздействия складированных отходов и других источников вблизи мавзолея (расстояние 150–500 м) были отобраны пробы пыли, образующейся в приземном слое воздуха над полигонами ТБО при ветреной погоде, а также в дымовых выбросах котельной микрорайона и печей индивидуального отопления домов. В них определено содержание тяжелых металлов. Значительные количества ТМ поступают в атмосферу с твердыми частицами дыма из печей (таблица 2).

Таблица 2 – Среднее содержание металлов в пылеобразных частицах дыма централизованной котельной микрорайонов г. Туркестана

Состав дымовой пыли	Концентрация ТМ, мг/м3	Состав дымовой пыли	Концентрация ТМ, мг/м3
Цинк	2,679	Кадмий	0,056
Свинец	1,875	Ртуть	0,001
Медь	0,354	Хром	0,033
Мышьяк	0,120	Никель	0,098
Железо	3,043	Марганец	0,768

Сами по себе ТМ не оказывают непосредственного влияния на состояние строительных материалов памятника. Опасность их заключается в том, что они выступают катализаторами во многих вторичных реакциях, протекающих между загрязнителями в атмосферном воздухе. В качестве примера можно привести окисление оксидов серы до высшей валентной формы, т.е. SO₂ до SO₃ в присутствии железа, марганца и др. Тяжелые металлы могут также стимулировать фотоокисление многих органических соединений, адсорбированных на поверхности твердых частиц, например, сажи [4-5].

По данным экспериментальных исследований количество пыли, оседающей на 1 м² поверхности за неделю, составляет 1,7–3,8 г при слабом ветре, при сильном ветре это содержание увеличивается в десятки, сотни раз. Значительное влияние на химические свойства компонентов пыли и на характер ее оседания оказывают атмосферные факторы.

Пыль, поднимающаяся с поверхности многолетней захламленной золоотвалом, ТБО и другими производственными отходами территории, состоит в среднем из 30-40% кремниевой кислоты, 5–10 % извести и гипса, до 5% серы, до 0,3% ТМ и других вредных веществ неорганической и органической природы. Несомненно, эти компоненты атмосферного воздуха оказывает агрессивное разрушительное влияние на памятник.

Таким образом установлено, что выбросы производственных объектов, из отопительных систем жилых комплексов селитебной зоны, окружающие мавзолей Х.А. Ясави, а также выбросы автотранспорта способствуют быстрому загрязнению фасадов и в сочетании с атмосферными осадками они формируют химически агрессивную среду, вызывающую разрушение фасадных материалов (кирпичной кладки, штукатурки, лепнины, покрасочных слоев и пр.). Экологически агрессивная среда ускоряет естественное разрушение памятника вследствие процессов старения. Таким образом любой экологический ущерб — прежде всего, нанесенный загрязнением памятнику должен фиксироваться и по факту ущерба должны приниматься меры по сохранению объекта.

Литература

1. Акбасова А.Д., Саинова Г.А. Экология. – Алматы: Бастау, 2003. – 290 с.

2. Гринин А.С., Новиков В.Н. Промышленные и бытовые отходы. Хранение, утилизация, переработка.- М.: Фаир-Пресс, 2002. - С.4-11

3. Коробкин В.И Экология. – М., 2006. – 465с.

4. Дульцева Г.Г., Дубцов С.Н., Скубневская Г.И. Вклад фотоокисления альдегидов в образование атмосферного органического аэрозоля // Химия в интересах устойчивого развития. – 2008.№ 6. – С. 303-309 (2008).

5. Акбасова А.Ж., Тойчибекова Г.Б., Койшиева Г. Воздействие взвешенных пылевых частиц на состояние мавзолея Х.А.Ясави// Вестник МКТУ им.Х.А.Ясави. – 2011. №3. – С.143-147.

10. Гринин А.С., Новиков В.Н. Промышленные и бытовые отходы. Хранение, утилизация, переработка.- М.: Фаир-Пресс, 2002. - С.4-11

Код для цитирования: Скопировать