CC BY
175
УДК 577.4:614.72
П.В. Климов, Д.В. Суржиков, В.В. Большаков
ОЦЕНКА РИСКА ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ НАСЕЛЕНИЯ В СВЯЗИ С ТЕХНОГЕННЫМ ЗАГРЯЗНЕНИЕМ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА И ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ В КРУПНОМ ЦЕНТРЕ МЕТАЛЛУРГИИ И ЭНЕРГЕТИКИ
Научно-исследовательский институт комплексных проблем гигиены и профессиональных заболеваний
СО РАМН (Новокузнецк)
Новокузнецкий филиал-институт Кемеровского государственного Университета (Новокузнецк)
Проведена оценка различных типов риска для здоровья населения от загрязнения атмосферного воздуха и питьевой воды в крупном, центре металлургии и энергетики. Выявлены, наиболее неблагоприятные в экологическом, отношении селитебные зоны, города. Определен, вклад отдельных загрязнителей в формирование рисков для здоровья населения. Показано, что концепция риска может, служить методологическим, инструментом, для обоснования принятия управленческих решений в сфере охраны окружающей среды, и, в частности, атмосферного воздуха и водных ресурсов.
Ключевые слова: оценка риска, воздух, вода
HEALTH RISK EVALUATION OF TECHNOLOGY-INDUCED AIR AND WATER POLLUTION IN A LARGE CENTRE OF METALLURGY AND POWER ENGINEERING
P.V. Klimov, D.V. Surzhikov, V.V. Bolshakov Scientific and Research Institute of Hygiene and Occupational Diseases SB RAMS, Novokuznetsk
Novokuznetsk Branch of Kemerovo State University, Novokuznetsk
The evaluation of different risk types for the health, of the population caused, by air and water pollution in a large centre of metallurgy and power engineering has been carried out. We have identified, the most eco-unfriendly populated, areas of the city. We have established, the contribution, of specific pollutions in the formation of risks for the health, of the population. It has been shown that the risk concept can serve as a methodological tool for management decisions in the field, of environment protection, and. the air and. water resources in particular. Key words: risk evaluation, air, water
Негативные тенденции в здоровье населения крупных промышленных городов тесно связаны с экологическими проблемами. Вклад антропогенных факторов в формирование различных патологий составляет от 10 до 60 % в зависимости от места и условий проживания [3]. Концепция риска позволяет дать оценку влияния на популяционное здоровье негативных экологических факторов техногенного происхождения задолго до того как проявятся последствия их влияния. Система оценки риска здоровью может органично вливаться в систему общего управления и принятия решений в административной практике [2]. Наибольшая часть всех рисков здоровью от воздействия факторов окружающей среды связана с загрязненным атмосферным воздухом [6]. В Российской Федерации 55 % городского населения проживают в населенных пунктах с высоким и очень высоким уровнем загрязнения атмосферы [1]. Другой приоритетной проблемой для многих регионов России является обеспечение населения качественной питьевой водой.
Целью исследования явилась оценка риска для здоровья населения, связанного с загрязнением атмосферного воздуха и питьевой воды.
МЕТОДИКА
Для характеристики загрязнения атмосферного воздуха проанализированы среднегодовые и максимальные концентрации токсичных веществ и аэрозолей по данным Новокузнецкой гидроме-
тобсерватории Росгидромета РФ за 2004 — 2008 гг. Для комплексной оценки загрязнения атмосферного воздуха применялся показатель Пинигина «Р» [2]. Стандартизация кратности превышения ПДК осуществлялась по 3 классу опасности. Для оценки риска нарушения здоровья определялись риск немедленного действия, риск хронической интоксикации и канцерогенный риск [2, 4]. Оценивалась дополнительная смертность взрослого населения (популяция старше 30 лет) от воздействия взвешенных веществ с размерами частиц менее 10 мкм «РМ 10» [4]. Суммарный риск немедленного действия определялся максимальным риском отдельной примеси среди всех воздействующих токсичных веществ. Суммарный риск хронической интоксикации определялся по правилу сложения вероятностей. Переход от индивидуального риска к популяционному осуществлялся путем умножения значения первого на среднюю численность взрослого населения в районе за оцениваемый период. Расчет именно на взрослое население обусловлен тем, что оценка риска осуществлялась с учетом длительного воздействия [2]. Проанализированы данные лаборатории экологического мониторинга воздушной среды Новокузнецкого филиала-института Кемеровского государственного университета (НФИ КемГУ). Стационарная лаборатория, расположенная в центральной части г. Новокузнецка, является комплексом оборудования по непрерывному мониторингу воздушной среды, полученным
по межправительственному соглашению между США и Российской Федерацией. В комплекс входят приборы по определению концентраций 7 атмосферных примесей, в том числе и озона.
РЕЗУЛЬТАТЫ
В начале XXI века г. Новокузнецк продолжает развиваться как крупный центр черной и цветной металлургии, энергетики, угольной и строительной промышленности. Численность населения города составляет свыше 560 тыс. человек. Новокузнецк разделен на шесть административных районов попадающих под влияние деятельности промышленных предприятий. В промузел города входят два металлургических комбината, завод ферросплавов, алюминиевый завод, агломерационная и углеобогатительные фабрики, ряд шахт и разрезов, три крупные ТЭЦ и свыше 60 небольших котельных. Исторически сложившаяся структура застройки города (близкое расположение промышленных и селитебных зон) обусловила высокую вероятность контакта населения с вредными факторами окружающей среды, в первую очередь аэрогенными. Город расположен в холмистой местности, расчлененной долинами рек Томь, Кондома, Аба. На северо-западе, северо-востоке и юге города располагаются несколько горных отрогов, высшая точка которых достигает 380 м. В г. Новокузнецке формируются условия, способствующие накоплению атмосферных загрязнений за счет инверсионных ситуаций. Высокая повторяемость инверсии определяется преобладанием антициклонных барических образований и сложным пересечением рельефа, который способствует стоку, застаиванию и выхолаживанию воздуха, а, следовательно, образованию приземных и приподнятых инверсий. Длительные приземные инверсии, представляющие наибольшую опасность, в основном отмечаются в зимний период года. Преобладающие в это время года штиль и слабые ветры, наряду с инверсией, обусловливают высокие концентрации вредных веществ в приземном слое атмосферного воздуха. В зимний период для воздушного бассейна города характерно образование ледяного смога, представляющего собой сочетание газообразных загрязнителей, пылевидных частиц и кристаллов льда, возникающих при замерзании капель тумана и пара отопительных систем, а также образование при растворении в каплях тумана серы диоксида повышенных концентраций паров серной кислоты. В переходный период года атмосферный воздух города характеризует формирование восстановительного смога из смеси дыма, сажи и серы диоксида, который достигает максимальных уровней при высокой влажности воздуха и состоянии приподнятой инверсии в воздушном бассейне.
По данным комитета по охране окружающей среды и природных ресурсов г. Новокузнецка за период с 2004 по 2008 гг. в атмосферный воздух города ежегодно поступало от 45,1 до 60,4 тыс. тонн твердых частиц, от 38,3 до 42,1 тыс. тонн серы диоксида, от 240,9 до 283,3 тыс. тонн углерод оксида, от 16,1 до 22,3 тыс. тонн азот диоксида и др. вредные вещества. В
зимний период увеличиваются концентрации сажи, диоксидов серы и азота, что связано с увеличением нагрузки на отопительную систему. В летний период часто отмечается высокая запыленность атмосферного воздуха, а также формирование фотохимического смога, возникающего в результате разложения загрязняющих веществ под действием солнечного излучения. В набор конечных продуктов данного типа смога входят озон и формальдегид.
Основную массу выбросов в атмосферный воздух производят предприятия металлургической промышленности, удельный вес которых составляет по твердым частицам 66,5, по серы диоксиду 65,0, по углерод оксиду 97,7, по азот диоксиду 33,7, по бенз(а)пирену — почти 100 %. Существенное влияние на состояние воздушного бассейна города оказывает энергетика на долю которой приходится
17.2 % выбросов твердых частиц, 30,8 % — серы диоксида, 56,4 % — азота диоксида.
Средние за данный период концентрации взвешенных веществ превышали среднесуточную ПДК в 1,4 — 2,0 раза (в зависимости от селитебной зоны), азота диоксида в 1,2 — 1,6 раза, фтористого водорода в 1,2 — 1,4 раза, формальдегида в 3,7 — 5,9 раза. Средние за период из максимальных концентраций превышали максимально разовую ПДК по взвешенным веществам в 2,4 — 3,4 раза, углерод оксиду в 1,4 — 2,9 раза, азот диоксиду в 4,1 — 6,0 раза, фенолу в 2,8 — 3,7 раза, саже в 1,6 — 2,3 раза, фтористому водороду в 4,4 — 6,0 раза, формальдегиду в
2,6 — 4,4 раза. Самые высокие значения показателя Р были получены в Куйбышевском районе (9,9), а наименьшие — в Заводском районе (5,3). Во всех районах города уровень загрязнения атмосферного воздуха по показателю Р оценивается как опасный.
Самые высокие уровни индивидуального риска немедленного действия были получены в Кузнецком и Орджоникидзевском районах (0,618). Суммарный риск немедленного действия в Кузнецком районе определен максимальным риском, связанным с воздействием на население азот диоксида, а в Орджоникидзевском районе — фтористого водорода. Удельный вес азот диоксида в риске немедленного действия составляет в зависимости от района города от 20,6 до 38,2, фтористого водорода от 14,5 до 42,5 и углерод оксида 14,5 до 22,9 %. Наиболее высокие степени индивидуального риска хронической интоксикации отмечаются в Кузнецком (0,228) и Куйбышевском (0,217) районах. Относительно невысокие значения риска хронической интоксикации получены по Заводскому району (0,175), жилые кварталы которого существенно удалены от промышленного узла Западно-Сибирского металлургического комбината. Суммарное действие на население взвешенных веществ, азот диоксида, фтористого водорода и углерод оксида составляет от 72,4 до 78,9 % риска хронической интоксикации. Удельный вес взвешенных частиц в риске данного типа составляет в зависимости от района города от 25,3 до 30,2 %, азот диоксида от
16.2 до 20,2 %, фтористого водорода от 14,3 до 19,9 %, углерод оксида от 9,9 до 12,6 %.
Оценка канцерогенного риска осуществлялась по концентрации в атмосферном воздухе формальдегида и сажи. В России на долю формальдегида приходится 4770 случаев онкологических заболеваний в год при численности страдающего от воздействия населения более 43 млн. человек. На долю сажи приходится 1998 случаев онкологических заболеваний, при более 14 млн. экспонируемых человек [5]. Самый высокий уровень индивидуального канцерогенного риска отмечается в Куйбышевском районе (0,000316), где присутствуют и наиболее высокие концентрации формальдегида. На втором месте по степени канцерогенного риска находится Новоильинский район (0,000273). Наименьшие значения канцерогенного риска получены в Заводском районе (0,000217). Дополнительная смертность населения от воздействия взвешенных веществ РМ 10 составила от 2,52 (Новоильинский район) до 5,24 (Кузнецкий район) случаев смерти в год на 10 тыс. человек.
Согласно результатам оценки популяционного риска, при сохранении выявленных тенденций в загрязнении атмосферного воздуха на протяжении длительного времени в г. Новокузнецке предполагается ожидать дополнительно к фоновому уровню 90 случаев онкологических заболеваний, 68812 случаев хронической интоксикации и у 159558 человек возможно проявление различных рефлекторных реакций, связанных с достижением максимальных для города уровней загрязнения атмосферного воздуха. Дополнительная смертность населения г. Новокузнецка от воздействия взвешенных веществ РМ 10 составит 118 человек в год.
Застройка и выбор местоположения промышленных предприятий в г. Новокузнецке осуществлялись без учета климатических характеристик, обусловливающих рассеивание в воздухе примесей. При северных и северо-восточных ветрах факелы предприятий почти полностью накрывают центральную часть города. Повышение температуры воздуха над городом способствует образованию ветров (городских бризов) от пригородов к центру. В этих условиях в районах, расположенных ближе к окраинам наблюдается приток чистого воздуха, а в центр, в район острого тепла, поступает загрязненный воздух от промышленных предприятий. Озон образуется в атмосфере в результате системы реакций, многие из которых являются фотохимическими. В эту систему реакций вовлечены кислород, оксиды углерода и азота, метан, летучие органические соединения.
Анализировались данные лаборатории экологического мониторинга воздушной среды НФИ КемГУ за период с 2001 по 2007 г. Взвешенные средние индексы сезонности, установленные по средним концентрациям озона для каждого периода года, составили в зимний период — 105,1, в весенний — 162,2, в летний — 105,2, осенний — 51,0 %. Коэффициент сезонной колеблемости по средним концентрациям озона составил 45,0 %, по максимальным — 31,5 %, что говорит о значительной степени сезонной колеблемости. Максимальный уровень концентрации
озона достигается в весенний период, что связано с высоким притоком солнечной радиации, в том числе и ультрафиолетовой, а так же с наиболее интенсивным переносом озона из стратосферы в это время года. Большая повторяемость антициклональной погоды и континентальность климата способствуют тому, что по числу ясных дней и по количеству поступающей солнечной радиации Юг Кузбасса превосходит европейские регионы России на тех же широтах и сопоставим с районами РФ, расположенными южнее. Минимальный уровень загрязнения озоном отмечается в осенний период. Определены риски хронической интоксикации, связанные с загрязнением атмосферного воздуха центральной части г. Новокузнецка. Суммарный индивидуальный риск хронической интоксикации для населения, проживающего на данной территории, составил
0,283. Удельный вес озона в риске хронической интоксикации — 9,05 %. Следует отметить высокий удельный вес в риске хронической интоксикации специфических загрязняющих веществ, таких как сероводород — 31,9 %, аммиак — 11,8 %, присутствие которых в воздушном бассейне г. Новокузнецка обусловлено выбросами коксохимического и доменного производств металлургических комбинатов.
Для оценки риска нарушения здоровья от питьевого водопотребления проанализированы данные оценки химических загрязнений питьевой воды, проведенные службой Роспотребнадзора по Кемеровской области за 2007 — 2009 гг. и данные Комитета по охране окружающей среды и природных ресурсов г. Новокузнецка по количественной характеристике сбросов вредных примесей в городские водные объекты.
В промышленных и коммунально-бытовых стоках в водные объекты г. Новокузнецка (р. Томь, р. Аба, р. Кондома) присутствуют сбросы ряда загрязняющих примесей, нормируемых как по органолептическим, так и по санитарно-токсикологическим показателям: алюминий — в количестве в среднем 14,53 тонн/год; железо —
25,06 тонн/год; марганец — 3,66 тонн/год; нитраты — 6677,5 тонн/год; нитриты — 91,7 тонн/год; фториды — 134,6 тонн/год. В состав сбросов от ре-льефоидных источников в поверхностные водные объекты г. Новокузнецка входят ацетон, метанол, фенол, формальдегид, цианиды, а также такие металлы как медь, никель, свинец и хром. В сточных водах содержится в среднем 5617,7 тонн/год хлоридов. Выше г. Новокузнецка кроме ряда населенных пунктов (г.г. Междуреченск, Мыски) в р. Томь, являющуюся источником водоснабжения г. Новокузнецка, осуществляют сброс предприятия угольной промышленности, теплоэнергетики, объекты среднего бизнеса, имеющие сбросы недостаточно очищенных сточных вод. Положение усугубляется тем, что до настоящего момента в городе не решены проблемы с очисткой ливневых и талых вод, в результате чего ежегодно в весеннее время происходит дополнительный залповый сброс загрязненного снежного покрова в водоем. Река Томь не имеет должной зоны санитарной охраны, что ведет
к застройке берегов реки практически на всем ее протяжении, усугубляя тем самым качественную характеристику реки. Негативное влияние на качество воды в р. Томь оказывают ее притоки — р. Аба и р. Кондома, в которые осуществляют сброс сточных вод предприятия угольной, горно-рудной и теплоэнергетической промышленности Юга Кузбасса. Концентрации примесей, нормируемых по органолептическому показателю вредности, в воде коммунального водопровода г. Новокузнецка составили (период 2007 — 2009 гг.) по средним показателям: железо — 0,29 ПДК питьевой воды, хлор связанный — 0,28, марганец — 0,04 ПДК; по средним из максимальных за год: нитраты — 0,26, хлориды — 0,22, хлор связанный — 0,97 ПДК. Среднее содержание свободного хлора в питьевой воде г. Новокузнецка превышает гигиенический норматив в 2,2 раза; среднее из максимальных — в
6,6 раза. Средние из максимальных уровни содержания фенола, железа и марганца в воде коммунального водопровода превышают нормативные показатели в 1,17; 9,66 и 2,95 раза соответственно. Индивидуальный риск немедленного действия, связанный с загрязнением питьевой воды, для населения промышленного центра составляет 0,903. Наибольший вклад в достижение такого уровня риска вносят железо, свободный хлор и марганец. Среднее содержание вредных веществ, нормируемых по санитарно-токсикологическому показателю вредности, в воде городского водопровода составило: кремний — 0,34 ПДК питьевой воды, бор
— 0,09; никель — 0,06; фториды — 0,07; хлороформ
— 0,17; бромдихлорметан — 0,12 ПДК. Средняя из максимальных (за 2007 — 2009 гг.) концентрация алюминия в питьевой воде превышала гигиенический норматив 1,05 раза, формальдегида — в 2,12 раза. Индивидуальный риск хронической интоксикации, связанный с загрязнением водопроводной воды, для среднестатистического жителя г. Новокузнецка установлен на уровне 0,0176. Удельный вес кремния в данном типе риска составил 33,8 %, хлороформа — 16,5, бромдихлорметана — 12,2, бора — 8,8, формальдегида — 7,37, фторидов — 6,44, никеля — 5,5 и алюминия — 4,65 %. Риск дополнительной онкологической заболеваемости, связанный с содержанием в питьевой воде канцерогенных веществ, исчислен как 1,41 х 10—5, что в 1,41 раза превышает нормативный показатель ВОЗ. Канцерогенный риск обусловлен загрязнением воды коммунального водопровода хлороформом (удельный вес в риске 41,5 %), бромдихлорметаном (46,8 %) и дибромхлорметаном (11,3 %).
ВЫВОДЫ
1. Выявлены наиболее неблагоприятные в экологическом отношении селитебные зоны города. Наиболее значительное превышение ПДК отмечается по формальдегиду, взвешенным веществам, азот диоксиду и фтористому водороду. Во всех селитебных зонах города уровень загрязнения атмосферного воздуха по показателю Р оценивается как опасный.
2. Оценка различных типов риска показала, что угрозу здоровью населения крупного центра металлургии и энергетики представляет как загрязнение атмосферного воздуха, так и состояние системы водоподготовки и водоочистки. Установлены значения популяционного риска, показывающие, что при сохранении выявленных тенденций в загрязнении атмосферного воздуха на протяжении длительного времени в промышленном центре металлургии дополнительно к фоновому уровню следует ожидать 90 случаев злокачественных новообразований и 68812 случаев хронических заболеваний.
3. Пожизненная вероятность получения жителем г. Новокузнецка хронического заболевания, имплицированного загрязнением воды коммунального водопровода, составляет 0,0176 (в долях единицы). Канцерогенный риск, связанный с содержанием в городской питьевой воде загрязнителей, представляющих канцерогенную опасность, превышает показатель приемлемого риска в 1,41 раза.
ЛИТЕРАТУРА
1. Государственный доклад о состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2008 году / Министерство природных ресурсов и экологии Российской Федерации. — М., 2009. — Режим доступа : http://www.mnr.gov.ш/part/?pid = 1136.
2. Окружающая среда и здоровье: подходы к оценке риска / под ред. А.П. Щербо. — СПб. : СПбМАПО, 2002. - 376 с.
3. Онищенко Г.Г. Городская среда и здоровье человека // Гиг. и сан. — 2007. — № 5. — С. 3-4.
4. Онищенко Г.Г. и др. Основы оценки риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду / под ред. Ю.А. Рахманина, Г.Г. Онищенко. — М. : НИИ ЭЧ и ГОС, 2002. — 408 с.
5. Рахманин Ю.А., Новиков С.М., Шашни-на Т.А. Современные направления методологии оценки риска // Гиг. и сан. — 2007. — № 3. — С. 3 — 7.
6. Рахманин Ю.А. и др. Оценка ущерба здоровью человека как одно из приоритетных направлений экологии человека и инструмент обоснования управленческих решений // Гиг. и сан. — 2006. — № 5. — С. 10—13.
Сведения об авторах
Климов Петр Валерьевич - к.б.н., доцент кафедры экологии и естествознания Новокузнецкого филиала-института Кемеровского госуниверситета, старший научный сотрудник лаборатории прикладных гигиенических исследований (654011, Кемеровская область, г Новокузнецк, ул. Рокоссовского, 17/57; тел.: 8 (3843) 36-24-87, 8 (9050) 71-43-40; e-mail: cdn77@ inbox.ru)
Суржиков Дмитрий Вячеславович - д.б.н., руководитель лаборатории прикладных гигиенических исследований НИИ КПГПЗ СО РАМН
Большаков Владимир Витальевич - с.н.с. лаборатории прикладных гигиенических исследований НИИ КПГПЗ СО РАМН
