CC BY
87
УДК 504.064.36
12Г.Ф. Амирянова, 'А.Р. Шагидуллин, 'А.Ф. Гилязова, 1 2А.Р. Магдеева, 1Р.Р. Шагидуллин
1Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, [email protected] 2Казанский (Приволжский) федеральный университет
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРЕЧНЯ ВЕЩЕСТВ ДЛЯ КОНТРОЛЯ В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ Г. КАЗАНИ НА ОСНОВЕ РАСЧЕТА ПРИЗЕМНЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ
Важнейшей задачей обеспечения контроля загрязнения атмосферы является определение приоритетного перечня примесей для проведения инструментальных наблюдений на государственных постах. Рекомендованные перечни веществ для мониторинга построены для г. Казани на основе принятых методических рекомендаций и на основе результатов сводных расчетов загрязнения атмосферы.
Ключевые слова: загрязнение атмосферы; выбросы загрязняющих веществ; мониторинг загрязнения.
Введение
Степень загрязнения атмосферы и качество городской экосистемы зависит от массы и химического состава промышленных выбросов, расположения и технологических параметров источников загрязнения, характеристик автотранспортных потоков, а также от природных условий и режима метеорологических условий, определяющих перенос, рассеивание и трансформацию выбрасываемых веществ. Уровень загрязнения атмосферного воздуха является одним из приоритетных факторов, оказывающих влияние на здоровье человека. Поэтому важнейшей задачей является организация системы мониторинга загрязнения воздуха, обеспечивающей постоянное наблюдение характеристик загрязнения атмосферы одновременно с необходимыми для их интерпретации метеорологическими показателями. Данные таких наблюдений являются необходимой информацией для природоохранных органов для оперативного регулирования хозяйственной деятельности, сопровождающейся загрязнением атмосферы, оценки эффективности нормирования выбросов, а также анализа соблюдения установленных нормативов выбросов хозяйствующими субъектами.
В выбросах предприятий различных отраслей промышленности и транспорта содержится большое число различных вредных примесей. Наиболее распространенными примесями в выбросах являются диоксид серы ^02), пыль различного состава, оксид углерода (СО), оксиды азота (N0, N0^). Эти загрязняющие вещества принято называть основными. Однако, общий перечень примесей, поступающих в атмосферу от промышленных источников и автотранспорта, гораздо шире. В г. Казани этот перечень насчитывает около 400,
в г. Набережные Челны - более 200, в г. Нижнекамске - более 300 наименований (Ведение..., 2015; Завершение., 2014; Оценка ..., 2015). Поэтому важнейшей задачей при осуществлении мониторинга загрязнения атмосферы является определение перечня веществ, подлежащих инструментальным наблюдениям.
На территории г. Казани мониторинг загрязнения атмосферного воздуха проводится Управлением по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды РТ (УГМС РТ), Министерством экологии и природных ресурсов РТ (МЭПР РТ) и Управлением Роспотребнадзора по РТ.
УГМС РТ проводит наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха на 10 стационарных пунктах: 6 станциях с отбором проб 4 раза в сутки и последующим определением концентраций загрязняющих веществ в лаборатории и 4 станциях, оснащенных оборудованием для автоматического определения концентраций в круглосуточном режиме с дискретностью 20 минут. В перечень контролируемых компонентов входят взвешенные вещества, оксид углерода, диоксид азота, сероводород, фенол, аммиак, формальдегид, ацетон, бензол, сумма изомеров ксилола, толуол, хлорбензол, этилбензол, тетрахлорметан, хлороформ, серная кислота, диоксид серы. В автоматическом режиме на трех станциях определяются оксид азота, диоксид азота, оксид углерода, диоксид серы, на одной станции - сероводород, оксид углерода, диоксид азота, озон, метан, сумма углеводородов, взвешенные частицы РМ25, РМ
МЭПР РТ проводит наблюдения на 4 автоматических станциях контроля загрязнения атмосферы в круглосуточном режиме с 20 минутным осреднением концентраций. Перечень наблюда-
емых компонентов также различается на разных станциях. В целом контролируются следующие примеси: сероводород, диоксид серы, сумма углеводородов, метан, углеводороды без метана, оксид азота, диоксид азота, аммиак, озон, оксид углерода, диоксид углерода, взвешенные вещества, бензол, ксилол, толуол, формальдегид, этан, этилен, пропан, пропен, изо-бутан, бутан, изо-бу-тен, бутен-1, бутен-2, изо-пентан, пентан, гексан, гептан, октан, нонан и декан.
Управлением Роспотребнадзора по РТ проводятся маршрутные обследования загрязнения атмосферного воздуха в 14 точках города. Осуществляется контроль содержания диоксида азота, диоксида серы, взвешенных веществ, взвешенных частиц РМ25, РМ10, формальдегида, бенз(а) пирена, бензола, бензина, оксида углерода, сажи, гидроксибензола, ацетона, этилена, этилацетата, бутилацетата, акролеина, серной кислоты, СМС (анионактивные детергенты).
По данным УГМС РТ уровень загрязнения атмосферы в г. Казани характеризуется как «повышенный» (Обзор..., 2014). Чаще всего нарушения нормативов качества атмосферного воздуха регистрируются по основным загрязняющим веществам. В городе с разной частотой регистрируются превышения предельно допустимых концентраций диоксида азота, оксида углерода, сероводорода, озона, формальдегида, аммиака, этилбензола, ксилола, хлорбензола, оксида азота, диоксида серы, фенола, хлороформа, бенз(а)пи-рена, взвешенных частиц РМ2 5, РМ10 (Ведение., 2015, Обзор ..., 2014)..
Материалы и методы исследования
В качестве исходных данных для построения перечней веществ, подлежащих контролю в атмосферном воздухе г. Казани, использовалась сводная база данных параметров выбросов загрязняющих веществ (Ведение., 2015). База данных создана по заказу МЭПР РТ и содержит нормативные параметры выбросов предприятий г. Казани, а также результаты инвентаризации выбросов автотранспорта.
Расчеты приземных концентраций выполнялись с помощью программы «Эколог-Город», разработанной ООО «Фирма «Интеграл», реализующей методику расчета рассеивания примесей ОНД-86 с дополнением для расчета средних концентраций (Методика ., 2005).
Результаты и их обсуждение
Принцип определения перечня примесей для проведения инструментального контроля при построении государственной системы монито-
ринга загрязнения атмосферы установлен в РД 52.04.186-89. Перечень формируется на основе сведений о составе и характере выбросов от источников загрязнения в городе и метеорологических условий рассеивания примесей. Принцип выбора вредных веществ и выстраивания приоритетного списка основан на использовании параметра потребления воздуха (ПВ):
М
(1)
ПВТ =
ПВТ =
ВДКс м
ПДК . ,
(2)
где М. - масса .-го выбрасываемого вещества, тыс.т/год,
ПДКс с. - среднесуточная ПДК .-ой примеси,
ПДКмр . - максимальная разовая ПДК г-ой примеси.
Для определения необходимости контроля той или иной примеси, вычисленные по формулам (1) и (2) требуемые параметры потребления воздуха сравниваются с реальными (ПВ.). Для средних концентраций реальный параметр потребления воздуха определяется графическим методом. Для максимальных разовых концентраций реальный параметр потребления определяется на основе характерных для города параметров источников загрязнения атмосферы.
Сравнение установленных параметров потребления воздуха позволяет определить, могут ли средняя или максимальная концентрации примеси превышать при данных выбросах, соответственно, среднюю суточную ПДК или максимальную разовую ПДКмр. Если ПВт>ПВ., то ожидаемая концентрация примеси в воздухе может быть равна ПДК или превысит ее, и, следовательно, . -я примесь должна контролироваться. После отбора примесей, подлежащих контролю, по величинам требуемых ПВ определяется очередность организации контроля за примесями.
На основании установленного перечня веществ, подлежащих контролю, в каждом городе определяются вещества для организации наблюдений на постах. На опорных стационарных постах организуются наблюдения за содержанием основных загрязняющих веществ: пыли, диоксида серы, оксида углерода, оксида и диоксида азота, и за специфическими веществами, которые характерны для промышленных выбросов многих предприятий города. На неопорных стационарных и маршрутных постах проводятся наблюдения за содержанием специфических примесей приоритетного списка, характерных для близлежащих источников выбросов. Одна специфическая примесь контролируется на
1/2016
29
2-3 стационарных постах одновременно (РД 52.04.186-89).
Построенный приоритетный перечень веществ для контроля в соответствии с положениями РД 52.04.186-89 приведен в таблице 1.
Необходимо отметить, что в таблице 1 и далее используется классификация веществ, принятая в документах, устанавливающих величины ПДК или ориентировочно безопасных уровней воздействия (ГН 2.1.6.1338-03, ГН 2.1.6.2309-07).
Схема определения приоритетного перечня примесей для контроля представляет собой упрощенную оценку возможности превышения примесью установленных нормативов качества воздуха. Основным ее недостатком является то, что она не учитывает пространственного распределения выбросов на территории города и их изменчивости во времени. Так, например, неожиданно высокую позицию в перечне занимает изопропилбензол или угольная зола. В это же время, толуол занимает лишь 37 позицию в перечне, а бенз(а)пирен, для которого фиксировались превышения предельно допустимых концентраций, в перечень не попал.
С учетом возросших со времени издания РД 52.04.186-89 возможностей вычислительной техники, на современном этапе целесообразным является более точная оценка уровней загрязнения, которые могут формироваться на территории города в результате работы всей совокупности источников выбросов. При проведении сводных расчетов загрязнения атмосферы на основе утверждённых данных инвентаризации выбросов загрязняющих веществ могут быть рассчитаны непосредственно приземные концентрации загрязняющих веществ, которые способны формироваться при нормативном режиме работы предприятий.
Для построения рекомендуемого перечня веществ для мониторинга на территории г. Казани на основе расчета приземных концентраций было выбрано 98 расчетных точек, равномерно охватывающих территорию г. Казани вне промышленных зон. Расчетные точки определены в местах расположения детских дошкольных учреждений и школ - в местах локализации детского населения, а также на территориях с повышенными требованиями к качеству атмосферного воздуха.
В выбранных расчетных точках были вычислены максимальные и средние приземные концентрации. Расчеты выполнялись на основе сводной базы данных параметров выбросов загрязняющих веществ, созданной по утвержденным материалам инвентаризации выбросов 269 наиболее значимых предприятий города (10029 стационар-
Таблица 1. Рекомендуемый перечень веществ для организации мониторинга на территории г. Казани в соответствии с РД52.04.186-89
№ Код вещества Название вещества
1 301 Диоксид азота
2 330 Диоксид серы
3 304 Оксид азота
4 337 Оксид углерода
5 328 Сажа
6 333 Сероводород
7 1071 Фенол
8 612 Изопропилбензол
9 2908 Пыль неорганическая: 70-20% SiO2
10 526 Этилен
11 602 Бензол
12 616 Смесь изомеров ксилола
13 303 Аммиак
14 2907 Пыль неорганическая >70% SiO2
15 3714 Угольная зола
16 150 Натр едкий
17 627 Этилбензол
18 1210 Бутилацетат
19 1401 Ацетон
20 302 Азотная кислота
21 1325 Формальдегид
22 406 Полиэтилен
23 2904 Мазутная зола теплоэлектростанций
24 128 Оксид кальция
25 2704 Бензин
26 1240 Этилацетат
27 2930 Пыль абразивная
28 1042 Спирт н-бутиловый
29 1105 Диэтиловый эфир
30 2881 Синтетические моющие средства «Ариэль», «Миф-Универсал», «Тайд»
31 2911 Пыль комбикормовая
32 1052 Метиловый спирт
33 1317 Ацетальдегид
34 2732 Керосин
35 3004 Азокрасители прямые
36 1716 Одорант СПМ
37 621 Толуол
Таблица 2. Рекомендуемый перечень веществ для организации мониторинга, построенный на основе расчета приземных концентраций
ных источников загрязнения), а также результатов инвентаризации выбросов от автотранспортных потоков на 573 наиболее значимых участках улично-дорожной сети (Ведение ., 2015).
На основе результатов расчетов максимальных и средних концентраций было сформировано два приоритетных перечня загрязняющих веществ. В каждом перечне примеси были расположены в порядке убывания среднеарифметической по 98 расчетным точкам концентрации. На основе этих перечней был составлен итоговый перечень, в котором примеси были расположены по возрастанию суммы мест в первых двух перечнях. Полученный таким образом перечень представляет собой полный список веществ, выбрасываемых в атмосферу учтенными при расчетах источниками загрязнения, расположенных в порядке приоритетности их контроля. В таблице 2 приведено 37 первых позиций перечня (по количеству примесей в перечне, построенном по РД 52.04.186-89).
Жирным шрифтом в таблицах 1 и 2 выделены вещества, которые контролируются на станциях УГМС РТ, МЭПР РТ или на маршрутных постах Управления Роспотребнадзора по РТ. Курсивом выделены твердые вещества, которые контролируются суммарно как взвешенные вещества.
Как и следовало ожидать, основные вещества (в том числе сажа как компонент пыли) в таблицах 1 и 2 занимают первые пять позиций. Дальше перечни различаются как по составу, так и по порядку следования примесей.
Заключение
Расчет приземных концентраций позволяет более надежно оценить возможность превышения примесью установленных нормативов качества воздуха. Перечень рекомендованных для контроля веществ, построенный на результатах такого расчета, является более объективным.
Список литературы
1. Ведение сводного тома предельно допустимых выбросов в атмосферу г. Казани. Отчет по государственному контракту № 15 МЭ-28с от 05.10.2015 г. Казань: ИПЭН АН РТ, 2015. 264 с.
2. ГН 2.1.6.1338-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест» (утв. постановлением Главного государственного санитарного врача РФ от 30.05.2003 N 114 (ред. от 12.01.2015)).
3. ГН 2.1.6.2309-07 «Ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест» (утв. постановлением Главного государственного санитарного врача РФ от 19.12.2007 N 92 (ред. от 10.12.2014)).
4. Завершение разработки сводного тома предельно допустимых выбросов в атмосферу г. Набережные Челны для внедрения по городу системы определения расчетного фо-
№ Код вещества Название вещества
1 301 Диоксид азота
2 328 Сажа
3 304 Оксид азота
4 337 Оксид углерода
5 330 Диоксид серы
6 333 Сероводород
7 616 Смесь изомеров ксилола
8 1325 Формальдегид
9 2908 Пыль неорганическая: 70-20% SiO2
10 703 Бенз/а/пирен
11 1210 Бутилацетат
12 2704 Бензин
13 621 Толуол
14 1240 Этилацетат
15 602 Бензол
16 1071 Фенол
17 1042 Спирт н-бутиловый
18 2732 Керосин
19 1401 Ацетон
20 612 Изопропилбензол
21 526 Этилен
22 627 Этилбензол
23 2930 Пыль абразивная
24 1317 Ацетальдегид
25 150 Натр едкий
26 303 Аммиак
27 123 Оксид железа
28 620 Этенилбензол
29 2907 Пыль неорганическая >70% SiO2
30 1716 Одорант СПМ
31 1105 Диэтиловый эфир
32 2881 Синтетические моющие средства «Ариэль», «Миф-Универсал», «Тайд»
33 2754 Углеводороды предельные С12-С19
34 143 Марганец и его соединения
35 1301 Акролеин
36 2904 Мазутная зола теплоэлектростанций
37 1052 Метиловый спирт
1/2016
нового загрязнения. Отчет по государственному контракту №14 МЭ-8с от 25.03.2014 г. Казань: ИПЭН АН РТ, 2014. 218 с.
5. Методика расчета осредненных за длительный период концентраций выбрасываемых в атмосферу вредных веществ. СПб: ГГО им. А.Е. Воейкова, 2005. 17 с.
6. Обзор состояния природной среды и ее загрязнения на территории Республики Татарстан в 2014 году. Казань: ФГБУ «УГМС Республики Татарстан», 2015. 84 с.
7. ОНД-86. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 93 с.
8. Оценка и прогноз негативного техногенного воздействия Нижнекамского промышленного узла на состояние окружающей среды и здоровье населения с целью управления экологическими рисками в условиях интенсификации промышленного производства. Отчет по государственному контракту№ 15 МЭ-18с от 19.06.2015 г. Казань: ИПЭН АН РТ, 2015. 407 с.
9. РД 52.04.186-89. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. М., 1991. 556 с.
G.F. Amiryanova, A.R. Shagidullin, A.F. Gilyazo-va, A.R. Magdeeva, R.R. Shagidullin. Determination of the substances list for air pollution monitoring in Kazan on the basis of ground level concentrations calculation.
The most important task of atmospheric air pollution control is the determination of the priority list of impurities for instrumental observations at the control stations. The recommended lists of substances for air pollution monitoring were built for Kazan on the basis of methodological recommendations and on the basis of the summary calculations results of atmospheric pollution.
Keywords: air pollution; pollutant emissions; pollution monitoring.
