Науки о Земле / Earth Science Оригинальная статья / Original Article УДК 504.3.054
DOI: 10.31161/1995-0675-2021-15-1-96-103
Геоэкологическая оценка аэротехногенного загрязнения
воздушной среды города Липецка
© 202i седых В. А. 1 Куролап С. А. 1 Кондауров Р. А. 1 2
1 Воронежский государственный университет Воронеж, Россия; e-mail: [email protected]; [email protected]
2 ООО «Транспроект» Воронеж, Россия; e-mail: [email protected]
РЕЗЮМЕ. Целью данного исследования является оценка состояния воздушного бассейна г. Липецка, связанного с аэротехногенным загрязнением химическими поллютантами. Методы. При реализации настоящих исследований были применены следующие методы: количественно-химические (инструментальные измерения концентраций), статистические, а также метод обобщения и анализа фондовых данных. Результаты. Проведенные исследования позволили установить основные пространственно-временные особенности контаминации приземного слоя атмосферного воздуха г. Липецка загрязняющими веществами (CO, NO2, SO2, NO, С6Н5ОН и H2S). Выводы. Наибольшие максимально разовые концентрации загрязняющих веществ в приземном слое атмосферного воздуха г. Липецка наблюдались по CO, NO2, и H2S. В годовой динамике среднесуточных концентраций превышений значений предельно допустимых концентраций (ПДК) не выявлено, однако, в некоторые месяцы 2020 г. были зафиксированы подпороговые значения и равные значениям ПДК. Районами города, наиболее подверженными загрязнению, являются районы Тракторного завода и Новолипецкого металлургического комбината (НЛМК), расположенные в южной и юго-восточной части города.
Ключевые слова: атмосферный воздух, экологический мониторинг, аэротехногенное загрязнение, городская среда, загрязнение атмосферы, город Липецк.
Формат цитирования: Седых В. А., Куролап С. А., Кондауров Р. А. Геоэкологическая оценка аэротехногенного загрязнения воздушной среды города Липецка // Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Естественные и точные науки. 2021. Т. 15. № 1. С. 96-103. DOI: 10.31161/1995-0675-2021-15-1-96-103_
Geoecological Assessment of Technogenic Air Pollution
of Atmospheric Environment in Lipetsk
© 2021 Vladislav A. Sedykh 1 Semen A. Kurolap 1 Roman A. Kondaurov 1 2
1 Voronezh State University Voronezh, Russia; e-mail: [email protected]; [email protected]
2 OOO Transproekt Voronezh, Russia; e-mail: [email protected]
ABSTRACT. The aim of the paper is to assessment of air basin condition in Lipetsk associated with technogenic air pollution by chemical pollutants. Methods. During the implementation of these studies, the following methods were used: quantitative-chemical (instrumental measurements of concentrations), statistical, as well as the method of generalization and analysis of stock data. Results. The studies carried out made it possible to establish the main spatio-temporal features for contamination of the surface layer of the atmospheric air in Lipetsk by pollutants (CO, NO2, SO2, NO, С6Н5ОН, H2S). Conclusions. The highest maximum one-time concentrations of pollutants in the surface layer of the atmospheric air in Lipetsk were observed for CO, NO2, and H2S. In the annual dynamics of average daily concentrations, no excess of the maximum permissible concentrations (MPC) values was revealed, however, in some months of 2020, sub-
threshold values and equal to the MPC values were recorded. The districts of the city most susceptible to pollution are the districts of the Tractor Plant and the Novolipetsk Metallurgical Plant (NMP), located in the southern and southeastern parts of the city.
Keywords: atmospheric air, environmental monitoring, technogenic air pollution, urban environment, atmospheric pollution, Lipetsk.
For citation: Sedykh V. A., Kurolap S. A., Kondaurov R. A. Geoecological Assessment of Technogenic Air Pollution of Atmospheric Environment in Lipetsk. Dagestan State Pedagogical University. Journal. Natural and Exact Sciences. 2021. Vol. 15. No. 1. Pp. 96-103. DOI: 10.31161/1995-0675-2021-15-1-96-103 (In Russian)
Естественные и точные науки ••• 97
Natural and Exact Sciences •••
Введение
На современном этапе развития общества одной из важнейших экологических проблем является аэротехногенное загрязнение воздушной среды городов. С эмиссией в атмосферу городов поступает значительное количество загрязняющих веществ, которые оказывают негативное воздействие на состояние окружающей среды и создают прямые риски для здоровья и качества жизни городского населения [2-4; 7]. Особенно актуальна данная проблема для крупных городов с развитыми отраслями промышленности и большим количеством автотранспортных средств, одним из примеров таких городов является Липецк.
Город Липецк - крупный промышленный центр, в структуру отраслевого производства которого входят металлургическая и химическая промышленность, производство строительных материалов, машиностроение и ряд других. Главной отраслью специализации Липецка является черная металлургия. На территории города располагается одно из крупнейших в Российской Федерации металлургических предприятий - Новолипецкий металлургический комбинат (НЛМК), на долю которого приходится более 95 % всех валовых выбросов от стационарных источников. В 2019 г. стационарными источниками в атмосферу города было выброшено 275 тыс. тонн загрязняющих веществ, что делает Липецк одним из «лидеров» по данному показателю в Российской Федерации и обеспечивает место в перечне городов, характеризующихся наибольшими показателями «выбросов в атмосферу загрязняющих веществ от стационарных источников» [6, с. 31]. Из общего вала предприятий города, 266,1 тыс. тонн приходится на выбросы Новолипецкого металлургического комбината [1, с. 15].
Помимо НЛМК, источниками загрязнения воздушной среды являются АО «Липецкцемент», «Липецкая ТЭЦ-2», ЛТК
«Свободный сокол», ООО «Йокохама Р.П.З.», завод по производству стекольных изделий «ЧСЗ-Липецк», АО «Индезит Ин-тернешл», ОАО «Полимер» и ряд других предприятий. Весомый вклад в загрязнение атмосферного воздуха города вносит автотранспорт, выхлопы которого концентрируются в приземном слое атмосферы на уровне человеческого роста, что является крайне неблагоприятным фактором для здоровья населения. Доля передвижных источников в общем количестве городских выбросов составляет около 30 % [1, с. 17].
Материалы и методы исследования
Для оценки и установления основных особенностей загрязнения атмосферного воздуха г. Липецка авторами был осуществлён экологический мониторинг, который включил в себя 61 точку наблюдения, дислокация которых представлена на рисунке 1.
Измерения осуществлялись с помощью газоанализатора ГАНК-4 (А) в соответствии с «Руководством по контролю за загрязнением атмосферы» [8] и МВИ-4215-002-56591409-2009 «Методика выполнения измерений массовой концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе газоанализатором гАнК-4» [5] в зимний период (февраль 2021 г.). В ходе исследования авторами были произведены 224 измерения в течение одного месяца, измерены максимально разовые концентрации следующих загрязняющих веществ: СО, N02, Б02 и СбШОН.
Также в настоящих исследованиях были использованы материалы Липецкого центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды - филиал ФГБУ «Центрально-Черноземное управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды» по среднесуточным концентрациям СО, N0, S02, СбШОН и N02 [10].
Результаты и их обсуждение
Воздушная среда г. Липецка характеризуется высокой эмиссионной нагрузкой. Постоянное присутствие в атмосфере загрязняющих веществ различного класса опасности создает риски для всей городской среды и здоровья населения, в частности. Полученные в ходе исследования результаты дают возможность оценить состояние воздушного бассейна города.
Оксид углерода - вещество 4-го класса опасности, поступающее в атмосферу от промышленных предприятий и автотранспорта. Главным вкладчиком СО являются предприятия черной металлургии, доля которых в общем количестве выбросов этого поллютанта может достигать 60 %.
На основе результатов экологического мониторинга и применения геоинформационной системы QGis 3.10 были построены поля концентраций СО, которые представлены на рисунке 2. Для остальных поллютантов аналогичное построение не проводилось, в связи с их низкими концентрациями (в пределах 0,1-0,2 ПДК).
За весь период исследования превышений ПДКм.р. СО зафиксировано не было. Однако некоторые районы города характеризовались предпороговыми значениями ПДК, а также концентрациями выше 0,5 ПДК (точки № 35 - ул. Марии Расковой; № 41 - ул. Металлургов; № 42 - ул. Краснознаменная). Максимальные значения 4,1 мг/м3 (0,8 ПДКм.р.) были зафиксированы в точке № 38 около Медицинского колледжа в зоне прямого влияния коксохимического производства НЛМК при южном направлении ветра.
Территориально распределение СО характеризуется повышенным, относительно остальной части города, содержанием в южных и юго-восточных частях г. Липецка (р-н Тракторного завода, р-н НЛМК), т. е. расположенных в зоне непосредственного влияния металлургического комбината.
Также несколько повышенное содержание в пределах 0,6 ПДКм.р. наблюдалось в точках № 51 и 54, находящиеся в зоне влияния одного из самых крупных и оживленных транспортных перекрестков города (Товарный проезд). Минимальные концентрации СО наблюдались в северной части города, вдали от крупных промышленных предприятий.
Динамика годовых среднесуточных концентраций СО за 2020 г. представлена
на рисунке 3. Максимальными показателями, порядка 0,4 ПДКс.с., характеризуется осенне-зимний период (сентябрь-декабрь). Превышений среднесуточных допустимых концентраций за 2020 г. зафиксировано не было [10].
Диоксид азота - вещество 3-го класса опасности. Главным путем поступления в атмосферу являются процессы сгорания топлива на промышленных предприятиях, в котельных и в автотранспорте.
За период проведения экологического мониторинга превышения значений ПДКм.р. по данному загрязняющему веществу выявлено не было. Максимальные концентрации N02 были получены в точках № 38 (0,132 мг/м3 - 0,65 ПДК) около Медицинского колледжа и в точке № 58 (0,130 мг/м3 - 0,65 ПДК) на ул. Ударников, ближе к Воронежскому шоссе. Измерения на остальных точках не фиксировали значения N02 выше 0,25 ПДКм.р.
Годовая среднесуточная динамика (рис. 4) характеризуется значениями, близкими к верхней границе ПДКс.с. или же равными ей. Максимальные показатели приходятся на теплый период года (май-август), минимальные относятся к осеннему периоду (сентябрь-ноябрь) и большую часть весны (март, апрель) [10].
Фенол - вещество 2-го класса опасности, основными источниками поступления в атмосферу являются неполное сгорание углеводородов на предприятиях промышленности, ТЭЦ, а также транспортные выхлопы.
Концентрации СбШОН в приземном слое атмосферного воздуха за период экологического мониторинга характеризуются низкими показателями и не превышали 0,1 ПДКм.р. Максимальные значения были получены в точках № 31 и 48.
Динамика среднесуточных показателей в течение года показана на рисунке 5. Превышений ПДКс.с. по СбШОН в приземном слое атмосферного воздуха не наблюдалось, и содержание поллютанта находилось на уровне 0,6 ПДКс.с. Однако лабораторией ЦМГС фиксировались локальные превышения ПДКм.р. в ноябре 2020 г. в 1,9 и 1,3 ПДК на ПНЗ № 4 (пост наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха) -р-он Тракторного завода, а также в 1,3 и 1,8 ПДК на ПНЗ № 8 (23 мкрн.) и ПНЗ № 2 (ул. Титова) соответственно [11].
Естественные и точные науки ••• 99
Natural and Exact Sciences •••
Рис. 1. Дислокация точек экологического мониторинга
Рис. 2. Поля концентраций CO (за зимний период 2021 г.)
Рис. 3. Годовая среднесуточная динамика оксида углерода в 2020 г.
Рис. 4. Годовая среднесуточная динамика NO2 в 2020 г
Рис. 5. Годовая среднесуточная динамика фенола в 2020 г.
Диоксид серы - вещество 3 класса опасности, поступает в атмосферу в процессе сгорания топлива с содержанием сернистых соединений. Основными источниками являются металлургические предприятия, в особенности агломерационное производство, ТЭЦ и другие предприятия с производственными процессами горения.
За период проведения зимних измерений превышений допустимых концентраций по диоксиду серы зафиксировано не
было, все значения находились в пределах 0,1 ПДК. Однако проводимые нами измерения в летний период (июнь 2020 г.) фиксировали превышения ПДКм.р. в некоторых мониторинговых точках выше 2 ПДК в зонах прямого воздействия НЛМК, в особенности его агломерационного производства (точки № 46, 51) [9], что позволяет предположить повышение концентраций данного поллютанта в теплый период.
Естественные и точные науки ••• 101
Natural and Exact Sciences •••
ПДК с*с* - 0,06 мг/куб.м
0,025
Рис. 6. Годовая среднесуточная динамика NO в 2020 г.
Оксид азота. Содержание данного пол-лютанта в атмосферном воздухе города находилось в пределах ПДК, как максимально разового, так и среднесуточного, и составляло порядка 0,3 ПДК с максимальными значениями в холодный (февраль) и теплый (июнь) периоды года (рис. 6).
Сероводород - вещество 2-го класса опасности, поступает в атмосферу главным образом от металлургических предприятий, также одним из вкладчиков являются городские очистные сооружения.
Сероводород является специфическим веществом для г. Липецка в связи с промышленной специализацией города на черной металлургии. Одними из главных производственных процессов на территории Липецка, загрязняющих воздушную среду сероводородом, являются доменное производство и водное охлаждение металлургических шлаков. Необходимо отметить, что НЛМК внедрил технологию безводного охлаждения металлургических шлаков для некоторых доменных печей, что должно позволить снизить эмиссию данного вещества. Однако такие меры на данном этапе являются недостаточными для снижения общих выбросов сероводорода в атмосферу города.
Лабораторией ЦМГС в течение всего года фиксируется максимально разовые превышения по данному загрязняющему веществу от 1,5 до 9,2 долей ПДК [10]. Подавляющее большинство превышений фиксируется на ПНЗ № 4 (р-он Тракторного завода), а также на ПНЗ № 3 (р-он НЛМК).
Заключение
Проведенное исследование позволило выявить основные районы города, подверженные аэротехногенному загрязнению воздушной среды. Таковыми являются левобережные районы южной и юго-восточной части города: р-он Тракторного завода и р-он НЛМК, где превышения допустимых разовых концентраций доходят до 9 долей ПДК. Остальные районы Липецка характеризуются загрязнением в основном в зонах влияния загруженных участков дорожно-уличной сети. Концентрации таких загрязняющих веществ, как N02, СбШОН, S02 имеют максимальные значения в теплый период года, концентрации СО, наоборот, максимальных среднесуточных и разовых значений достигают в холодный зимний период года.
Максимально разовые превышения и повышенные среднесуточные показатели различных веществ, в первую очередь СО, N02, ШS, создают неблагоприятные условия для здоровья населения и состояния городской среды в целом. Несмотря на принимаемые меры по снижению эмиссии, выбросы промышленных предприятий и автотранспорта остаются на довольно высоком уровне даже по сравнению с другими крупными промышленными центрами Урала, Сибири и Европейской части России [6, с. 31].
Необходима дальнейшая работа промышленных предприятий по уменьшению негативного воздействия от загрязнения атмосферного воздуха химическими
веществами, внедрение новых «экологических» технологий в производственный процесс, модернизация и своевременная замена уже имеющегося оборудования и очистных сооружений.
Для снижения эмиссионной нагрузки, связанной с передвижными источниками, актуальной задачей является переход всего парка общественного транспорта на газомоторное топливо и транспортные средства с электродвигателями, создание условий и соответствующей инфраструктуры для возможности перехода жителей города на личные гибридные и электромобили (сеть площадок для зарядки и сервисов по техническому обслуживанию электромо-
2. Епринцев С. А. Геоэкологические аспекты качества окружающей среды урбанизированных территорий // Вестник ТГУ. 2013. Т. 18. Вып. 2. С. 596-601.
3. Ивашкина И. В., Кочуров Б. И. Урбоэко-диагностика и сбалансированное городское природопользование: перспективные научные направления в географии и геоэкологии // Экологические проблемы урбанизированных территорий. 2011. № 3. С. 6-11.
4. Кебалова Л. А. Экологическая оценка состояния атмосферного воздуха города Владикавказа // Географический вестник. 2017. № 3 (42). С. 71-77.
5. Методика выполнения измерений массовой концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе газоанализатором ГАНК-4 / МВИ-4215-002-56591409-2009.
6. О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2019 году: Государственный доклад. М.: Минприроды России; МГУ им. М. В. Ломоносова, 2020. 1000 с.
7. Ревич Б. А. Приоритетные факторы городской среды, влияющие на качество жизни
1. Sostoyanie i okhrana okruzhayushchey sredy Lipetskoy oblasti v 2019 godu: doklad [State and Environmental Protection of Lipetsk Region in 2019: Report]. Lipetsk, 2020. 176 p. (In Russian)
2. Eprintsev S. A. Geoecological aspects of the environment quality of urbanized territories. Vestnik TGU [Journal of TSU]. 2013. Vol. 18. Iss. 2. Pp. 596-601. (In Russian)
3. Ivashkina I. V., Kochurov B. I. Urboecodiag-nostics and balanced urban nature management: promising scientific directions in geography and geoecology. Ekologicheskie problemy urbaniziro-
билей), создание удобной и безопасной велодорожной сети.
Для контроля качества атмосферного воздуха в г. Липецке необходим дальнейший мониторинг состояния воздушного бассейна, пространственного распределения различных поллютантов, а также оценка их отдельного и совместного воздействие на состояние здоровье населения города и его отдельных районов. Особенно важным в вопросе повышения качества воздушной среды и снижения эмиссионной нагрузки является совместная и целенаправленная политика региональных и муниципальных органов власти и промышленных предприятий города.
атмосферы (РД 52.04.186-89). М., 1991. 694 с.
9. Седых В. А., Куролап С. А. Оценка аэротехногенного загрязнения города Липецка с использованием геоинформационного картографирования территории // Геоинформационное картографирование в регионах России: материалы XI Всероссийской научно-практической конференции (Воронеж, 23-24 ноября 2020 г.). Воронеж: Изд-во «Цифровая полиграфия», 2020. С. 309-316.
10. Липецкий центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды - филиал федерального государственного бюджетного учреждения «Центрально-Черноземное управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды» [Электронный ресурс]: URL: https://www.cgms. ru/48/text/index.php?id =41 (дата обращения: 10.03.2021)
11. Отдел охраны окружающей среды администрации города Липецка: справка о состоянии атмосферного воздуха [Электронный ресурс]: URL: http://llpetskclty.ru/lblock/novostljekologil/ (дата обращения: 10.03.2021)
vannykh territoriy [Ecological Problems of Urbanized Territories]. 2011. No. 3. Pp. 6-11. (In Russian)
4. Kebalova L. A. Ecological assessment of the atmospheric air state in Vladikavkaz. Geo-graficheskiy vestnik [Geographic Journal]. 2017. No. 3 (42). Pp. 71-77. (In Russian)
5. Metodika vypolneniya izmereniy massovoy kontsentratsii vrednykh veshchestv v at-mosfernom vozdukhe gazoanalizatorom GANK-4 / MVI-4215-002-56591409-2009 [Methods for Mass Concentration Measuring of Harmful Substances in the Atmospheric Air by the Gas Analyzer GANK-4 / MVI-4215-002-56591409-2009]. (In Russian)
Литература
1. Состояние и охрана окружающей среды Липецкой области в 2019 году: доклад. Липецк, 2020. 176 с.
населения мегаполисов // Проблемы прогнозирования. 2018. № 3. С. 59-66.
8. Руководство по контролю загрязнения
References
Естественные и точные науки ••• 103
Natural and Exact Sciences •••
6. O sostoyanii i ob okhrane okruzhayushchey sredy Rossiyskoy Federatsii v 2019 godu: Gosu-darstvennyy doklad [On the State and Protection of the Environment in the Russian Federation in 2019: State Report]. Moscow, Ministry of Natural Resources of Russia; Lomonosov Moscow State University Publ., 2020. 1000 p. (In Russian)
7. Revich B. A. Priority factors of the urban environment affecting the quality of population's life in megacities. Problemy prognozirovaniya [Issues of Forecasting]. 2018. No. 3. Pp. 59-66. (In Russian)
8. Rukovodstvo po kontrolyu zagryazneniya atmosfery (RD 52.04.186-89) [Guidelines for the Control of Air Pollution (RD 52.04.186-89)]. Moscow, 1991. 694 p. (In Russian)
9. Sedykh V. A., Kurolap S. A. Assessment of airborne industrial pollution in Lipetsk using geoinformation mapping of the territory. Geoin-formatsionnoe kartografirovanie v regionakh Rossii: materialy KhI Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii (Voronezh, 23-24 noyabrya 2020 g.) [Geoinformation Mapping in the Regions of Russia: Proceedingss of the 11th
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ Принадлежность к организации
Седых Владислав Александрович, младший научный сотрудник, аспирант кафедры геоэкологии и мониторинга окружающей среды, Воронежский государственный университет, Воронеж, Россия; e-mail: [email protected]
Куролап Семен Александрович, доктор географических наук, профессор, декан факультета географии, геоэкологии и туризма, заведующий кафедрой геоэкологии и мониторинга окружающей среды, Воронежский государственный университет, Воронеж, Россия; e-mail: [email protected]
Кондауров Роман Анатольевич, кандидат географических наук, ведущий инженер ООО "Транспроект", преподаватель кафедры геоэкологии и мониторинга окружающей среды, Воронежский государственный университет, Воронеж, Россия; e-mail: [email protected]
Благодарность
Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований в рамках научного проекта № 20-35-90024 от 17.06.2020 г. «Геоэкологическая оценка состояния воздушного бассейна, загрязнения почвенного покрова тяжелыми металлами и оценка рисков для здоровья населения в крупном центре металлургической промышленности (на примере города Липецк)».
All-Russian Scientific and Practical Conference (Voronezh, November 23-24, 2020)]. Voronezh, Digital Printing Publ., 2020. Pp. 309-316. (In Russian)
10. Lipetskiy tsentr po gidrometeorologii i mon-itoringu okruzhayushchey sredy - filial feder-al'nogo gosudarstvennogo byudzhetnogo uchrezhdeniya «Tsentral'no-Chernozemnoe uprav-lenie po gidrometeorologii i monitoringu okruzhayushchey sredy» [Lipetsk Center for Hydrometeorol-ogy and Environmental Monitoring - a Branch of Federal State Budgetary Institution "Central Black-Earth Department for Hydrometeorology and Environmental Monitoring"]. Available at: https://www.cgms.ru/48/text/index.php?id=41 (accessed 10.03.2021). (In Russian)
11. Otdel okhrany okruzhayushchey sredy admin-istratsii goroda Lipetska: spravka o sostoyanii at-mosfernogo vozdukha [Department of Environmental Protection of Lipetsk City Administration: Information on the State of Atmospheric Air]. Available at: http://lipetskcity.ru/iblock/novostijekologii/_(accessed 10.03.2021). (In Russian)
INFORMATION ABOUT AUTHORS Affiliations Vladislav A. Sedykh, Junior Researcher, Ph.D. student, Department of Geoecology and Environmental Monitoring, Voronezh State University, Voronezh, Russia; e-mail: [email protected]
Semen A. Kurolap, Doctor of Science (Geography), Professor, Dean of the Faculty of Geography, Geoecology and Tourism, Head of the Department of Geoecology and Environmental Monitoring, Voronezh State University, Voronezh, Russia; e-mail: [email protected]
Roman A. Kondaurov, Ph.D. (Geography), Leading Engineer, OOO Transproekt, Lecturer, Department of Geoecology and Environmental Monitoring, Voronezh State University, Voronezh, Russia; e-mail: [email protected]
Acknowledgement
The research was supported financially by the Russian Foundation for Basic Research, as part of project No. 20-35-90024 dated June 17, 2020 "Geoecological Assessment of the Air Basin State, Soil Pollution with Heavy Metals and Risks Assessment to Population's Health in a Large Center of the Metallurgical Industry (the case of Lipetsk)".
Принята в печать 20.03.2021 г.
Received 20.03.2021.