CC BY
29
УДК 504.064.36
1А.Р. Шагидуллин, 1А.Ф. Гилязова, 1А.Р. Магдеева, 2Ю.А. Тунакова, 1Р.Р. Шагидуллин
'Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, Artur.Shagidullin@tatar.ru 2Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н Туполева - КАИ,
juliaprof@mail.ru
ПРОГРАММА РАЗВИТИЯ ТЕРРИТОРИАЛЬНОЙ СЕТИ СТАНЦИЙ КОНТРОЛЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ
В статье анализируется методика организации территориальной сети станций контроля загрязнения атмосферного воздуха в части определения приоритетности примесей для контроля. Приводятся результаты апробации методики для территории крупных промышленных центров Республики Татарстан.
Ключевые слова:загрязнение атмосферы; мониторинг; станция контроля; расчет загрязнения; сводные расчеты.
Введение
Качество атмосферного воздуха является одним из приоритетных факторов, оказывающих непосредственное влияние на здоровье человека. Особое внимание в этом отношении привлекает атмосферный воздух густонаселенных городов. Степень загрязнения атмосферы на таких территориях часто является довольно высокой. Это, в свою очередь, связано с активной деятельностью промышленных предприятий, объектов коммунального хозяйства и большим количеством автотранспорта. Совокупность данных факторов приводит к тому, что атмосферный воздух населенных пунктов содержит огромное количество пыли различного размера, оксидов азота и углерода, углеводородов, альдегидов и других химических соединений, оказывающих на организм человека раздражающий, аллергенный, канцерогенный и другие эффекты.
РеспубликаТатарстан относится к числу экономически развитых регионов Российской Федерации с крупнейшими центрами нефтехимической, химической, машиностроительной промышленности и большим количеством автотранспорта. Следствием такого развития является высокий уровень техногенного воздействия на окружающую среду, в частности, на атмосферный воздух.
В условиях интенсивного загрязнения атмосферного воздуха одной из важнейших задач обеспечения экологической безопасности является организация правильной системы мониторинга загрязнения атмосферы. При этом существующие методы планирования развития сети станций мониторинга устарели и нуждаются в доработке. Таким образом, востребованной является
разработка наиболее оптимальной методологии определения приоритетности мест размещения станций и программы контроля загрязнения атмосферы на основе имеющейся информации о функционирующих источниках выбросов загрязняющих веществ. С учетом сказанного выше, в рамках настоящего исследования была поставлена цель - разработать методику применения сводных расчетов загрязнения атмосферного воздуха для развития эффективной системы мониторинга.
Материалы и методы исследования
Расчеты загрязнения атмосферного воздуха проводились на основе сводных баз данных параметров выбросов загрязняющих веществ гг. Казань, Набережные Челны и Нижнекамск, созданных в рамках развития систем сводных расчетов загрязнения атмосферного воздуха в Республике Татарстан, организованного Министерством экологии и природных ресурсов Республики Татарстан.
Согласно (Ведение ..., 2018) для г. Казань величина суммарного максимально разового выброса от 11081 стационарного источника, принадлежащего 291 наиболее значимым предприятиям города, составляет 8512.9 г/с, величина валового разрешенного выброса - 79446.1т/год. Общий перечень выбросов насчитывает 373 наименования вредных веществ. Основной объем выброса (по массе валового поступления) приходится на диоксид серы (23.1 тыс. т/год), оксид углерода (15.2 тыс. т/год), метан (14.1 тыс. т/год), диоксид азота (9.4 тыс. т/год), этилен (5.4 тыс. т/год), смесь предельных углеводородов С1-С5 (3.7 тыс. т/год), оксид азота (1.5 тыс. т/год). Также в течение года
в атмосферу поступают большие количества различных видов пыли, смеси углеводородов предельных С6-С10, этанола, изобутана, бензола и т.д.
Наряду со стационарными источниками загрязнения атмосферы, значительный вклад в формирование состава атмосферного воздуха г.Казань вносит автотранспорт. В качестве источников загрязнения при проведении сводных расчетов учтены дороги для проезда автомобилей, расположенные на 272 улицах города, которые разделены на 614 участков. Суммарная протяженность исследованных автодорог составила 505.2 км.
Как показали исследования, в структуре транспортного потока г. Казань преобладают легковые автомобили - 92.3% от общего числа автотранспортных средств. Доля пассажирского крупногабаритного автотранспорта (автобусы массой более 3.5 т) невелика и составляет 2.9 % от общего числа автомобилей. Доля грузового автотранспорта в целом по городу составляет 2.8%, доля автофургонов и микроавтобусов до 3.5 т - 2.9% от общего количества транспортных единиц. Суммарный выброс от автомобилей при их движении составил 11.9 тыс. т/год, 6.2 тыс. т из которых приходится на оксид углерода, 3.4 тыс. т - на диоксид азота.
Согласно (Завершение ..., 2014) максимальный разовый выброс наиболее значимых предприятий г. Набережные Челны составляет 7396.7 г/с, валовый выброс - 23293.4 тн/год. Основными веществами, загрязняющими атмосферный воздух города, являются оксид углерода - 7.3 тыс. т/ год, оксиды азота - 4.8 тыс. т/год, диоксид серы - 4.4 тыс. т/год и др.
Наряду со стационарными источниками, загрязняющие вещества поступают в атмосферный воздух от автотранспорта. При проведении сводных расчетов учитывался автотранспорт, участвующий в дорожном движении на 201 участке улиц г. Набережные Челны. Суммарная протяженность участков составила 198.5 км. Состав транспортных потоков в жилой и промышленной части города различается. В жилой части доля легковых автомобилей составляет 90.2% от общего числа автотранспорта, грузовых автомобилей и автобусов - 1.9 и 1.1 %, соответственно. В промышленной части доля легкового транспорта уменьшается до 83.6 %, грузовых автомобилей и автобусов - увеличивается до 8.1 и 3.0%. Суммарный выброс от автомобилей составил 4.1 тыс. т/год, 2.2 тыс. т из которых приходится на оксид углерода, 1.1 тыс. т - на диоксид азота.
Согласно (Ведение ..., 2018) максимальный
разовый выброс от 137 наиболее значимых предприятий г. Нижнекамск составляет 7031.3 г/с, валовый выброс - 75632.8 т/год. В атмосферу выбрасываются вредные вещества 322 наименований. Основными веществами, загрязняющими атмосферный воздух в г. Нижнекамск, являются диоксид серы - 15.7 тыс. т/год, диоксид азота -14.5 тыс. т/год, оксид углерода - 9.8 тыс. т/год, смесь предельных углеводородов С1-С5 и С6-С10 - 9.4 и 5.1 тыс. т/год, соответственно. Также в атмосферный воздух в больших количествах поступают взвешенные вещества различного состава, оксид азота, метан, предельные углеводороды С12-С19, этилен и др.
В формирование состава атмосферного воздуха в жилой части г.Нижнекамск вклад вносит и автотранспорт. При проведении сводных расчетов в качестве источников загрязнения были учтены 104 участка улично-дорожной сети, принадлежащих 47 улицам города. Суммарная протяженность автодорог составила 148.0 км. Как показали исследования, в структуре транспортного потока г. Нижнекамск преобладают легковые автомобили - 91.1% от общего числа автотранспортных средств. Доля пассажирского крупногабаритного автотранспорта составляет 3.5% от общего числа автомобилей на территории города. Доля грузового автотранспорта в целом по городу составляет 2.4%, на долю автофургонов и микроавтобусов до 3.5 т приходится 3.0% от общего числа автомобилей. Суммарный выброс от автотранспортных потоков составил 2.3 тыс. т, 1.1 из которых приходится на оксид углерода, 0.8 - на диоксид азота.
Расчеты рассеивания загрязняющих веществ проводились в соответствии с принятыми «Методами расчетов рассеивания выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферном воздухе» (МРР-2017), утвержденными для применения на территории РФ приказом Минприроды РФ от 06.06.2017 г. №273. Методы предназначены для расчета как максимальных разовых, так и осред-ненных за длительный период концентраций загрязняющих веществ (за исключением радиоактивных) в атмосферном воздухе.
Для проведения расчетов рассеивания применялась Унифицированная программа расчета загрязнения атмосферы «Эколог-Город» версии 4.5, разработанная ООО «Фирма «Интеграл», г. Санкт-Петербург. Программа «Эколог-Город» является расширенной версией программы УПРЗА «Эколог», позволяющей проводить расчеты как на уровне отдельного предприятия, так и на уровне города без ограничения по количеству источников выбросов. Программа оснащена дополнительным модулем для расчета осредненных за
длительный период концентраций.
Результаты и их обсуждение
Принцип определения перечня примесей для проведения инструментального контроля при построении государственной системы мониторинга загрязнения атмосферного воздуха установлен в РД 52.04.186-89. Перечень формируется на основе сведений о составе и характере выбросов из источников загрязнения в городе и метеорологических условий рассеивания примесей. Принцип выбора вредных веществ и выстраивания приоритетного списка основан на использовании параметра потребления воздуха, физический смысл которого заключается в количестве чистого воздуха, необходимого для разбавления поступающей в атмосферу валовой массы примесей до нормативных значений.
Однако, такой подход позволяет провести лишь предварительную оценку вероятности превышения той или иной примесью установленных пороговых значений. Воздействие источников может существенно различаться в зависимости от их параметров. Максимум воздействия низких холодных источников находится в непосредственной близости от точки выброса. Выбросы высоких нагретых источников рассеиваются таким образом, что максимум приземной концентрации может находится на расстоянии нескольких десятков высот источника от его основания. Кроме того, с точки зрения оценки воздействия на население, большое значение имеет расположение источников относительно населенных территорий. Таким образом, для проведения более детальной оценки необходимо выполнение расчетов непосредственно ожидаемых величин концентраций вредных веществ, которые могут формироваться на территории города в результате работы всей совокупности источников выбросов. На современном этапе такие оценки стали доступны.
Для реализации сказанного выше был разработан подход, основанный на расчете максимальных и осредненных приземных концентраций вредных веществ в непериодическом наборе расчетных точек, выбранных, главным образом, в местах расположения детских дошкольных учреждений, школ, а также зон с повышенными требованиями к качеству атмосферного воздуха. Степень концентрации точек пропорциональна плотности населения в каждом районе. Такие наборы точек характеризуют воздействие источников загрязнения атмосферы на население и территории, расположенные вне промышленных и санитарно-защитных зон.
Подход к определению перечня примесей для контроля на основе расчета максимальных и долгопериодных приземных концентраций вредных веществ был описан ранее (Амирянова, 2016). По результатам расчета составлен приоритетный перечень примесей, подлежащих контролю на территории г. Казань и сделан вывод, что программа наблюдений государственной сети станций контроля загрязнения атмосферы, в первую очередь, может быть расширена следующими веществами: спирт н-бутиловый, керосин, изопропилбензол, ацетальдегид, этенилбензол, диэтиловый эфир, метиловый спирт.
Аналогичные расчеты проведены для определения приоритетных перечней вредных веществ, подлежащих контролю в атмосферном воздухе на территории гг. Набережные Челны и Нижнекамск. Результаты представлены в таблицах 1, 2.
Как можно видеть из представленных данных, в перечень веществ, контролируемых в г. Набережные Челны, в первую очередь, должны быть дополнительно включены спирт н-бутиловый, минеральное масло, сольвент нафта, изопропил-бензол, триэтиламин, триэтаноламин, керосин, акролеин, этилмеркаптан, бутилен, пропилен. В перечень веществ для контроля в г. Нижнекамске должны быть включены этенилбензол, олигоме-ры изопрена, ацетальдегид, хлорметан, дицикло-пентадиен, 4,4-диметил-1,3-диоксан, минеральное масло, нафталин, оксид пропилена, диоксано-вый спирт, ацетофенон, диметилформамид, спирт н-бутиловый, тримеры пропилена, изопрен.
Необходимо отметить, что представленные перечни веществ отражают приоритетность вредных веществ для контроля в целом на территории городов. При этом подход на основе расчета приземных концентраций может аналогичным образом применяться для определения приоритетности контроля примесей локально, в отдельном районе или в конкретной точке.
Заключение
Определение приоритетности вредных примесей для мониторинга загрязнения атмосферного воздуха на основе расчета максимальных и долгопериодных средних концентраций представляется более объективным в сравнении с существующим подходом, основанным на косвенных параметрах. Объективность указанного подхода обеспечивается тем, что при проведении расчетов приземных концентраций учитываются конкретные параметры выбросов вредных веществ из источников и их расположение, тогда как в существующем подходе такая детальная информация не используется.
Таблица 1. Приоритетный перечень веществ для контроля в атмосферном воздухе на территории г. Набережные Челны
№ Код вещества Название вещества
1 301 Диоксид азота
2 1210 Бутилацетат
3 616 Смесь изомеров ксилола
4 2908 Пыль неорганическая: 70-20% SiO2
5 304 Оксид азота
6 330 Диоксид серы
7 337 Оксид углерода
8 627 Этилбензол
9 1042 Спирт н-бутиловый
10 143 Марганец и его соединения
11 2735 Масло минеральное нефтяное
12 328 Сажа
13 123 Оксид железа
14 1401 Ацетон
15 150 Натр едкий
16 2750 Сольвент нафта
17 1325 Формальдегид
18 621 Толуол
19 303 Аммиак
20 1071 Фенол
21 612 Изопропилбензол
22 2907 Пыль неорганическая >70% SiO2
23 1863 Триэтиламин
24 128 Оксид кальция
25 2603 Микроорганизмы
26 333 Сероводород
27 2704 Бензин
28 1864 Триэтаноламин
29 2930 Пыль абразивная
30 602 Бензол
31 2732 Керосин
32 1301 Акролеин
33 1728 Этилмеркаптан
34 502 Бутилен
35 521 Пропилен
Примечание: Жирным шрифтом выделены загрязняющие вещества, контролируемые на станциях УГМС РТ, МЭПР РТ или на маршрутных постах Управления Роспотребнадзора по РТ; курсивом - твердые загрязняющие вещества, контролируемые суммарно как взвешенные вещества.
Таблица 2. Приоритетный перечень веществ для контроля в атмосферном воздухе
на территории г. Нижнекамск
№ Код вещества Название вещества
1 301 Диоксид азота
2 627 Этилбензол
3 620 Этенилбензол
4 330 Диоксид серы
5 333 Сероводород
6 530 Изопрена олигомеры
7 337 Оксид углерода
8 304 Оксид азота
9 1317 Ацетальдегид
10 303 Аммиак
11 101 диАлюминийтриоксид (в пересчете на алюминий)
12 2908 Пыль неорганическая: 70-20% SiO2
13 328 Сажа
14 871 Хлорметан
15 2754 Углеводороды предельные С12-С19
16 616 Смесь изомеров ксилола
17 512 Дициклопентадиен
18 1603 4,4-Диметил-1,3-диоксан
19 1325 Формальдегид
20 621 Толуол
21 2735 Масло минеральное нефтяное
22 708 Нафталин
23 1608 Оксид пропилена
24 1029 Диоксановый спирт
25 1402 Ацетофенон
26 602 Бензол
27 1523 Диметилформамид
28 323 Диоксид кремния
29 1210 Бутилацетат
30 123 Оксид железа
31 2704 Бензин
32 1042 Спирт н-бутиловый
33 407 Пропилена тримеры
34 516 Изопрен
35 2936 Пыль древесная
Примечание: Жирным шрифтом выделены загрязняющие вещества, контролируемые на станциях УГМС РТ, МЭПР РТ или на маршрутных постах Управления Роспотребнадзора по РТ; курсивом - твердые загрязняющие вещества, контролируемые суммарно как взвешенные вещества.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Правительства Республики Татарстан в рамках научного проекта №18-48160045/18.
Список литературы
1. Амирянова Г.Ф., Шагидуллин А.Р., Гилязова А.Ф.,Ма-гдеева А.Р., Шагидуллин Р.Р. Определение перечня веществ для контроляв атмосферном воздухе г. Казани на основе расчета приземных концентраций // Российский журнал прикладной экологии. 2016. №1. С. 28-32.
2. Ведение системы расчетного мониторинга за состоянием атмосферного воздуха для выявления источников загрязнения, деятельность которых является причиной повышенной загазованности атмосферного воздуха в городе Казань. Отчет по государственному контракту №8МЭ-24с от 31.08.2018 г Казань: ИПЭН АН РТ, 2018. 249 с.
3. Ведение системы расчетного мониторинга за состоянием атмосферного воздуха для выявления источников загрязнения, деятельность которых является причиной повышенной загазованности атмосферного воздуха в городе Нижнекамск. Отчет по государственному контракту №18 МЭ-25с от 31.08.2018 г. Казань: ИПЭН АН РТ, 2018. 174 с.
4. Завершение разработки сводного тома предельно допустимых выбросов в атмосферу г. Набережные Челны для внедрения по городу системы определения расчетного фонового загрязнения. Отчет по государственному контракту
№14МЭ-8с от 25.03.2014 г. Казань: ИПЭН АН РТ, 2014. 218 с.
5. Методы расчетов рассеивания выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферном воздухе. СПб: Знание, 2018. 156 с.
6. РД 52.04.186-89. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. М., 1991. 556 с.
A.R. Shagidullin, A.F. Gilyazova, A.R. Magdeeva, Yu.A. Tunakova, R.R. Shagidullin. The program of development of regional network of atmosphere pollution control stations.
The article presents the results of the development of methods of organization of the territorial network of air pollution control stations in terms of determining the priority of impurities for control. Results of approbation of a technique for the territory of large industrial centers of the Republic of Tatarstan are given.
Keywords: atmosphere pollution; monitoring; control station; calculation of pollution; summary calculations.
Информация об авторах
Шагидуллин Артур Рифгатович, старший научный сотрудник, Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, 420087, Россия, г. Казань, ул. Даурская, 28, E-mail: Artur.Shagidullin@tatar.ru.
Гилязова Алия Фаратовна, младший научный сотрудник, Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, 420087, Россия, г Казань, ул. Даурская, 28, E-mail: Alia.Gilyazova@tatar.ru.
Магдеева Алина Рашитовна, младший научный сотрудник, Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, 420087, Россия, г. Казань, ул. Даурская, 28, E-mail: mag.all@mail.ru.
Тунакова Юлия Алексеевна, доктор химических наук, профессор, зав. кафедрой, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ, 420126, Россия, г. Казань, ул. Четаева, 18,E-mail: juliaprof@mail.ru.
Шагидуллин Рифгат Роальдович, доктор химических наук, директор, Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, 420087, Россия, г. Казань, ул. Даурская, 28, E-mail: Shagidullin_@mail.ru.
Information about the authors
Artur R. Shagidullin, Senior Researcher, Research Institute for Priblems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, 28, Daurskayast., Kazan, 420087, Russia,E-mail: Artur.Shagidullin@tatar.ru.
Aliya F. Gilyazova, Junior Researcher, Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, 28, Daurskayast., Kazan, 420087, Russia, E-mail: Alia.Gilyazova@tatar.ru.
Alina R. Magdeeva, Junior Researcher, Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, 28, Daurskayast., Kazan, Russia, 420087, E-mail: mag.all@mail.ru.
Yulia A. Tunakova,D.Sci. in Chemistry, Professor, Head of Department, Kazan National Research Technical University named after A. N. Tupolev- KAI, 18, Chetaevast., Kazan, 420126, Russia, E-mail: juliaprof.@mail.ru.
Rifgat R. Shagidullin, D.Sci. in Chemistry, Director, Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, 28, Daurskayast., Kazan, 420087, Russia, E-mail: Shagidullin_@mail.ru.
