Мониторинг загрязнения снежного покрова в районе Искитимского цементного завода Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 551.511.42.001.572(571.14)

МОНИТОРИНГ ЗАГРЯЗНЕНИЯ СНЕЖНОГО ПОКРОВА В РАЙОНЕ ИСКИТИМСКОГО ЦЕМЕНТНОГО ЗАВОДА

Александр Фёдорович Щербатов

Управление Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Новосибирской области, 630132, Россия, г. Новосибирск, ул. Челюскинцев, д. 7а, руководитель, тел. (383)220-28-75, e-mail: [email protected]

Владимир Федотович Рапута

Институт вычислительной математики и математической геофизики Сибирского отделения РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, д. 6, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, тел. (383)330-61-51, e-mail: [email protected]

Виктор Владиславович Турбинский

ФБУН Новосибирский НИИ гигиены Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Пархоменко, д. 7, доктор математических наук, доцент, директор, тел. (383)343-34-01, email: [email protected]

Вячеслав Александрович Хмелёв

ФБУН Новосибирский НИИ гигиены Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Пархоменко, д. 7, кандидат математических наук, старший научный сотрудник, тел. (383)343-34-01, e-mail: [email protected]

Сергей Евгеньевич Олькин

ФБУН ГНЦ ВБ «Вектор», 630559, Россия, Новосибирская обл., Новосибирский р-н, р. п. Кольцово, заведующий лабораторией, тел. (383)336-74-79, e-mail: olkin@vector. nsc.ru

Татьяна Владимировна Ярославцева

ФБУН Новосибирский НИИ гигиены Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Пархоменко, д. 7, кандидат технических наук, научный сотрудник, тел. (383)330-61-51, email: [email protected]

Обсуждаются результаты натурных исследований загрязнения снежного покрова неорганической пылью в окрестностях промышленного предприятия по производству цемента в зимнем сезоне 2012/13 гг. На основе численной реконструкции поля выпадений показано существование устойчивых количественных закономерностей содержания пыли в снежном покрове по радиальным относительно основного источника направлениям. Восстановлено суммарное поле выпадений пыли и проведена оценка выбросов в атмосферу в рассматриваемом зимнем сезоне.

Ключевые слова: загрязнение, снежный покров, цементная пыль, численное моделирование, реконструкция.

POLLUTION MONITORING OF SNOW COVER AROUND ISKITIM CEMENT PLANT

Alexander F. Shcherbatov

Federal service on customers' rights protection and human well-being surveillance, 630132, Russia, Novosibirsk, street Cheljuskintsev, 7A, Head of department, tel. (383)220-28-75, e-mail: [email protected]

Vladimir F. Raputa

Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, pr. Akad. Lavrentjeva, 6, leading researcher, tel. (383)330-61-51, e-mail: [email protected]

Victor V. Turbinsky

FGUN «Novosibirsk scientific research institute of hygiene» Rospotrebnadzora, 630108, Russia, Novosibirsk, Street Parhomenko, 7, doctor of medical science (MD), Director, tel. (383)343-34-01, e-mail: [email protected]

Vyacheslav A. Khmelev

FGUN «Novosibirsk scientific research institute of hygiene»Rospotrebnadzora, 630108, Russia, Novosibirsk, Street Parhomenko, 7, candidate of technical science (Ph.D), leading researcher, tel. (383)343-34-01, e-mail: [email protected]

Sergey E. Olkin

FBRI SRC VB "Vector", Koltsovo, Novosibirsk region, Russian Federation, 630559, Russia,

Novosibirsk region, Koltsovo, Chief of Laboratory, tel. (383)336-74-79, e-mail: olkin@vector. nsc.ru

Tatyana V. Yaroslavtseva

FGUN «Novosibirsk scientific research institute of hygiene» Rospotrebnadzora, 630108, Russia, Novosibirsk, Parhomenko, 7, researcher, tel. (383)330-61-51, e-mail: [email protected]

The results of field studies of snow cover pollution by inorganic dust around an industrial enterprise for the cement production in the winter season 2012/13 are discussed. On the basis of the field fallout numerical reconstruction shown the existence of stable quantitative regularities of dust content in the snow cover in the radial direction relative to the main source. The total field of dust deposition was restored and evaluation of emissions carried out in this winter season.

Key words: pollution, snow cover, cement dust, numerical modeling, reconstruction.

Социально-экономическое развитие Новосибирской области напрямую связано с увеличением нагрузки на окружающую среду. В настоящее время состояние окружающей среды на промышленных территориях области характеризуется проблемными ситуациями [1], требующими государственного регулирования загрязнения атмосферного воздуха. Внедрение современных технологий, использование высокоэффективных

систем пылегазоочистки является ведущим элементом системы охраны атмосферного воздуха в Новосибирской области.

Производство цемента сопровождается выбросами в атмосферу как твердых, так и газообразных загрязняющих веществ имеющих значительный риск для здоровья населения [2]. В составе выбросов в основном присутствует неорганическая пыль, окислы азота, серы, углерода, бенз(а)пирен.

Город Искитим расположен в юго-восточной части Новосибирской области в 55 км от областного центра - города Новосибирска. Искитимский цементный завод расположен в северной части города на одной промплощадке. С северной и восточной стороны промплощадка предприятия примыкает к р. Бердь. С южной и западной стороны от промплощадки расположен жилой сектор. Ближайшее расстояние до жилых кварталов составляет 30-50 м.

Объекты, материалы и методы исследования. Объектами исследования служили выбросы загрязняющих веществ от стационарных источников ОАО «Искитимцемент», снежный покров на территории г. Искитим и его пределами. Материалами исследований являлись отчёты ОАО «Искитимцемент» о выбросах в атмосферу загрязняющих веществ стационарными источниками в период 2012, 2013 г.г., результаты визуального обследования и физико-химического анализа состава проб снеговой воды.

Маршруты отбора проб располагались по восьми румбам относительно основных источников выброса неорганической пыли - двух близко расположенных 80 метровых труб. Точки наблюдений находились в диапазоне расстояний от 0.4 до 3 км.

Отбор проб снега проводили с помощью пластмассовой трубы диаметром 10 см. В каждой точке отбора проводилась выемка от 2 до 10 кернов снега. Пробы снега таяли при комнатной температуре, талая вода фильтровалась через фильтр (синяя лента), измерялось значение рН. В пределах 1.5 км от основных источников величина рН варьировалась от 9 до 12.

Исследование химического состава снеговой воды и выделенного осадка проводили в аккредитованных лабораториях Новосибирского НИИ гигиены, ГНЦ ВБ «Вектор» Роспотребнадзора, Института неорганической химии СО РАН. Статистическая обработка и математическое моделирование выполнялись в Институте вычислительной математики и математической геофизики СО РАН.

Модель оценивания поля длительных выпадений пыли. При расчете средней концентрации в приземном слое атмосферы определяющее значение имеют часто встречающиеся метеорологические условия. К ним относятся так называемые нормальные метеоусловия, для которых применима степенная аппроксимация скорости ветра и коэффициента вертикального турбулентного обмена [3]. Использование этих аппроксимаций, асимптотик

полуэмпирического уравнения турбулентной диффузии и свойств статистических характеристик распределения скорости ветра и вертикального турбулентного обмена в приземном слое атмосферы позволяет выразить плотность выпадений полидисперсной примеси за длительный промежуток времени в виде следующей регрессионной зависимости [4]

-в С Г

q (г ,р) = Р (р +180°) ехр( ) Г

тг г* •>

да в

с г с

ех

Р(-взс)

Г ~\с}

Г (1 + а)

dа

V г У

(1)

где г, р - полярные координаты, Р(р) - приземная роза ветров; Г(т) -гамма-функция Эйлера, в1, в2, в3 - неизвестные параметры, определяемые по данным наблюдений.

Замечание. При отсутствии надёжной информации о розе ветров для данной точки местности восстановление поля плотности осадка можно выполнить поэтапно. При фиксированном р0, т.е. на радиально расположенном маршруте пробоотбора, провести оценивание величин в1Р(р0 +180°),в2,в3. Затем, учитывая, что параметры в2,в3 практически от р не зависят, провести оценивание величины в1Р(р +180°) для других р.

Результаты исследований. Отбор проб снега был проведён по радиальным маршрутам и более, чем в 40 точках местности. Это позволило провести детальный численный анализ процессов выпадений пыли от основных источников предприятия, установить количественные закономерности содержания осадка в снеге на различных направлениях выноса. На рис. 1-3 представлены результаты численного восстановления по данным наблюдений поля плотности осадка неорганической пыли.

Рис. 1. Восстановленные на основе зависимости (1) выпадения неорганической пыли в северо-восточном и северном направлении от

цементного завода. о, • - опорные и контрольные точки измерений

2

Из анализа рис. 1 вытекает, что согласие расчётов с данными наблюдений в контрольных точках вполне удовлетворительное. Максимум выпадений неорганической пыли находится примерно в 450 метрах от основных источников, что указывает на достаточно разнородный дисперсный состав оседающих частиц. Вынос пыли в зимнее время в северо-западном направлении является преобладающим и обусловлен, по-видимому, орографическими особенностями местности.

Рис. 2. Измеренные (■) и восстановленные (□) на основе зависимости (1)

2

выпадения неорганической пыли (г/м ) в точках отбора проб снега

Рис. 3. Восстановленное поле плотности выпадений неорганической пыли (г/м ) в окрестностях Искитимского цементного завода по данным

маршрутных снегосъёмок в конце зимнего сезона 2012/13 гг.

Полученные закономерности позволили определить величину суммарного выпадения неорганической пыли за рассматриваемый зимний от выбросов в атмосферу на разном расстоянии от цементного производства. Суммарное содержание неорганической пыли в снеге на территории в радиусе 1 км от основных источников выброса ОАО «Искитимцемент» составило 626 тонн. И соответственно в радиусе 2 км - 875 тонн, в радиусе 3 км - 942 тонны, в радиусе 4 км - 969 тонн. Полученные оценки суммарных выпадений существенно расходятся с данными инвентаризации валовых выбросов пыли цементным заводом, проведённой в 2012 г. Согласно этим данным валовый выброс пыли должен был составить в зимнем сезоне 2012/13 гг. порядка 100 тонн.

Таким образом, полученное несоответствие расчетных данных инвентаризации с фактическими результатами натурных исследований свидетельствует о необходимости установления удельных значений выбросов неорганической пыли для каждого цементного производства.

Работа выполнена при поддержке Программы РАН 4.9, отраслевой программы Роспотребнадзора по гигиенической оценке и минимизации риска для здоровья населения.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Новикова И.И., Оглезнев Г.А. Гигенические проблемы окружающей среды и здоровья населения крупного промышленного центра // Гигиена и санитария. - 2003. - № 3. -С. 66-68.

2. Турбинский В.В., Крига А.С., Ерофеев Ю.В., Новикова И.И., Михеев В.Н. Методические подходы разработки управленческих решений по снижению риска здоровью населения от загрязнения окружающей среды // Здоровье населения и среда обитания. - 2010. - № 7. - С. 18-21.

3. Берлянд М.Е. Современные проблемы атмосферной диффузии и загрязнения атмосферы. - Л.: Гидрометеоиздат, 1975. - 448 с.

4. Рапута В.Ф. Модели реконструкции полей длительных выпадений аэрозольных примесей // Оптика атмосферы и океана. - 2007. - Т. 20, № 6. - С. 506-511.

© А. Ф. Щербатов, В. Ф. Рапута, В. В. Турбинский, В. А. Хмелёв, С. Е. Олькин, Т. В. Ярославцева, 2014