CC BY
43
УДК 504.3.054
Е. А. Минакова, А. П. Шлычков, И. Г. Шайхиев
ДИНАМИКА КОМПОНЕНТНОГО СОСТАВА ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ВОЗДУШНОЙ СРЕДЕ Г. НИЖНЕКАМСК В СОВРЕМЕННЫЙ ПЕРИОД
Ключевые слова: загрязнение атмосферного воздуха, загрязняющие вещества, тенденция роста (снижения) концентраций
загрязняющих веществ.
Приведены результаты анализа загрязнения атмосферного воздуха г. Нижнекамск отдельными примесями в 2003-2014 гг. Выявлено устойчивое загрязнение атмосферного воздуха города формальдегидом, бенз(а)пиреном, взвешенными веществами. Загрязнение атмосферного воздуха г. Нижнекамска в изучаемый временной период диоксидом серы, оксидом углерода, оксидом азота и сероводородом не наблюдалось. Установлена заметная тенденция роста концентраций аммиака и снижения концентраций бенз(а)пирена и оксида углерода, умеренная тенденция снижения концентраций взвешенных веществ, диоксида азота и диоксида серы, а также слабая тенденция снижения концентраций сероводорода. Тенденции изменения концентраций формальдегида, фенола и оксида азота не выявлены.
Keywords: air pollution, pollutants, the trend of growth (reduction) pollutant concentrations.
Results of the analysis of air pollution in Nizhnekamsk individual impurities in 2003-2014 yrs. It was shown that there was a steady air pollution city formaldehyde, benzo (a) pyrene, suspended solids. There were no atmospheric pollution with sulfur dioxide, carbon monoxide, nitric oxide and hydrogen sulfide. It has been established that there is a marked tendency to increase the concentration of ammonia, a marked downward trend in concentrations of benzo (a) pyrene and carbon monoxide, a moderate downward trend in concentrations of suspended solids, nitrogen dioxide and sulfur dioxide, as well as a weak downward trend in the concentration of hydrogen sulfide. Trends in the concentrations of formaldehyde, phenol, and nitrogen oxide is not revealed.
Введение
Современный город - это сложная, открытая, динамичная искусственно-естественная система. Специфической особенностью этой мощной системы является то, что она становится ощутимым фактором воздействия, как на природные системы, так и на человека. В мегаполисах концентрация населения, промышленности, транспорта на ограниченной (хотя подчас и достаточно обширной территории) создает настолько сложные взаимосвязи в системе «общество-природа», что возводит их в ранг особых очагов воздействия на окружающую среду, не только самого города и его окрестностей, но и биосферы в целом. Только 15 % городских жителей России живут на территориях, где уровень загрязнения воздуха соответствует нормативам [1, 2]. Следствием производственно-бытовой деятельности населения городов является образование мощных техногенных потоков веществ, приводящих к загрязнению территорий городов, трансформации городских почв [3].
Для определения риска здоровью населения необходима оценка количественного вклада антропогенных факторов. Особое внимание требует изучение формирования антропогенной нагрузки в городах с уже повышенным уровнем загрязнения атмосферного воздуха, близ которых располагаются нефтеперерабатывающие заводы [4]. Примером такого города является г. Нижнекамск.
Город Нижнекамск - уникальный по значимости город, как в Республике Татарстан, так и на территории России. В настоящее время г. Нижнекамск -административный центр Нижнекамского муниципального района, культурный, научный, промышленный центр Республики Татарстан, а также крупнейший в России центр нефтехимической промышленности. В городе развиты электроэнергетика,
производство стройматериалов, легкая и пищевая промышленность. На сегодняшний день Нижнекамск является крупным производственным (кла-стерообразующим) центром, который по производственному и финансовому потенциалу, динамичности развития становится сопоставим со столицей республики.
Нижнекамск относится к району с крупными химическими и нефтехимическими комплексами, для которого характерно многокомпонентное загрязнение воздуха. В городе сосредоточено 18 % основных производственных фондов Татарстана, представляющих базовые отрасли промышленности. Основная отрасль промышленности - нефтехимия. Экономическую основу района составляют такие предприятия, как: ПАО «Нижнекамскнефтехим», ОАО «ТАИФ-НК», ОАО «Нижнекамскшина»,
АО «ТАНЕКО», ООО «Нижнекамская ТЭЦ». Эти предприятия оказывают серьезное воздействие на состояние окружающей среды города и района в целом. Экологическая ситуация в Нижнекамске, как и в районе в целом, определяется высокой концентрацией предприятий нефтехимической промышленности и энергетики и, как следствие, высоким уровнем загрязненности атмосферного воздуха, нерешенностью проблемы утилизации промышленных отходов и шламов [5].
По данным наблюдений, осуществляемых ФГБУ «Управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды Республики Татарстан» (ФГБУ УГМС РТ), на государственной сети наблюдений за состоянием окружающей среды, в 2014 г. уровень загрязнения атмосферного воздуха в г. Нижнекамск, снизился по сравнению с 2013 г. и характеризовался как «повышенный» [6].
Данная статья является продолжением серии работ, посвященных оценке качества окружающей
среды г. Нижнекамск. Первоначально оценка качества окружающей среды г. Нижнекамск была проведена нами методом биологического мониторинга [7], основанного на изменении морфологических структур растений под влиянием техногенных загрязнителей.
Следующим этапом работ явилась оценка качества окружающей среды на основе геофизического мониторинга, являющегося традиционным методом контроля химического загрязнения путем исследования ингредиентного состава природных сред, причем, основное внимание было уделено качеству атмосферного воздуха. Нами был рассчитан уровень комплексного загрязнения атмосферного воздуха г. Нижнекамск за период 2003-2014 г.г. [14] и было показано, что в ретроспективе лет наметилась тенденция снижения уровня загрязнения атмосферного воздуха г. Нижнекамск.
В настоящей работе изучена динамика выбросов загрязняющих веществ и контролируемых примесей.
Материалы и методы исследований
Систематические наблюдения за состоянием загрязнения атмосферного воздуха в г. Нижнекамск осуществляет ФГБУ УГМС РТ. Отбор проб атмосферного воздуха на стационарных постах наблюдений производится по полной программе - ежедневно четыре раза в сутки. В пробах воздуха определяются концентрации взвешенных веществ, взвешенных частиц РМ 10 и РМ 2.5, диоксида серы, диоксида азота, оксида углерода, оксида азота, фенола, формальдегида, аммиака, сероводорода, аэрозолей серной кислоты, бензола, толуола, этилбензола, ксилола, ацетона, хлороформа, четыреххлористого углерода, хлорбензола, бенз(а)пирена, тяжелых металлов (свинец, марганец, медь, цинк, никель, железо, кадмий, хром, магний).
Для оценки загрязнения атмосферного воздуха г. Нижнекамска отдельными примесями за 2003-2014 г.г. использованы приведенные в [6] значения средних годовых концентраций загрязняющих веществ, полученных по результатам систематических наблюдений ФГБУ УГМС РТ за загрязнением атмосферного воздуха.
Основные сведения о количестве источников и массе выбросов в г. Нижнекамске в 2003 и 2014 г.г. приведены в табл. 1 [6].
Таблица 1 - Количество источников и масса выбросов загрязняющих веществ в г. Нижнекамск за 2003 и 2014 года
Количество источников и масса выбросов 2003 г. 2014 г.
Выбросы промышленных стационарных источников, тыс. т 81,5 58,3
Выбросы автотранспорта, тыс. т 16,8 16,5
Выбросы всего, тыс. т 98,3 74,8
Количество стационарных источников, ед. 3180 6118
Количество автотранспорта, ед. 59051 80795
С целью получения сопоставимой информации, обработка данных наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха в г. Нижнекамске в ретроспективе лет проводилась с использованием физико-статистических методов анализа, приведенных в [811] с использованием среднесуточных ПДК, приведенных в [8] с учетом изменений установленных в [12, 13].
Результаты и их обсуждение
Анализ данных таблицы 1 показывает, что промышленные предприятия г. Нижнекамска принимают серьезные меры по снижению выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух. Ведется обновление производственных мощностей и модернизация действующих. При росте стационарных источников выбросов в городе с 3180 ед. в 2003 г. до 6118 ед. в 2014 г. или в 1,9 раза, эмиссия в атмосферный воздух снизились за этот период на 23,2 тыс. т или на 28 %.
Основной вклад в загрязнение атмосферного воздуха города вносят выбросы промышленных стационарных источников в 2003 г. - они составляли 83 %, а в 2014 г. - 78%.
Общее снижение вклада промышленных стационарных источников в загрязнение атмосферного воздуха города за период с 2003 по 2014 год составило 5 %. Величина вклада автотранспорта в загрязнение атмосферного воздуха города за период с 2003 по 2014 год, наоборот, возросла на 5 %: с 17 % в 2003 г. до 22 % в 2014 г. Следует отметить, что при росте количества автотранспорта с 59051 ед. в 2003 г. до 80795 ед. в 2014 г, отмечается даже небольшое снижение выбросов автотранспорта на 0,3 тыс. т, что, наиболее вероятно обусловлено сменой парка автомашин.
Следует отметить, что, несмотря на существенное снижение выбросов загрязняющих веществ, адекватного снижения уровня загрязнения атмосферного воздуха в городе не последовало.
Динамика загрязнения атмосферного воздуха г. Нижнекамска взвешенными веществами, формальдегидом, бенз(а)пиреном, диоксидом азота, фенолом и аммиаком приведена на рисунках 1-6.
Динамика загрязнения атмосферного воздуха г. Нижнекамска взвешенными веществами, приведена
Рис. 1 - Динамика загрязнения атмосферного воздуха г. Нижнекамска взвешенными веществами, в долях ПДК
За рассматриваемый период концентрации взвешенных веществ изменялись в пределах 0,7-1,5 значений ПДК. Превышения санитарно-гигиенических нормативов зарегистрированы в 2004-2008 гг и 2010-2011 гг. Максимальная концентрация - 1,5 ПДК наблюдалась в 2004 г, а минимальная - 0,7 ПДК наблюдалась в 2009 г. Анализ рис. 1 показывает, что в атмосферном воздухе г. Нижнекамска в период 2003-2014 гг отмечалась умеренная тенденция снижения концентраций взвешенных веществ.
Динамика загрязнения атмосферного воздуха г. Нижнекамска формальдегидом, приведена на рисунке 2.
Рис. 2 - Динамика загрязнения атмосферного воздуха г. Нижнекамска формальдегидом, в долях ПДК
В период 2003-2014 гг концентрации формальдегида изменялись в пределах 1,4-2,3 ПДК. Таким образом, превышения санитарно-гигиенических нормативов по данному загрязняющему веществу регистрировались ежегодно. Максимальная концентрация в 2,3 значений ПДК наблюдалась в 2005 г., а минимальная -1,4 ПДК в 2003, 2006-2008, 2011-2012 и 2014 гг. Зависимости изменений концентраций формальдегида в период 2003-2014 гг не выявлена.
Динамика загрязнения атмосферного воздуха г. Нижнекамска бенз(а)пиреном, приведена на рис. 3.
Рис. 3 - Динамика загрязнения атмосферного воздуха г. Нижнекамска бенз(а)пиреном, в долях ПДК
Концентрации бенз(а)пирена в 2003-2014 гг изменялись в пределах 0,6-3,2 значений ПДК. Превышения санитарно-гигиенических нормативов зарегистрированы в 2003-2013 гг. Максимальная кон-
центрация в 3,2 ПДК наблюдалась в 2003 г, а минимальная - 0,6 ПДК наблюдалась в 2014 г. Анализ зависимости на рисунке 3 показывает, что в атмосферном воздухе г. Нижнекамска в период с 2003 по 2014 г отмечалась заметная тенденция снижения концентраций бенз(а)пирена.
Динамика загрязнения атмосферного воздуха г. Нижнекамска диоксидом азота, приведена на рис. 4.
Рис. 4 - Динамика загрязнения атмосферного воздуха г. Нижнекамска диоксидом азота, в долях ПДК
Концентрации диоксида азота в 2003-2014 гг изменялись в пределах 0,5-1,5 ПДК. Превышения санитарно-гигиенических нормативов зарегистрированы в 2003-2004 гг. Максимальная концентрация в 1,5 ПДК наблюдалась в 2003 г, а минимальная - 0,5 ПДК наблюдалась в 2009-2011 гг. Анализ зависимости, приведенной на рисунке 4, показывает, что в атмосферном воздухе г. Нижнекамск в период 20032014 гг отмечалась умеренная тенденция снижения концентраций диоксида азота.
Динамика загрязнения атмосферного воздуха г. Нижнекамска фенолом, приведена на рисунке 5.
В период 2003-2014 гг концентрации фенола изменялись в пределах 0,2-1,0 значений ПДК. Таким образом, превышения санитарно-гигиенических нормативов по данному загрязняющему веществу не зарегистрировано. Максимальная концентрация -1,0 ПДК наблюдалась в 2006 г, а минимальная -0,2 ПДК - в 2012 г. Тенденция изменений концентраций фенола в период 2003-2014 гг. не выявлена.
Рис. 5 - Динамика загрязнения атмосферного воздуха г. Нижнекамска фенолом, в долях ПДК
Динамика загрязнения атмосферного воздуха г. Нижнекамска аммиаком, приведена на рисунке 6.
Рис. 6 - Динамика загрязнения атмосферного воздуха г. Нижнекамска аммиаком, в долях ПДК
В период 2005-2014 гг. концентрации аммиака изменялись в пределах 0,5-1,0 значений ПДК. Превышения санитарно-гигиенических нормативов за рассматриваемый период не выявлены. Максимальная концентрация в 1,0 значения ПДК наблюдалась в 2014 г, а минимальная - 0,5 ПДК наблюдалась в 2005, 2007-2009 гг. Анализ зависимости на рисунке 6 показывает, что в атмосферном воздухе г. Нижнекамска в период 2003-2014 г.г. отмечалась заметная тенденция роста концентраций аммиака.
Динамика загрязнения атмосферного воздуха г. Нижнекамска диоксидом серы, оксидом углерода, оксидом азота и сероводородом, приведена на рис. 7.
Анализ рис. 7 показывает, что концентрации диоксида серы, оксида углерода, оксида азота и сероводорода не превышали санитарно-гигиенических нормативов. Кроме того, следует отметить, что в атмосферном воздухе г. Нижнекамска в период 2003-2014 гг отмечается заметная тенденция снижения концентраций оксида углерода, умеренная тенденция снижения концентраций диоксида серы, а также слабая тенденция снижения концентраций сероводорода. Тенденция изменений концентраций оксида азота в период 2003-2014 гг не выявлена.
В долях ПДК ..............\
\ \ y = -0,0163x + 0,3727 » ........... R* = 0,5192
/ л 1 - >____1- » y = 0,0073x + 0,0995 *•, • ......... ""-■n,..^.^^^R* = 0,0926 ^ m _ M ~ "" »V" • .»у. i^ä=0,2673(
1 '7 1 y = -€,0181x + 0,2361 1
2003 2004 2005 2006 2007
2009 2010 2011 2012 2013 2014
"Оксид углерода ~ "Оксидаз
~ ■ Сероводород
Рис. 7 - Динамика загрязнения атмосферного воздуха г. Нижнекамска диоксидом серы, оксидом углерода, оксидом азота и сероводородом, в долях ПДК
Заключение
Результаты проведенного анализа показывают, что основной вклад в загрязнение атмосферного воздуха города Нижнекамск вносят выбросы промышленных стационарных источников. В 2003 г они составляли 83 %, а в 2014 г - 78 %. Вклад выбросов автотранспорта в загрязнение атмосферного воздуха города составлял 17 % в 2003 г и 22 % - в 2014 г. За рассматриваемый период вклад в загрязнение атмосферного воздуха города выбросами промышленных стационарных источников снизился на 5 %, а эмиссии автотранспорта выросли, соответственно, на 5%.
Выявлено, что в 2003-2014 гг наблюдалось устойчивое загрязнение атмосферного воздуха формальдегидом (1,4-2,3 ПДК), бенз(а)пиреном в 20032013 гг (1,4-3,2 ПДК), взвешенными веществами в 2004-2008 гг и в 2010-2011 гг (1,1-1,5 ПДК). В отдельные годы (2003-2004) наблюдалось загрязнение атмосферного воздуха в г. Нижнекамск диоксидом азота в 1,3-1,5 значений ПДК.
Показано, что в период 2003-2014 гг в г. Нижнекамске не наблюдалось загрязнение атмосферного воздуха диоксидом серы, оксидом углерода, оксидом азота и сероводородом. Концентрации фенола и аммиака были зарегистрированы на уровне ПДК, соответственно, в 2006 и 2014 гг.
Установлено, что в период 2003-2014 гг в г. Нижнекамске отмечалась заметная тенденция роста концентраций аммиака, заметная тенденция снижения концентраций бенз(а)пирена и оксида углерода, умеренная тенденция снижения концентраций взвешенных веществ, диоксида азота и диоксида серы, а также слабая тенденция снижения концентраций сероводорода. Тенденции изменения концентраций формальдегида, фенола и оксида азота в период 2003-2014 гг не выявлены.
Полученные результаты могут быть использованы при планировании мероприятий по снижению выбросов загрязняющих веществ промышленными предприятиями города и при проведении оптимизации системы мониторинга атмосферного воздуха г. Нижнекамска.
Литература
1. Е.В. Напрасникова, Оценка экологического состояния почв промышленных городов Восточной Сибири // Экологические проблемы промышленных городов: Сб. науч. тр. - Саратов, 2011. С. 107-109.
2. М.А. Шамычкова, дисс... к.соц.н., Москва, 2004. 153 с.
3. О.А.Неверова, Е.Ю. Колмогорова, Древесные растения и урбанизированная среда: экологические и биотехнологические аспекты, Наука, Новосибирск, 2003. 222 с.
4. Б.А. Ревич, Проблемы прогнозирования, 4, 87-100 (2010).
5. Схема территориального планирования Нижнекамского муниципального района, Татинвестгражданпроект, Казань, 2010. 198 с.
6. Государственные доклады «О состоянии природных ресурсов и об охране окружающей среды Республики Татарстан» в 2003-2014 гг
7. Е.А Минакова, А.П. Шлычков, И.Г. Шайхиев, Э.И. Биктемирова, Вестник технологического университета, 18, 16, 283-287 (2015).
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
8. РД52.04.186-89. Руководство по контролю загрязнения атмосферы, М., 1991. 556 с.
9. РД 52.04.667-2005. Документы о состоянии загрязнения атмосферы в городах для информирования государственных органов, общественности и населения. Общие требования к разработке, построению, изложению и содержанию, М., 2006. 50 с.
10. Г.А. Алексеев, Метеорология и гидрология, 11, 56-68 (1969).
11. А.А. Исаев, Статистика в метеорологии и климатологии, Изд-во Моск. ун-та, М., 1988. 245 с.
12. Постановление от 12 января 2015 г. № 3 Главного государственного санитарного врача Российской федера-
ции «О внесении изменения в ГН 2.1.6.1338-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест»».
13. Постановление от 17.06.2014 № 37 Главного государственного санитарного врача Российской федерации «О внесении изменения № 11 в ГН 2.1.6.1338-03 "Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест».
14. Е.А.Минакова, А.П. Шлычков, И.Г. Шайхиев, Вестник технологического университета, 19, 2, 107-111 (2016).
© Е. А. Минакова - к.г.н., доцент кафедры биоэкологии, Казанский (Приволжский) федеральный университет, ekologyhel@mail.ru; А. П. Шлычков - к.г.н., старший научный сотрудник, Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, anatoliy.shlychkov@yandex.ru; И. Г. Шайхиев - д.т.н., профессор, заведующий кафедрой инженерной экологии, Казанский национальный исследовательский технологический университет.
© E. A. Minakova - Ph.D., assistant professor of bio-ecology, Kazan (Volga) Federal University, ekologyhel@mail.ru; A. P. Shlychkov - Ph.D., Senior Research Fellow, Institute of Ecology and Mineral Sciences of the Republic of Tatarstan, anatoliy.shlychkov@yandex.ru; 1 G. Shaikhiev - Professor, Head of Department of Environmental Engineering, Kazan National Research Technological University.
