CC BY
10УДК 614.715; 504.064
И.В. Май, С.Ю. Загороднов, Е.В. Попова
ОЦЕНКА ЭКСПОЗИЦИИ НАСЕЛЕНИЯ К ПЫЛЕВОМУ ФАКТОРУ С УЧЕТОМ КОМПОНЕНТНОГО И ДИСПЕРСНОГО СОСТАВА ВЫБРОСОВ ПРЕДПРИЯТИЯ ПО ДОБЫЧЕ И ПЕРЕРАБОТКЕ
МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ (ДИСКУССИЯ)
ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения»
82, ул. Монастырская, г. Пермь 614045, Россия
В статье представлены результаты исследования дисперсного состава твердых компонент выбросов основных пылеобразующих технологических операций по добыче и переработке минерального сырья (пересып руды на конвейер, сушка дымовым газами в кипящем слое, пересып готовой продукции, сортировка руды на грохотах, сушка на вибрационной сушильно-охладительной установке и пр.). Показано, что фракции менее 10 и 2,5 мкм составляют до 50% в общей структуре выбросов пылей. Наибольшая масса мелкодисперсных пылей поступает в атмосферный воздух от вибрационно-сушильно-охладительных установок, грохотов и мест пересыпки материалов. Превышения референтных уровней для острых и хронических воздействий регистрируются по TSP и PM10 на границе санитар-но-защитной зоны и в точках ближайшей жилой застройки, что позволяет прогнозировать наличие недопустимых рисков для здоровья населения, находящегося под воздействием, и ставить задачу инструментального подтверждения установленного уровня опасности.
Ключевые слова: добыча и переработка минерального сырья, пылевые выбросы, мелкодисперсные частицы, РМ2,5, РМ10, экспозиция.
IV.Mai, S.Yu.Zagorodnov, EV.Popova. Evaluating exposure of population to dust, with consideration of components and dispersion contents of industrial discharges from enterprise extracting and processing mineral raw materials (discussion)
Federal Research Center of Medical and preventive technologies of risk management to public health
82, Monastyrskaya St., Perm 614045, Russia
The article covers results of study concerning disperse content of solid components of discharges from main dustgenerating technologic operations in extraction and processing of mineral raw materials (pouring ore to conveyor, drying with combustion gas in fluid-bed, pouring of end product, sorting ore on riddle, drying on vibration dry and cool device, etc). Findings are that fractions under 10 and 2.5 micrometers approach 50% in general structure of dust discharges. Maximal share of low-disperse dust enters ambient air from vibraion dry and cool devices, riddles and pouring places. Exceeded reference values for acute and chronic exposure are registered on TSP and PM10 at a sanitary protection zone border and in the nearest living area points — that can forecast intolerable risks for health of population exposed and necessitate instrumental confirmation of the detected jeopardy level.
Key words: extraction and processing of raw materials, dust discharges, low-disperse particles, PM2.5, PM10, exposure.
Процессы добычи и переработки минерального сырья, в том числе калийных руд, являются источниками значительного загрязнения атмосферного воздуха твердыми пылевыми частицами. Это касается практически всех производственных операций, выполняемых на поверхностном комплексе и в шахтах: взрывных работ, бурения, экскавации, транспортирования горной массы и складирования. Выбросы пыли формируют качество производственной среды и атмосферного воздуха в зоне влияния предприятия.
Основная часть мировых запасов калийной руды приходится на Канаду (38%), Россию (33%) и Белоруссию (9%). В России добычу и переработку калийных руд осуществляет крупнейшее горноперерабаты-
вающее предприятие — ОАО «Уралкалий» с производственной мощностью порядка 13 млн тонн хлорида калия в год [7]. Запасы компании составляют около 8,8 млрд тонн руды, что определяет продолжение добычи на несколько десятилетий вперед, корпорация не планирует диверсифицировать бизнес и переходить в другие сферы деятельности. Промышленные площадки компании расположены на территориях городов Березники (150,7 тыс. жителей) и Соликамск (96,3 тыс. жителей) или в непосредственной близости к ним. Уровень загрязнения атмосферного воздуха этих городов по данным Росгидромета на протяжении последних десятилетий практически постоянно характеризуется как «высокий» или «очень высокий» (индексы загрязнения атмосферы за 2010-2013 гг. колебались
в диапазоне от 7,0 до 16,5) [1]. Превышения нарушения гигиенических нормативов по содержанию пыли регистрируются систематически. Так в г. Соликамске в 2013 г. на посту, расположенном наиболее близко к рудникам, аглофабрикам и местам складирования калийных отходов, около 37% суточных измерений (110 проб из 296) пыли в атмосфере превышали ПДКсс. (до 2,7ПДКсс). В Березниках на посту наблюдения регистрируются превышения как разовых, так и среднесуточных концентраций (до 2,5ПДКм.р. и 2,0ПДКсс). При этом контроль содержания наиболее опасных мелкодисперных фракций (РМ10, РМ2,5) в городах не ведется. Дисперсный и компонентный состав промышленных пылей не учитывается ни при формировании нормативов выбросов предприятия, ни при обосновании санитарно-защитных зон.
При этом по данным ряда исследователей пыли при добыче калийных солей характеризуется высокой степенью дисперсности, в среднем размер частиц имеет размер до 5 мкм при всех типах горнодобывающей техники. Данные получены для условий республики Беларусь и касаются только условий подземных работ [3]. Исследований по компонентному и дисперсному составу выбросов комплекса технологических процессов добычи и переработки калийных руд в литературе не найдено. Отсутствие данных об уровне мелкодисперсных частиц горнодобывающего калийного производства не позволяют корректно установить зоны влияния предприятия и определить уровень пылевой экспозиции населения, попадающие под воздействие.
Расположение на территории двух городских поселений Пермского края крупнейшего в стране комплекса по добыче и переработке калийных руд и данные о возможном загрязнении атмосферного воздуха жилых зон мелкодисперсными пылями определило цель данной работы — оценку экспозиции населения к пылевому фактору с учетом компонентного и дисперсного состава выбросов предприятия по добыче и переработке минерального сырья.
Материалы и методы исследования. Для достижения цели исследования был изучен технологический процесс предприятия и определены основные источники пылевыделения. Отбор проб проводили непосредственно в местах образования пыли, на минимальном расстоянии от источника выделения пылега-зовых выбросов. Для каждой точки было отобрано по три пробы воздуха (всего проанализировано 36 проб). Определение дисперсного состава пылевых выбросов осуществляли с применением лазерного анализатора частиц Microtrac S3500 (охватываемый диапазон размера частиц от 20 нм до 2000 мкм). Для микроскопи-рования пылей с целью установления формы частиц и определения компонентного состава пылевых выбросов использовали сканирующий электронный микроскоп высокого разрешения (степень увеличения — от 5 до 300 000 крат) с рентгено-флуоресцентной приставкой S3400N «Hitachi». Определение химического состава выполняли с применением рентгенофазового
анализа на дифрактометре XRD-700 «Shimadzu» на базе центра коллективного пользования Пермского национального исследовательского университета.
Оценку экспозиции населения выполняли расчетным методом. Расчеты рассеяния проводились с использованием программного продукта УПРЗА «Эколог» версия 3.0, реализующего положения «Методики расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий» (ОНД-86) [2,5,6].
Аэродинамические параметры источников выбросов, их координатную привязку и массовые характеристики пылей в целом (Total Suspended Particles — TSP) принимали на основании инвентаризации источников выбросов загрязняющих веществ предприятия. Максимальные и среднегодовые концентрации суммы твердых частиц, частиц РМ2,5 и РМ10 определяли в точках ближайшей жилой застройки и по регулярной сетке, охватывающей территорию расположения предприятия и близлежащую территорию жилой застройки. Шаг сетки по оси X и по оси Y = 50м.
Для пылей с выявленным дисперсным составом были подобраны оптимальные коэффициенты скорости оседания частиц F [4,9], что было использовано при прогнозировании экспозиции.
Результаты исследования. Установлено, что наибольшее пылевыделение осуществляется в ходе 13 технологических операций. К ним отнесены пересып руды на конвейер, сушка дымовым газами в кипящем слое (печи КС), пересып готовой продукции, сортировка руды на грохотах, сушка на вибрационной су-шильно-охладительной установке (ВСОУ), просеивание, комплекс погрузочно-разгрузочных работ, хранение готовой продукции. В результате исследований были получены значения дисперсного состава пылевых фракций РМ10 и РМ 2,5 изученных технологических операций (табл. 1).
Результаты исследований дисперсного состава показали, что в выбросах предприятия доля частиц размером до 2,5 мкм включительно составляет от 0,0 до 20,9%, частиц размером менее 10 мкм включительно — от 0,0 до 48,65%. Медианные размеры частиц отобранных образцов составляют от 10 до 450 мкм. Наибольшая доля мелкодисперсных частиц регистрирована на стадиях измельчения (грохоты) и пересыпки руды.
Наибольшие массовые значения выбросов пыли по сумме всех фракций были характерны для печей ВСОУ КС и пересыпа готовой продукции (табл. 2). Однако наибольший массовый выброс пылей фракций с диаметром менее 10 мкм и менее 2,5 мкм был установлен для операций разделения полупродукта на вибрационной сушильно-охладительной установке и грохотах, а также в местах пересыпки материалов. Именно эти технологические операции и/или оборудование рассматривались как потенциально наиболее существенные источники загрязнения атмосферного воздуха мелкодисперсными частицами.
Таблица 1
Дисперсный состав выбросов технологических операций горнодобывающего и горноперерабатываю-щего комплекса
Технологическая операция/технологическое оборудование (источник пылевыделения) Объёмный % фракций от общего объема частиц TSP Медианный размер частиц, мкм
РМ 10 РМ 2,5
Пересып руды на ленточный конвейер 32,33+4,85 14,61+2,19 30
Печь КС (сушка полупродукта дымовыми газами) - - 60
Пересып готовой продукции — смесители 48,41+7,26 6,19+0,93 10
Пересып готовой продукции — конвейеры 14,9+2,23 2,32+0,35 80
Грохоты 36,36+5,45 6,12+0,92 20
Вибрационная сушильно-охладительная установка 35,41+5,31 9,51+1,43 30
Просеивающие машины 46,46+6,97 19,72+2,96 30
Мелкая грануляция (склад зернового концентрата) 20,8+3,12 9,84+1,48 20
Крупная грануляция (склад зернового концентрата) - - 450
Пересыпка руды на конвейер 48,65+7,29 13,64+2,05 10
Грохоты 43,76+6,56 14,25+2,14 20
Склад сильвинита (склад дробленой руды) 40,41+6,06 20,9+3,14 20
Горная выемочная машина 34,45+4,23 11,68+2,46 62
Таблица 2
Массовая скорость выброса пылевых частиц на разных технологических стадиях процесса, г/с
Технологическая операция TSP РМ 10 РМ 2,5
Пересып руды на ленточный конвейер 0,8853 0,28 0,129
Сушка KCl дымовыми газами (печь КС) 29,04 - -
Пересып готовой продукции (смесители) 0,2165 0,105 0,013
Пересып готовой продукции (конвейеры) 20,39 3,04 0,47
Грохоты 19,33 7,03 1,18
Вибрационная сушильно-охладительная установка (ВСОУ) 58,00 20,50 5,51
Просеивающие машины 3,58 1,66 0,71
Склад зернового концентрата (KCl) (мелкая грануляция) 0,07 0,015 0,007
Склад зернового концентрата (KCl) (крупная грануляция) 0,085 - -
Пересыпка руды на конвейер 0,043 0,021 0,006
Грохоты 5,80 2,54 0,83
Склад сильвинита (склад дробленой руды) 0,025 0,01 0,005
Определение компонентного состава пылевых выбросов предприятия показало, что суммарное содержание в них солей калия и натрия составляет порядка 35-60% на грохотах, в местах пересыпа руды на конвейер и на складе дробленой руды, достигая 99,8% на складе зернового концентрата и просеивающих машинах. Результаты отражают специфику предприятия, однако не позволяет относить все выбросы только к хлоридам калия и натрия. Кроме этих элементов в состав твердой компоненты выбросов входят в разных долях соединения железа, магния, алюминия, кремния (в сумме — до 65%). Морфологические исследования пыли не выявили отличия на разных технологических операциях. Все частицы сходны по своей форме и имеют неправильную, раздробленную, угловатую форму (рис. 1). Последнее было учтено при расчете коэффициента скорости оседания пыли, учитывающего форму частиц [4].
Результаты расчетов рассеяния примесей показали, что данные о компонентном и дисперсном составе
твердых частиц существенно меняют представление о зоне влияния промышленного объекта и об экспозиции населения к пыли. Если выполнять оценку экспозиции по критериям ПДК отдельно хлорида калия и хлорида натрия (коды 126 и 152 соответственно), как это осуществляется на текущий момент, ситуацию следует оценивать как благополучную: на границе са-
Рис. 1. Частицы пыли выбросов предприятия по производству калийных солей (увеличение)
нитарно-защитной зоны уровни содержания примесей не превышают 0,2 ПДК^р. и 0,3ПДКсс.. Кроме того, отсутствие данных о референтных уровнях воздействия хлоридов калия и натрия на здоровье не позволяет оценить риски для здоровья даже при известных концентрациях этих веществ в атмосфере [7,10]. Если же рассматривать в целом всю твердую составляющую выбросов как взвешенные вещества, а также отдельно учитывать пылевые частицы с размерами менее 10 и 2,5 мкм, то превышения референтных уровней острых и хронических воздействий регистрируются по TSP и PM10 на границе санитарно-защитной зоны (до 3RfC) и в точках ближайшей жилой застройки (до 1,5RfC) (рис. 2, табл. 3).
Изолиния уровня 1ЯГС предприятия располагается на расстоянии более 600 м от границы промышленной площадки (при установленной границе санзоны 300 м). В зоне опасной экспозиции к пыли на настоящий момент проживет более 350 человек, в том числе около 50 детей. Это позволяет предпо-
Jf4
Жилая застройка
лагать наличие рисков формирования нарушений функций органов дыхания у населения, постоянно проживающего вблизи предприятия, а также других отклонений в состоянии здоровья, характерных для пылей в целом и мелкодисперсных в частности [10]. Полученные расчетные данные требуют инструментального подтверждения. Однако в целом результаты исследования являются основанием для переосмысления инвентаризации выбросов комплекса по добыче и переработки минерального сырья, для последующей углубленной оценки рисков для здоровья населения, формирования доказательной базы реализации рисков и подтверждения негативного влияния пылевой компоненты выбросов на здоровье жителей и обоснования соответствующих санитарно-гигиенических мер по минимизации рисков.
Выводы. 1. Технологический процесс по добыче и переработке руды сопровождается интенсивным пыле-выделением. При этом состав выбросов отдельных технологических операций не позволяет полностью квали-
& Жилая застройка
а) б)
Рис. 2. Изолинии долей референтных уровней взвешенных твердых частиц: а) еумма пылей хлорида калия и натрия без учета дисперсности; б) сумма твердых частиц менее 10 мкм (РМ10)
Таблица 3
Максимальные расчетные приземные концентрации взвешенных веществ от выбросов предприятия по добыче и переработке минерального сырья
Загрязняющие вещества, доли референтных уровней
Характеристика точки для острого воздействия
TSP РМ 10 РМ 2.5
Санитарно-защитная зона (на северо-восток от площадки) 2,97 2,1 0,43
Санитарно-защитная зона (на запад от площадки) 3,35 3,03 0,64
Санитарно-защитная зона (на юг от площадки) 2,69 1,55 0,56
Жилая застройка (на север от площадки) 2,77 1,49 0,57
Жилая застройка (на северо-восток от площадки) 3,34 1,24 0,66
Жилая застройка (на восток от площадки) 1,39 0,92 0,67
Жилая застройка (на юго-запад от площадки) 1,14 0,88 0,65
фицировать их только как хлориды калия и натрия. 2. Оценка выбросов как совокупности взвешенных веществ свидетельствует о превышении уровней вредного острого и хронического воздействия по показателям суммы твердых частиц (TSP) и частиц фракции с диаметром менее 10 мкм (PM10) на границе санитарно-защитной зоны и в ближайшей жилой застройке. 3. Опасных (превышающих референтное значение) концентраций PM2,5 не установлено. 4. Полученные расчетные данные требуют инструментального подтверждения. 5. Результаты исследования являются основанием как для переосмысления инвентаризации выбросов комплекса по добыче и переработки минерального сырья, так и для последующей углубленной оценки рисков для здоровья населения, формирования доказательной базы реализации этих рисков и обоснования соответствующих санитарно-гигиенических мер по минимизации этих рисков.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Пермского края в 2013 году». — Пермь, 2014.
2. Дополнение №8 к ГН 2.1.6.1338-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест».
3. Косяченко Г.Ф. // Здоровье и окружающая среда: Сб.ст.-Мн., 2001. -С. 135-142.
4. Май И.В., Макс А.А., Загороднов С.Ю., Чигвинцев В.М. // Известия Самарского научного центра РАН. — 2012. — Т. 14. — № 5 (3). — С. 971-975.
5. Методическое пособие по расчёту, нормированию и контролю выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух (дополненное и переработанное). — С-пб., 2012. — 222 с.
6. ОНД-86 Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. Общесоюзный нормативный документ / ГГО им. Воейкова. — Л., 1987. — 64 с.
7. Онищенко ГГ //Анализ риска здоровью. — 2012. — № 1. — С. 4-14.
8. Официальный сайт Компании ОАО «Уралкалий». — URL: http://www.uralkali.com/ru/www.uralkali.com.
9. Приказ Министерства природных ресурсов РФ № 579 от 31.12.2010 «О порядке установления источников выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух, подлежащих государственному учету и нормированию, и о перечне вредных (загрязняющих) веществ, подлежащих государственному учету и нормированию».
10. Руководство по оценке риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружа-
ющую среду. — М. Федеральный центр Госсанэпиднадзора, 2004 — 143 с.
REFERENCES
1. Report «On status and protection of environment in Permsky area in 2013». — Perm', 2014 ( in Russian).
2. Addition 8 to SN 2.1.6.1338-03 «Maximal allowable concentrations (MAC) for pollutants in ambient air of populated area» (in Russian).
3. Kosyachenko G.F. Health and environment. Collection of articles. — Minsk, 2001. — Р. 135-142 (in Russian)
4. May IV., Maks A.A., Zagorodnov S.Yu., Chigvintsev V.M. // Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra RAN. — 2012. — Vol 14. — 5 (3) . — Р. 971-975 (in Russian).
5. Methodic manual on assessment, regulation and control of pollutants releases into ambient air (revised and augmented). — St-Petersburg, 2012. — 212 p. ( in Russian).
6. OND-86 Method to assess ambient air concentrations of hazardous chemicals in industrial releases. All-Union regulation document. GGO im. Voeykova. — Leningrad, 1987. — 64 p. (in Russian).
7. Onishchenko G.G. // Analiz riska zdorov'yu. — 2012. — 1. — Р. 4-14 (in Russian).
8. Official site of «Uralkalii» JSC http://www.uralkali.com/ ru/www.uralkali.com. (in Russian).
9. Russian Natural Resources Ministry Order № 579 on 31/12/2010 «On procedure of tracing the sources of released hazardous (polluting) chemicals into ambient air, subjected to Governmental regulation and account, and on List of hazardous (polluting) chemicals subjected to Governmental regulation and account» (in Russian).
10. Manual on evaluation of risk for public health under exposure to chemicals polluting environment. — Moscow, Federal'nyy tsentr Gossanepidnadzora, 2004. — 143 p. (in Russian).
Поступила 17.10.2014
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Май Ирина Владиславовна,
зам. дир. ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения», д-р биол, наук, проф. E-mail: [email protected]. Загороднов Сергей Юрьевич,
науч. сотр. лаб. методов соц.-гигиенич. мониторинга. E-mail: [email protected]. Попова Екатерина Владимировна,
инженер по ГИС лаб. методов компл. сан.-эпидемиолог. анализа. E-mail: [email protected].
