CC BY
46
ОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
© Коллектив авторов, 2016
УДК 613.71(571.51)
DOI: 10.2388/PAVLOVJ2016417-24
ФОРМИРОВАНИЕ ТЕХНОГЕННЫХ НАГРУЗОК И ХИМИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ РАЗВИТИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ СИЛ В КРАСНОЯРСКОМ КРАЕ
12 1 С.В. Куркатов , А.П. Михайлуц , О.Ю. Иванова
Красноярский государственный медицинский университет им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого, ул. Партизана Железняка, 1 660022, г. Красноярск, Российская Федерация (1) Кемеровский государственный медицинский университет, ул. Ворошилова, 22а, 650029, г. Кемерово, Российская Федерация (2)
В статье приводятся результаты изучения уровня техногенных нагрузок на атмосферный воздух и характера их связи с индексом загрязнения атмосферного воздуха (ИЗА) в промышленных городах Красноярского края. Приведены результаты анализа планировочных решений промышленных городов Красноярского края, имеющих отношение к формированию загрязнений атмосферного воздуха и влияние метеорологических условий на качество атмосферного воздуха. Установлено, что наибольшие уровни техногенной нагрузки на атмосферный воздух отмечаются в городах Норильске, Красноярске, Ачинске и Назарово. На одной пятой городских территорий Красноярского края реализованы нерациональные планировочные решения, способствующие в метеоусловиях Красноярского края формированию уровней загрязнения атмосферного воздуха выше ПДК.
Ключевые слова: атмосферный воздух, антропотехногенное загрязнение, планировочные решения, индустриальные центры.
THE FORMATION OF TECHNOGENIC LOADS AND CHEMICAL POLLUTION
OF ATMOSPHERIC AIR IN MODERN CONDITIONS OF DEVELOPMENT OF PRODUCTIVE FORCES IN KRASNOYARSK REGION
1 2 1 S.V. Kurkatov , A.P. Mihailuts , O.Y. Ivanova
Krasnoyarsk state medical University named after professor V.F. Voyno-Yasenetsky, Partizan Zheleznyak str., 1, 660022, Krasnoyarsk, Russian Federation (1) Kemerovo state medical University, Voroshilova str., 22A, 650029, Kemerovo, Russian Federation (2)
The article presents the results of studying the level of anthropogenic loads on the atmosphere and the nature of their relationship with the index of air pollution (API) in the industrial cities of Krasnoyarsk Krai. Рresents the results of the analysis of planning decisions of industrial cities of Krasnoyarsk Krai pertaining to the formation of air pollution
17
and the influence of meteorological conditions on air quality. Found that the greatest levels of anthropogenic load on atmospheric air are observed in the cities of Norilsk, Krasnoyarsk, Achinsk and Nazarovo. On one-fifth of urban areas of Krasnoyarsk Krai implemented irrational planning decisions that contribute to the conditions of Krasnoyarsk region defining the levels of air pollution above levels of concern.
Keywords: atmospheric air, anthropo-technogenic pollution, planning decisions, industrial centers.
В настоящее время антропогенное загрязнение атмосферного воздуха урбанизированных территорий является одной из наиболее значимых гигиенических проблем в Российской Федерации [1, 2]. Формирование крупных промышленно-индустриа-льных центров приводит к существенному увеличению уровня антропогенной нагрузки на окружающую среду и здоровье населения [3]. При этом существенное влияние на формирование уровней загрязнения атмосферного воздуха городских агломераций оказывает повторяемости отдельных неблагоприятных метеорологических условий и конкретные планировочные решения урбанизированной территории [4, 5, 6].
Таким образом, изучение особенностей формирования техногенных нагрузок и химического загрязнения атмосферного воздуха в современных условиях развития крупного индустриального центра является актуальной гигиенической задачей.
Цель исследования: изучить влияние планировочных решений на формирование качества атмосферного воздуха урбанизированных территорий в условиях климато-метеорологических особенностей Красноярского края.
Материалы и методы
Изучение мощности выбросов загрязняющих веществ от стационарных источников загрязнения атмосферного воздуха в городах - промышленных центрах Красноярского края проводилось по данным отчетных форм 2ТП-Воздух и результатам инвентаризации выбросов промышленных предприятий. Рассчитывались объемы воздуха, необходимые для разбавления мощности выбросов до ПДК. Методом регрессионного анализа проведено изуче-
ние связи индекса загрязнения атмосферного воздуха и показателей антропотехно-генной нагрузки на атмосферный воздух. Проведено изучения качества атмосферного воздуха на селитебных территориях, расположенных с наветренной и подветренной стороны относительно источников загрязнения атмосферного воздуха по данным объективного контроля при различных метеорологических условиях.
Для статистической обработки результатов исследования использовались методы регрессионного, корреляционного анализа, рассчитывались средние показатели и их ошибки. Достоверность различия оценивалась по критерию X и ошибке коэффициента корреляции.
Результаты и их обсуждение
Технико-экономические и социально-экономические решения по размещению и развитию производственных сил в Красноярском крае были ориентированы на чрезмерное сосредоточение в городах промышленных объектов. Как следствие, в промышленных городах края (Красноярск, Норильск, Ачинск, Канск, Минусинск, Лесоси-бирск, Назарово, Шарыпово и др.) сформировались значительные по мощности выбросы в атмосферу диоксида серы, оксидов азота, углерода монооксида, серной кислоты, фторидов, алюминия оксида, нафталина, пыли и других веществ (табл. 1).
Наибольшая техногенная нагрузка на атмосферный воздух формируется в промышленных городах, где на 1 га площади выбрасывается 4162 кг/год вредных веществ. Выделим особенности формирования антропотехногенных нагрузок вредными веществами в отдельных индустриальных городах края. Наибольшие
мощности выбросов вредных веществ на 1 рильске, Красноярске, Ачинске и Назаро-га городских территорий и объемы возду- во, где сосредоточены предприятия цвет-ха, необходимые для разбавления выбро- ной металлургии, нефтехимии, черной ме-сов до ПДК, отмечаются в городах Но- таллургии и теплоэнергетики (табл. 2).
Таблица 1
Мощности выбросов основных вредных веществ в атмосферу в промышленных городах Красноярского края
Вещество Мощность выброса, т/год Города, в которых имеются наибольшие по мощности выбросы в атмосферу
Аммиак 552 Красноярск, Лесосибирск, Канск, Минусинск, Ачинск
Бенз(а)пирен 2,17 Красноярск, Ачинск, Норильск, Назарово
Бензол 138 Красноярск, Железногорск, Ачинск
Диоксид серы 2158,6 • 103 Ачинск, Красноярск, Минусинск, Норильск, Назарово
Кислота серная 23883 Ачинск, Норильск, Зеленогорск
Оксиды меди 680 Норильск, Минусинск
Нафталин 1137 Красноярск
Никель металлический 697 Норильск, Красноярск
Оксиды азота 70250 Красноярск, Норильск, Ачинск, Канск, Назарово, Минусинск, Лесосибирск
Окислы кальция 1008 Ачинск, Красноярск, Канск
Пыль неорганическая 145,3 • 103 Ачинск, Красноярск, Норильск, Назарово
Пыль органическая 5186 Красноярск, Лесосибирск, Назарово
Сажа 474 Бородино, Красноярск, Лесосибирск
Гидрофторид 692 Красноярск, Ачинск
Твердые фториды 1016 Красноярск, Ачинск
Монооксид углерода 130,3 • 103 Красноярск, Норильск, Ачинск, Канск, Назарово, Минусинск
Фенол 13,2 Ачинск, Назарово, Красноярск
Оксид алюминия 665 Красноярск, Ачинск
Хлор 72 Красноярск, Норильск, Бородино
Сероуглерод 115 Красноярск, Норильск
Формальдегид 43,3 Лесосибирск, Красноярск, Назарово, Ачинск
Таблица 2
Показатели антропотехногенной нагрузки на атмосферу в промышленных городах Красноярского края
Город Мощность выбросов Объем воздуха, необходимый для разбавления мощности выбросов до ПДК, тыс. м3/с Объем воздуха, необходимый для разбавления мощности выбросов до ПДК, м3/с на 1 га
всего, тыс. т/год т/год на 1 км2
Ачинск 168,4 1651 17799 1745
Канск 33,8 368 5365 583
Красноярск 423,0 1106 74690 2146
Лесосибирск 32,3 119,3 10256 378
Минусинск 17,5 287 2773 454
Назарово 130,4 1650 8272 1047
Норильск 2112 2315 223208 2480
В промышленных городах Красноярского края установлены прямые сильные связи, описываемые уравнениями линейной регрессии, между величиной интегрального показателя загрязнения атмосферы (ИЗА) с одной стороны, и мощностью выбросов в атмосферу на 1 км2 городских территорий, объемом воздуха, необходимого для разбавления мощности выбросов на 1 га территории до ПДК, - с другой стороны (табл. 3). Следовательно, технико-экономические и
социально-экономические решения, при которых в городах Красноярского края были сосредоточены энергоемкие и высокоотходные предприятия цветной и черной металлургии, угольной, теплоэнергетической, нефтехимической и химической промышленности, определили высокие антропотех-ногенные нагрузки химическими веществами на атмосферный воздух, обусловливающие в свою очередь увеличение значений его интегральных показателей загрязнения.
Таблица 3
Связи индекса загрязнения атмосферного воздуха (ИЗА) и показателей антропотехногенной нагрузки на атмосферный воздух в промышленных городах Красноярского края
Зависимая переменная У Независимая переменная Х Уравнение линейной регрессии у = ao + Я1 • x Коэффициент корреляции Р
Индекс загрязнения атмосферы Мощность выбросов в атмосферу, т/км2 год у = 4,57 + 0,0035- x 0,73 0,05
Объем воздуха, необходимый для разбавления мощности выбросов до ПДК м3/с на 1 га у = 2,6 + 0,00443- x 0,94 < 0,05
Гигиеническая оценка планировочных решений в индустриальных городах, принятых и реализованных в природно-климатических условиях Красноярского края показала, что в среднем по краю на 22,4% городских территорий фиксируются концентрации атмосферных поллютантов, превышающие ПДК. При этом в этих городах постоянно проживают от 11,4% до 19,6
% населения края (табл. 4). В природно-климатических условиях Красноярского края нельзя признать рациональными планировочные решения промышленных городов, при которых в течение года от 24,3% до 40,7% селитебных территорий находятся подветренно по отношению к предприятиям - источникам загрязнения атмосферы.
Таблица 4
Характеристика планировочных решений промышленных городов Красноярского края, имеющих отношение к формированию загрязнений атмосферного воздуха
Территории на которых Территории жилой зоны, находящиеся в течение
фиксируются атмосферные года на подветренной стороне по отношению к
Города поллютанты превышающие ПДК источникам загрязнения атмосферы
доля от площади города, %
доля доля от площади города, доля
проживающих, % % проживающих, %
Ачинск 17 11,4 40,7 36,2
Канск 24,5 19,6 32,1 20,8
Красноярск 26,3 15,1 30,7 24,2
Лесосибирск 20,6 19,1 28,8 21,7
Минусинск 19,8 14,8 24,3 16,5
Назарово 24,1 12,7 20,9 18,6
Норильск 20,9 13,1 29,8 28,3
Итого 22,4 14,6 27,4 24,6
На участках жилых зон, расположенных подветренно по отношению к промышленным предприятиям, концентрации в атмосферном воздухе больше чем при наветренном положении: диоксида серы - в 2,8 раза, диоксида азота -в 2,7 раза, гидрофторида - в 3,7 раза, сероуглерода - в 2,7 раза, взвешенных веществ - в 2,1 раза, алюминия - в 4,8 раза, аммиака - в 3,1 раза (рис. 1). Природно-климатические условия определяют самоочищающую способность атмосферного воздуха от загрязнений, режим поступле-
ния ксенобиотиков в почву и возможность использования рациональных планировочных решений по размещению предприятий и жилых зон. В следствие повторение штилей в течении 10-12% времени года и систематических приземных инверсий температуры воздуха в южной и центральных частях Красноярского края самоочищающая способность воздуха промышленных городов оказывается недостаточной и не обеспечивает содержание вредных веществ в пределах гигиенических норм.
Условные обозначения: 1 - диоксид серы, 2 - диоксид азота, 3 - гидрофторид, 4 - сероуглерод, 5 - аммиак, 6 - взвешенные вещества, 7 - алюминий, 8 - формальдегид
Рис. 1. Концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе территорий, находящихся на наветренной стороне (н) и подветренно (п) по отношению к источникам выбросов в атмосферу
Так, если при метеорологических условиях, способствующих рассеиванию выбросов, доля проб вредных веществ выше ПДКМР находится в пределах 0,4-8,9%, в том числе выше 5,0 ПДКМР - 0-1,2%, то при неблагоприятных метеорологических условиях для рассеивания выбросов эти показатели находятся в пределах соответственно 1,9-69,3 % и 0,3-8,1% (табл. 5).
Средние концентрации вредных веществ при неблагоприятных для рассеивания выбросов метеорологических условиях увеличиваются в атмосферном воздухе в 2 - 7,5 раз, при этом вероятность обнаружения концентраций выше ПДКМР
в атмосферном воздухе в 1,6 раза больше, чем при метеорологических условиях, способствующих их рассеиванию.
Исследование показало, что антропогенная нагрузка, обусловленная выбросами стационарных источников, в городах Красноярского края существенно превышает аналогичные показатели на урбанизированных территориях Центрального, Южного, Приволжского федеральных округов [7]. Значительная эмиссия загрязняющих веществ предъявляет особые требования к условиям рассеивания и свидетельствует о необходимости существенных объемов воздуха, для разбавления
Таблица 5
Загрязнение атмосферного воздуха при различных метеорологических условиях
Вещество Неблагоприятные метеорологические условия Метеорологические условия, способствующие, рассеиванию выбросов
% проб >ПДКмр % проб >5 ПДКмр М + m, мг/м3 % проб >ПДКмр % проб >5 ПДКмр М + m, мг/м3
Взвешенные вещества 29,5 8,1 0,66+0,07 2,3 0 0,13+0,02
Диоксид азота 14,3 3,7 0,061+0,007 0,6 0 0,016+0,002
Диоксид углерода 0,9 0 1,59+0,11 0 0 0,72+0,08
Аммиак 8,6 1,9 0,023+0,002 0,4 0 0,009+0,001
Диоксид серы 1,9 0,3 0,004+0,0005 0 0 0,002+0,0003
Гидрофторид 16,8 5,1 0,006+0,0005 1,3 0 0,001+0,0002
Сероуглерод 19,2 3,5 0,010+0,001 2,1 0 0,003+0,0005
Формальдегид 26,3 4,8 0,015+0,002 1,8 0 0,002+0,0004
Бенз(а)пирен 59,6 6,2 3,9-106+0,4-106 7,3 0 0,8-106+0,12-106
Бензол 2,4 0,3 0,05+0,006 0 0 0,01+0,002
Алюминий 69,3 5,6 0,78+0,1 8,9 1,2 0,19+0,03
выбросов стационарных источников до ПДК. Выявленные в результате регрессионного анализа линейные зависимости индекса загрязнения атмосферного воздуха от мощности выбросов в атмосферу урбанизированных территорий и объемов воздуха, необходимых для разбавления мощности выбросов до ПДК, подтвержденные и сильными прямыми корреляционными связями свидетельствует об определяющей роли стационарных источников в формировании качества атмосферного воздуха промышленных городов. В этих условиях особое значение приобретают рациональные планировочные решения, способствующие более эффективному рассеиванию выбросов. Однако наши исследования показали, что в среднем на одной пятой городских территорий, в результате нерациональных планировочных решений, создаются условия способствующие формированию более высоких концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе (в 2,1-4,8 раза) отдельными загрязняющими веществами. Ситуация усугубляется климатическими особенностями региона, характеризующимися значительной повторяемостью метеорологических условий, неблагоприятных для рассеивания поллютан-
тов, во время которых регистрируются превышения ПДКМР по отдельным загрязняющим веществам в 1,9-69,3% проб.
Таким образом, в промышленных центрах Красноярского края формируется комплекс условий, способствующий формированию высоких уровней загрязнения атмосферного воздуха, что приводит к существенному увеличению техногенных нагрузок и химического загрязнения атмосферного воздуха, уровня антропогенной нагрузки на окружающую среду и здоровье населения [3].
Выводы
1. Наибольшие уровни техногенной нагрузки на атмосферный воздух отмечаются в городах Норильске, Красноярске, Ачинске и Назарово и обусловлены предприятиями цветной металлургии, нефтехимии, черной металлургии и теплоэнергетики.
2. В промышленных городах Красноярского края установлены прямые сильные связи, между величиной интегрального показателя загрязнения атмосферы (ИЗА) с одной стороны мощностью выбросов в атмосферу и объемом воздуха, необходимого для разбавления выбросов на единицу площади городских территорий до нормативных показателей - с другой стороны.
3. На одной пятой площади городов Красноярского края реализованы планировочные решения, способствующие формированию ненормативных уровней загрязнения атмосферного воздуха селитебных территорий.
Литература
1. Качество воздуха в крупнейших городах России за десять лет 1998-2007 гг.: аналитический обзор. СПб.: Министерство природных ресурсов и экологии РФ, 2009. 133 с.
2. Ляпкало А.А., Дементьев А.А., Цур-ган А.М. Мониторинг качества атмосферного воздуха областного центра // Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова. 2013. № 4. С. 83-89.
3. Бадмаева С.Э., Циммерман В.И. Антропогенное загрязнение атмосферного воздуха городов Красноярского края // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. 2015. № 2. С. 27-32.
4. Боков В.Н., Воробьев В.Н., Серебриц-кий И.А. Уровень загрязнения атмосферного воздуха в мегаполисе и его связь с климатическими изменениями // Ученые записки Российского государственного гидрометеорологического университета. 2015. №39. С.55-65.
5. Ляпкало А.А., Дементьев А.А., Цурган А.М. Влияние направление ветра на качество атмосферного воздуха в историческом центре г. Рязани в теплое время года // Наука молодых (БгиёШо ■Гиуешиш). 2015. №1. С. 35-42.
6. Прусакова А.В. Климатические особенности и уровни загрязнения атмосферного воздуха на территории Иркутской области // Современные технологии и научно-технический прогресс. 2015. Т. 1, № 1. С. 102-104.
7. Охрана окружающей среды в России. 2014: Статистический сборник. М.: Росстат, 2014. 78 с.
4. В южной и центральных частях Красноярского края самоочищающая способность воздуха промышленных городов оказывается недостаточной и не обеспечивает содержание вредных веществ в пределах гигиенических норм.
Конфликт интересов отсутствует.
References
1. Ministerstvo prirodnyh resursov i jeko-logii RF [The Ministry of natural resources and ecology of the Russian Federation]. Kachestvo vozduha v krupnej-shih gorodah Rossii za desjat' let 19982007 gg.: аnaliticheskij obzor [Air quality in major Russian cities for ten years 1998-2007: аnalytical review]. SPb.; 2009. 133 p. (in Russian)
2. Ljapkalo AA, Dement'ev AA, Curgan AM. Monitoring kachestva atmosferno-go vozduha oblastnogo centra [Monitoring of air quality regional center] Ros-sijskij mediko-biologicheskij vestnik im-eni akademika I.P. Pavlova [I.P. Pavlov Russian medical biological Herald]. 2013; 4: 83-89. (in Russian)
3. Badmaeva SJe, Cimmerman VI. Antro-pogennoe zagrjaznenie atmosfernogo vozduha gorodov Krasnojarskogo kraja [Anthropogenic pollution of atmospheric air of cities of the Krasnoyarsk territory]. Vestnik Krasnojarskogo gosudarstven-nogo agrarnogo universiteta [Vestnik Krasnoyarsk state agrarian University]. 2015; 2: 27-32. (in Russian)
4. Bokov VN, Vorob'ev VN, Serebrickij IA. Uroven' zagrjaznenija atmosfernogo vozduha v megapolise i ego svjaz' s kli-maticheskimi izmenenijami [The level of air pollution in the metropolis and its relationship to climate change]. Uchenye zapiski Rossijskogo gosudarstvennogo gidrometeorologicheskogo universiteta [Scientific notes of Russian state guide-rematerializes University]. 2015; 39: 5565. (in Russian)
5. Ljapkalo AA, Dement'ev AA, Curgan AM. Vlijanie napravlenie vetra na ka-
chestvo atmosfernogo voz-duha v istori-cheskom centre g. Rjazani v teploe vremja goda [Influence of wind direction on air quality in the historic centre of Ryazan in the warm time of the year]. Nauka molodyh (Eruditio Juvenium) [Science of young (Eruditio Juvenium)]. 2015; 1: 35-42. (in Russian) 6. Prusakova AV. Klimaticheskie osoben-nosti i urovni zagrjaznenija atmosfernogo vozduha na territorii Irkutskoj ob-lasti [Climatic conditions and levels of pollution of atmospheric air on the terri-
tory of Irkutsk region]. Sovremennye tehnologii i nauchno-tehnicheskij progress [Modern technologies and scientific-technical progress]. 2015; 1 (1): 102-104. (in Russian) 7. Federal'naja sluzhba gosudarstvennoj statistiki RF: Statisticheskij cbornik [Federal state statistics service of the Russian Federation: Statistical compendium]. Ohrana okruzhajushhej sredy v Rossii. 2014 [Environmental protection in Russia. 2014]. M.; 2014. 78 p. (in Russian)
Куркатов С.В. - д.м.н., профессор, зав. кафедрой гигиены Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Красноярский государственный медицинский университет имени профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого» Министерства здравоохранения Российской Федерации.
E-mail: s.kurkatov@mail.ru
Михайлуц А.П. - д.м.н., профессор кафедры гигиены федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Кемеровский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации.
E-mail: komgdip1@kemsma.ru
Иванова О.Ю. - к.м.н., доцент, зав. учебной частью кафедры гигиены Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Красноярский государственный медицинский университет имени профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого» Министерства здравоохранения Российской Федерации.
