CC BY
53
УДК 504.3.054
Е. А. Минакова, А. П. Шлычков, И. Г. Шайхиев КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА И ПРОГНОЗ УРОВНЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА Г. НИЖНЕКАМСК (СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПРОГНОЗ ДО 2020 Г.)
Ключевые слова: уровень загрязнения атмосферного воздуха, эффект суммации загрязняющих веществ, прогноз уровня
загрязнения атмосферного воздуха.
Приведены результаты анализа комплексной оценки уровня загрязнения атмосферного воздуха г. Нижнекамска за период 2003-2014 г.г. Показано, что в 2003-2010 г.г. уровень загрязнения атмосферного воздуха г. Нижнекамска характеризовался как высокий, а в период 2011-2014 г.г. - повышенный. Установлена тенденция снижения уровня загрязнения атмосферного воздуха г. Нижнекамска. Выявлено, что ежегодно наблюдались превышения санитарно-гигиенических нормативов в 1,4-2,9 раза по суммациям загрязняющих веществ: аммиак, сероводород, формальдегид; аммиак, формальдегид; сероводород, формальдегид. Составлены прогнозы (инерционный, пессимистический и инновационный) уровня загрязнения атмосферного воздуха г. Нижнекамска до 2020 г.
Key words: the level of the soiling the atmospheric air, effect суммации polluting material, forecast level soiling the atmospheric air.
The results of the analysis of a comprehensive assessment of air pollution in Nizhnekamsk city for period 2003-2014 yrs. It Is shown that in 2003-2010 yrs. level of the soiling the atmospheric air pollution in Nizhnekamsk city was charaterized by as high, but at period 2011-2014 yrs. increased. A tendency of reducing air pollution in Nizhnekamsk is installed. It was revealed that the observed annually exceeded health standards in the 1.4-2.9-fold summation of pollutant emission: ammonia, hydrogen sulfide, formaldehyde; ammonia, formaldehyde; the hydrogen sulfide, formaldehyde. Formed forecasts (inertial, pessimistic and innovative) level soiling the atmospheric air pollution in Nizhnekamsk city before 2020 year.
Введение
Хозяйственная деятельность человека в последние десятилетия прошлого столетия привела к загрязнению окружающей среды (ОС) отходами производства. Воздушный бассейн, воды и почвы урбоэкосистемы содержат загрязняющие вещества (ЗВ), концентрация которых часто превышает предельно допустимую (ПДК) [1].
Уровень загрязнения урбоэкосистемы, в первую очередь, формируется в зависимости от химического состава, массы, технологических параметров источников эмиссии газовой смеси и их распределения на территории города (района) [2, 3]. Существенное влияние на пространственно-временную изменчивость уровня загрязнения атмосферы селитебных территорий и урбоэкосистем оказывают и другие экологические (биотические и абиотические) факторы ОС.
Наиболее остро вопрос повышения качества ОС стоит в условиях крупных промышленных центров. Загрязнение ОС оказывает негативное влияние на здоровье населения и, в конечном счете, на качество жизни человека. Оптимизация взаимоотношений в системе «природа - общество» будет способствовать обеспечению физиологических и производственно-социальных потребностей
населения.
Успешное решение проблемы повышения качества ОС возможно путем эффективного управления качеством ОС, организацией ее охраны и рационального природопользования. При подготовке управленческих решений по размещению объектов экономики, составлению программ поэтапного снижения выбросов ЗВ, оценке воздействия на ОС, осуществлении мероприятий по природопользованию, обеспечению
экологической безопасности необходима информация по комплексной оценке качества атмосферного воздуха в современный период.
Город Нижнекамск - один из крупнейших в России центров нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности. По данным [4] население города на 1.01.2013 г. составляло 235407 человек. Нижнекамский муниципальный район вместе с г. Нижнекамск являются территориями с высокой концентрацией промышленных предприятий.
Установление в 2014 и 2015 г.г. новых ПДК на формальдегид и фенол [5, 6] привело к нарушению однородности рядов данных по комплексной оценке качества атмосферного воздуха в г. Нижнекамск в ретроспективе лет.
В продолжение исследований качества окружающей среды г. Нижнекамск [7, 8], в данной работе проведена комплексная оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха г. Нижнекамска в ретроспективе лет с учетом установления новых ПДК и составлен прогноз уровня его загрязнения до 2020 г.
Материалы и методы исследований
В качестве исходных данных использованы результаты систематических наблюдений ФГБУ УГМС РТ за состоянием загрязнения атмосферного воздуха в г. Нижнекамск [9].
В соответствии с рекомендациями [10, 11], выполнен расчет показателей комплексной оценки качества атмосферного воздуха (ИЗА5) за период 2003-2014 г.г. с использованием установленных значений ПДК [5, 6]. Для получения достоверных статистических характеристик, обработка данных
проводились с использованием методов анализа, приведенных в работах [12, 13].
В атмосфере урбоэкосистем промышленными стационарными источниками и автотранспортом выбрасывается большое разнообразие ЗВ, поэтому учет характера их комбинированного действия является обязательным при оценке качества атмосферного воздуха [10, 11].
Изучение влияния комбинированного действия ЗВ, обладающих эффектом суммации на человека, показывает, что содержание в атмосфере некоторых ингредиентов, даже ниже значений ПДК, оказывает негативное влияние на здоровье населения, если их воздействие суммируется с другими ингредиентами [14]. Подобным эффектом суммации среди ЗВ, за которыми проводит наблюдения ФГБУ УГМС РТ в г. Нижнекамске обладают:
1. Аммиак и сероводород;
2. Аммиак, сероводород и формальдегид;
3. Аммиак и формальдегид;
4. Азота диоксид, серы диоксид;
5. Азота диоксид, серы диоксид, углерода оксид, фенол;
6. Сероводород, формальдегид;
7. Серы диоксид и фенол.
Сумма их концентраций, деленных на ПДК в атмосфере, не должна превышать единицы при расчете по формуле, приведенной в [10]:
^ Я.
< 1,
(1)
.=1 ПДК.
где я. - фактические концентрации ЗВ в приземном слое атмосферы, а ПДК. - предельно допустимые концентрации тех же веществ.
Результаты и их обсуждение
Динамика уровня загрязнения атмосферного воздуха г. Нижнекамска за период 2003-2014 г.г. приведена на рисунке 1, анализ которого показывает, что уровень загрязнения атмосферного воздуха г. Нижнекамска за названный период характеризовался как высокий, а в период 2011-2014 г.г. - как повышенный. Основной вклад в загрязнение атмосферного воздуха г. Нижнекамска за период 2003-2010 г.г. вносили бенз(а)пирен, формальдегид, взвешенные вещества, диоксид серы и аммиак, диоксид азота. Причем, если в 2005-2008 г.г. четвертое место по вкладу в ИЗА5 занимал диоксид серы, то в 2010-2013 г.г. - аммиак. Но, тем не менее, следует отметить, что наметилась высокая тенденция снижения уровня загрязнения атмосферного воздуха г. Нижнекамска.
Анализ систематических наблюдений ФГБУ УГМС РТ за содержанием в атмосфере г. Нижнекамска основных и специфических ЗВ, обладающих эффектом суммации, показывает, что ежегодно наблюдались превышения санитарно-гигиенических нормативов по суммациям ЗВ: аммиак, сероводород, формальдегид - в 1,5-2,9 раза; аммиак, формальдегид - в 1,4-2,8 раза; сероводород, и формальдегид - в 1,5-2,4 раза; диоксиды азота и серы, углерода оксид, фенол - в 1,1-2,6 раза (рис. 2, 3).
Повышенный
2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
Рис. 1 - Динамика уровня загрязнения атмосферного воздуха г. Нижнекамска за период 2003-2014 гг.
В тоже время, не превышали санитарно-гигиенических нормативов суммации ЗВ аммиак и сероводород (2005-2013 г.г.); диоксиды азота и серы (2005 г., 2008-2014 г.г.); серы диоксид и фенол (2003-2005 г.г., 2007-2014 г.г.). Кроме того, в 2011 г. не зарегистрировано превышения санитарно-гигиенических нормативов по суммации ЗВ диоксидов азота и серы, углерода оксид, фенол.
С учетом эффекта суммации ЗВ, основной вклад в загрязнение г. Нижнекамска вносят бенз(а)пирен, формальдегид, взвешенные вещества, аммиак, азота диоксид, фенол, углерода оксид, серы диоксид, сероводород.
Кроме того, следует отметить, что регистрируется заметная тенденция снижения суммаций ЗВ - диоксидов азота и серы, умеренная тенденция снижения суммаций диоксидов азота и серы, оксид углерода, фенол, слабая тенденция снижения суммаций диоксида серы и фенола. В тоже время, отмечается слабая тенденция роста следующих суммаций ЗВ: аммиак, сероводород, формальдегид; аммиак, формальдегид; аммиак, сероводород. Для оценки возможного уровня загрязнения атмосферного воздуха г. Нижнекамска до 2020 г. составлены инерционный, пессимистический и инновационный прогнозы (рис. 4.). Инерционный прогноз составлен, исходя из предположения, что в снижении выбросов промышленности сохраниться тренд 2003-2014 г.г.
Пессимистический прогноз составлен, исходя из предположения, что, начиная с 2015 г., выбросы ЗВ будут ежегодно возрастать на 2 тыс. т. Инновационный прогноз составлен для случая, когда, начиная с 2015 г., выбросы ЗВ будут ежегодно снижаться на 5 тыс. т.
Из инерционного прогноза следует, что начиная с 2019 г. уровень загрязнения атмосферного воздуха г. Нижнекамска вновь будет вновь характеризоваться как высокий. При этом к 2020 г. ожидается, что выбросы промышленных предприятий в атмосферу будут снижены на 16 тыс. т.
Пессимистический прогноз указывает на то, что ухудшение качества атмосферного воздуха в г. Нижнекамске может начаться уже в 2017 г. При этом выбросы промышленности к 2020 г. возрастут на 12 тыс. т.
13
11
^"Аммиак и сероводород; • • "' Азота диоксид, серы диоксид;
~~"Азота диоксид, серы диоксид, углерода оксид, фенол; ™ —Серы диоксид и фенол
Рис. 2 - Динамика суммации ЗВ: аммиак, сероводород; азота диоксид, серы диоксид; азота диоксид, серы диоксид, углерода оксид, фенол
Аммиак, сероводород и формальдегид;.....Аммиак и формальдегид; — -Сероводород, формальдегид
Рис. 3 - Динамика суммации ЗВ: аммиак, сероводород, формальдегид; аммиак, формальдегид; сероводород, формальдегид
Инновационный прогноз показывает, что уровень загрязнения атмосферного воздуха г. Нижнекамска до 2020 г. будет сохраняться как повышенный. Для обеспечения данного качества атмосферного воздуха необходимо снижение выбросов промышленности в атмосферу на 30 тыс. т или почти в два раза.
Результаты проведенного исследования показывают, что, в первую очередь, должны планироваться мероприятия по снижению выбросов следующих ЗВ: бенз(а)пирен, формальдегид,
взвешенные вещества, аммиак, азота диоксид, фенол, углерода оксид, серы диоксид, сероводород.
Полученные результаты могут быть использованы при подготовке управленческих решений по размещению объектов экономики, составлению программ поэтапного снижения выбросов ЗВ, оценке воздействия на окружающую среду, а также при проведении оптимизации системы мониторинга атмосферного воздуха г. Нижнекамска.
.....Пессимистический прогноз (выбросы с 2014 г. ежегодно возрастают на 2 тыс. т)
• -Инновационный прогноз (выбросы с 2014 г. ежегодно снижаются на 5 тыс. т)
Рис. 4 - Инерционный, пессимистический и инновационный прогноз уровня загрязнения атмосферного воздуха г. Нижнекамска до 2020 г.
Заключение
Результаты проведенного исследования показывают, что уровень загрязнения атмосферного воздуха г. Нижнекамска в 2003-2010 г.г. характеризовался как высокий, а в 2011-2014 г. г. -как повышенный. Следует отметить, что наметилась высокая тенденция снижения уровня загрязнения атмосферного воздуха г. Нижнекамска.
Выявлено, что ежегодно наблюдались превышения санитарно-гигиенических нормативов в 1,4-2,9 раза по суммациям ЗВ: аммиак, сероводород, формальдегид; аммиак, формальдегид; сероводород, формальдегид.
Установлено, что наблюдалась заметная тенденция снижения суммаций ЗВ азота диоксид и серы диоксид, умеренная тенденция снижения суммаций ЗВ азота диоксид, серы диоксид, углерода оксид, фенол, слабая тенденция снижения суммаций ЗВ серы диоксид и фенол. В тоже время отмечается слабая тенденция роста следующих суммаций ЗВ аммиак, сероводород, формальдегид; аммиак, формальдегид; аммиак, сероводород.
Для улучшения качества атмосферного воздуха в первую очередь должны планироваться мероприятия по снижению выбросов бенз(а)пирена, формальдегида, взвешенных веществ, аммиака, азота диоксид, фенола, углерода оксид, серы диоксид, сероводорода.
Показано, что согласно лишь инновационного прогноза уровень загрязнения атмосферного воздуха г. Нижнекамска до 2020 г. будет сохраняться как
повышенный. Для обеспечения данного качества
атмосферного воздуха необходимо к 2020 г.
снижение выбросов промышленности в атмосферу
на 30 тыс. т или почти в два раза.
Литература
1. Климатические характеристики условий распространения примесей в атмосфере: Справочное пособие / Под ред. Безуглой Э.Ю., Берлянд М. Е., Гидрометеоиздат, Л.:, 1983. 328 с.
2. Э.Ю. Безуглая, Мониторинг состояния загрязнения атмосферы в городах, Гидрометеоиздат, Л., 1986. 189 с.
3. А.П. Шлычков, Г.Н. Жданова, Ю.А. Тунакова, Г.К. Будников, Мониторинг, 1, 19-24 (1997).
4. Численность населения Российской Федерации по муниципальным образованиям на 1 января 2013 года, Федеральная служба государственной статистики Росстат, М.:, 2013. 528 с.
5. Постановление от 12 января 2015 г. № 3 Главного государственного санитарного врача Российской федерации «О внесении изменения в ГН 2.1.6.1338-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) ЗВ в атмосферном воздухе населенных мест»».
6. Постановление от 17.06.2014 № 37 Главного государственного санитарного врача Российской федерации «О внесении изменения № 11 в ГН 2.1.6.133803 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) ЗВ в атмосферном воздухе населенных мест».
7. Е.А. Минакова, А.П. Шлычков, И.Г. Шайхиев, Э.И. Биктемирова, Вестник технологического университета, 18, 16, 283-287 (2015).
8. /Е.А. Минакова, А.П. Шлычков, Е.В. Никитина, Р.А. Минлебаева, Вестник Татарстанского отделения Российской Экологической Академии «Экология и промышленная безопасность», 1-2, 45 - 47 (2014).
9. Государственные доклады. «О состоянии природных ресурсов и об охране окружающей среды Республики Татарстан» в 2003-2014 гг.
10. РД 52.04.186-89, Руководство по контролю загрязнения атмосферы, М., 1991. 556 с.
11. 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.
12. Г.А. Алексеев, Метеорология и гидрология, 11, 56-68 (1969).
13. А. А. Исаев, Статистика в метеорологии и климатологии, Изд-во Моск. ун-та, М., 1988. 245 с.
14. Ф.Ф. Даутов, Изучение здоровья населения в связи с факторами среды, Изд-во Казан. ун-та, Казань, 1990. 117 с.
© 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; I. G. Shaikhiev - Professor, Head of Department of Environmental Engineering, Kazan National Research Technological University.
