CC BY
19РАЗДЕЛ V. ТЕХНОЛОГИИ. ХИМИЯ И ФИЗИКА
МАТЕРИАЛОВ [TECHNOLOGY. CHEMISTRY AND PHYSICS OF MATERIALS]
УДК 502.55
Л.Х. ТАС-ООЛ, Н.Н. ЯНЧАТ
Тувинский институт комплексного освоения природных ресурсов СО РАН (Кызыл, Россия)
ТЕХНОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОЗДУШНОЙ АТМОСФЕРЫ г. КЫЗЫЛА В 2011-2017 гг.
В статье приведён обзорный анализ состояния воздушной атмосферы г. Кызыла в период 2011-2017 гг. по сведениям Росгидромет и по данным мониторинга снегового покрова, проводимых ТувИКОПР СО РАН.
Ключевые слова: загрязнение воздушной атмосферы, снежный покров, дымовые выбросы угля, бенз(а)пирен, сажа.
Табл. 1. Библ. 11 назв. С. 56-61.
L.Kh. TAS-OOL, N.N. YANCHAT Tuvinian Institute for Exploration of Natural Resources of SB RAS (Kyzyl, Russia) TECHNOGENIC AIR ATMOSPHERE POLLUTION OF KYZYL IN
2011-2017
The paper provides an overview analysis of the state of the air atmosphere in Kyzyl within 2011-2017 years period according to Roshydromet data and according to the snow cover monitoring carried out in TuvIENR SB RAS. Keywords: air pollution, snow cover, smoke coal emissions, benz(a)pyrene, soot.
Table 1. References 11. P. 56-61.
Введение
В статье представлен обзор информации о качестве воздушной атмосферы г. Кызыла в период 2011-2017 гг. по результатам мониторинга химического состава снегового покрова, проводимого в ТувИКОПР СО РАН, и материалам ежегодников (ежегодных обзоров) о состоянии загрязнения атмосферы (окружающей среды) в городах на территории России, публикуемых Главной геофизической обсерваторией им. А.И. Воейкова и Росгидромет (Ежегодники ..., 2007-2017: Электрон. ресурс; Обзор ..., 2007-2018: Электрон. ресурс).
Методология обобщения данных по загрязнению атмосферного воздуха города
Уровень загрязнения воздушной среды оценивается путём сопоставления усреднённых концентраций примесей в атмосфере с гигиеническими нормативами качества атмосферного воздуха — предельно допустимыми концентрациями веществ (ПДК), которые не оказывают на человека и его потомство прямого или косвенного неблагоприятного воздействия, не ухудшают их работоспособности, самочувствия и сани-тарно-бытовых условий жизни (Гигиенические.: Электрон. ресурс). Максимальную разовую концентрацию примеси qм (измеренная за 20 мин, мг / м3) сравнивают с мак-
симальной разовой ПДКм.р. (осреднённая из показаний за 20 мин), а среднюю концентрацию (среднесуточная дсс, среднемесячная дс.мес., среднегодовая дср.) — со среднесуточной ПДКс.с..
Различают четыре уровня загрязнения воздушной среды населённых пунктов — низкий, повышенный, высокий, очень высокий:
1. Низкий — при ИЗА = (0-4), СИ < 1, НП < 10 %;
2. Повышенный — при ИЗА = (5-6), СИ < 5 , НП = (10-20) %;
3. Высокий — при ИЗА = (7-13), СИ = (5-10), НП = (20-50) %;
4. Очень высокий, при ИЗА > 14, СИ > 10, НП > 50 %.
ИЗА(п) или 1(п) — комплексный индекс загрязнения атмосферы по набору примесей (п), которые вносят основной вклад в загрязнение.
I (п) = Е I =Е
^ Чс.рл ^ '
ч ПДК с.сл )
где дсрА, мг/м3 — среднегодовая концентрация загрязнителя; Ci — константа, используемая для перевода степени вредности примеси к степени вредности 802 (класс опасности 3), принимается равной 1,5; 1,3; 1,0; 0,85 для веществ 1, 2, 3, 4 класса опасности соответственно. СИ — стандартный индекс, наибольшая разовая концентрация примеси, выраженная в единицах ПДК, СИ = дмр. / ПДК; из значений СИ для всех примесей выбирается наибольший. Для бенз(а)пирена и металлов величина СИ определяется по значению среднемесячной концентрации (дс.мес.), отнесённой к ПДКсс.. НП, % — наибольшая повторяемость превышения уровня ПДК, определяется как доля случаев наибольшего превышения ПДК в общем числе наблюдений (за месяц / год) на всех постах (станциях) за одной или всеми примесями.
Степень техногенного загрязнения воздушной среды оценивается (Методические..., 1990) и по величине суммарного загрязнения (¿С) устойчивого снежного покрова (СП):
^ = 1 Кс - (п -1) ,
с,
где Кс =-— коэффициент накопления загрязнителя в устойчивом СП; С, и Су—
С/
концентрация конкретного элемента-загрязнителя, соответственно, в точках отбора проб исследуемой территории и в её фоновой точке, мг / кг. Вышеотмеченным четырём отличимым уровням загрязнения воздушной атмосферы соответствуют интервальные значения 2С, указанные в скобках: низкий (32-64), средний (64-128), высокий (128-256), очень высокий (>256).
Результаты наблюдений
Состояние воздушной атмосферы г. Кызыла по данным Росгидромет. В прошедшее десятилетие по результатам обработки регулярных данных, снимаемых с трёх стационарных постов Росгидромет в столице Республики Тыва в 07.00, 13.00 и 19.00 час., г. Кызыл относится к числу экологически неблагополучных малых городов России (Обзор ..., 2007-2018: Электрон. ресурс). Начиная с 2013 г. уровень загрязнения его воздушной атмосферы характеризуется (табл. 1) как очень высокий, ИЗА(5) > 14, а в период 2007-2013 гг. — высокий и очень высокий, чаще ИЗА(5) > 7.
Основными загрязнителями города являются бенз(а)пирен (БП), взвешенные вещества (пыль), сажа, фенол, диоксид азота. Чрезвычайно велики выбросы БП — вещества первого класса опасности, вещества-канцерогены (ПДКсс. 1 нг / м3). Если до 2012 г. среднегодовые концентрации БП превышали ПДК более чем в десять раз (СИБП > 10 ПДК), то позднее в период 2012-2017 гг. кратность превышения ПДК у БП увеличилась до 20, 30 и даже 50 раз. Длительное вдыхание БП в дозах, превышающих ПДК, может привести к снижению иммунитета и развитию раковых новообразований (Руководство., 2004).
п
п
,=1
,=1
Таблица 1. Показатели загрязнения воздушной атмосферы*,.снегового покрова**, ввода индивидуальных жилых домов, численности*** и заболеваемости**** населения в период 2007-2017 гг. по г. Кызылу
Показатели Год
2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017
Уровень загрязнения атмосферы В, ИЗА>7 ОВ, ИЗА>14 ОВ, ИЗА>7 ОВ, ИЗА>7 В, ИЗА>7 В, ИЗА>7 ОВ, ИЗА>14 ОВ, ИЗА>14 ОВ, ИЗА>14 ОВ, ИЗА>14 ОВ, ИЗА>14
Веществаа, определяющие уровень загрязнения атмосферы, ^ср>1 ПДК БП, ВВ, Ф БП, ВВ, Ф БП, ВВ, Ф, сажа БП, ВВ, Ф, сажа БП, ВВ, Ф, сажа БП, ВВ, Ф, сажа БП, ВВ, Ф, сажа БП БП БП, ВВ, Ф, сажа, no2 БП, ВВ, Ф, сажа, no2
Вещества, для которых СИ > 10 БП (10,5) БП (10,2) БП (19,0) БП (21,2) БП (51,2) БП (30,8) БП (17,5) БП (35,0)
НП> 20 % сажа (21,3) сажа (24,0)
Суммарные выбросы, тыс. т:
пыль 2,9 8,1 3,3 3,7 3,9 1,8 2,2 1,7 2,2 2,2 2,0
so2 1,4 1,6 1,7 1,7 1,7 1,4 1,4 1,2 1,4 1,3 1,4
no2 0,3 1,5 2,9 5,1 5,2 0,9 1,1 0,91 1,1 0,6 1,0
co 3,3 17,1 11,6 15,6 17,0 6,8 7,1 7,2 7,1 7,2 7,0
Усредн. содерж. пыли в СП, мг / (м2сутки) 8,83 19,53 37,41 62,79 75,56
zc суммарное загрязнение снежного покрова пылью по зонам:
северная 62,4 101,7 191,5
центральная 127,9 359,2 392,5
южная 51,6 73,3 142,2
по городу 80,6 178,1 242,1 250,9
Ввод жилья, м2:
г. Кызыл, всего: 12005 12607 13974 17274 19361 23562 19068 45732 46706 61624 55334
инд. жил. дома 7000 7666 6792 9344 11871 19073 19068 39339 42071 38209 39957
пгт Каа-Хем 672 5317 6636 8245 7054 6961 15360 18796 21302 14100 9195
Численность населения на начало года, в тыс. чел.:
г. Кызыл 108,3 108,1 108,3 109,9 110,2 112,0 113,3 114,0 114,2 115,9 116,0
пгт Каа-Хем 11,08 15,04 15,12 15,48 14,78 16,02 16,63 16,9 17,62
Злокачественные новообразования (на 100 тыс. населения):
в РФ 340,7 345,9 355,8 364,2 365,7 367,6 374,2 387,6 402,9 408,6
в Респ. Тыва 165,1 158,8 155,8 162,4 171,0 177,5 179,1 194,7 209,1 228,4 241,4
в г. Кызыле 215,1 204,5 193,9 212,8 200,5 195,5 214,4 220,2 251,2 262,4 262,9
Примечания. По данным: * — Ежегодники ..., 2007-2017: Электрон. ресурс; ** — Тас-оол, Калуш, Чупикова, 2016;
*** — http://www.gks.ru/dbscripts/munst/munst93/DBInet. cgi; **** — Государственные.: Электрон. ресурс.
БП — бенз(а)пирен; ВВ — взвешенные вещества; В — уровень загрязнения высокий; ОВ — уровень загрязнения очень высокий; ИЗА — индекс загрязнения атмосферы; Ф — фенол; СИ — стандартный индекс; НП — наибольшая повторяемость превышения уровня ПДК; ПДК — предельно-допустимые концентрации.
Среднегодовые содержания сажи (чёрный углерод), взвешенных веществ, формальдегида и оксида азота также превышают ПДК (дср. > 1 ПДК), но в меньшей степени, чем таковые у БП. Наибольшая повторяемость превышения ПДК — в более чем в 20 % от общего количества измерений фиксировалась по саже (НПсажа > 20 %) на станции № 5, расположенной на территории больничного городка по ул. Оюна Курседи, недалеко от частного сектора.
Состояние устойчивого снегового покрова г. Кызыла по данным мониторинга. Вся территория города, с учётом влияния розы ветров, рельефа и характера распределе-
ния экспериментальных данных по точкам отбора проб, нами поделена на три условные зоны: северная (правобережная), центральная и южная. Одна из разделительных линий зон проведена по руслу р. Енисей, другая — по параллели, проведённой южнее русла на удалениях ~ 2,5 км. В наихудшем состоянии всегда находилась центральная зона города, в её пределах загрязнение СП увеличилось до уровня очень высокий ещё в 2013 г. Загрязнение воздушной атмосферы в северной и южной зонах не поднималось выше уровня высокий и возрастало медленнее в сравнении с центральной зоной.
В период 2011-2015 гг. усреднённое суммарное загрязнение СП города нерастворимыми компонентами (2С) повышалось по типу восходящей линейной регрессии (Тас-оол, Калуш, Чупикова, 2016):
у = 17,7 х -12,9 Я = 0,98 ,
где: у (мг / м2 сутки) — среднесуточная масса осевшей пыли, усреднённая по территории города, х — год мониторинга, Я2 — коэффициент детерминации (достоверность аппроксимации). Как видно, расчётный коэффициент годового прироста количества пыли на единицу площади СП составил почти 18 мг / (м2 сутки). Это означает, что в указанный период усреднённая величина суточных выбросов вредных компонентов углесжигания возрастала ежегодно на ~ 18 мг.
В составе пылевой фракции СП, помимо «чёрного углерода» — недожёг угля, идентифицируются (метод электронной микроскопии) тридцать три элемента неорганического вещества каахемских углей (Тас-оол, Хомушку и др., 2016). Вблизи жилых домов с печным отоплением и производственных котельных содержание сажи достигало 60-70 % от общей массы осевшей мелкодисперсной пыли. Из этого следует, что основными загрязнителями г. Кызыла являются теплоэнергетические установки, в которых в качестве топлива используются каахемские угли марки Г, ГЖ с высоким выходом летучих (до 40 %).
Обсуждение результатов наблюдений
Отмеченный в прошедшее десятилетие рост загрязнения окружающей среды в столице Республики Тыва обусловлен увеличением объёмов сжигания угольного топлива в новых домах (коттеджах), возведённых в г. Кызыле и пгт Каа-Хем (административный центр муниципального образования Кызылский кожуун), примыкающем к территории города с наветренной восточной стороны.
Строительство таких домов велось за счёт собственных и заёмных средств горожан и сельчан; в 2007-2017 гг. численность населения в г. Кызыле возросла на 7,7 тыс. чел, в пгт Каа-Хем — на 6,5 тыс. чел. В этот период в г. Кызыле введено жилья более 327 тыс. м2, в их числе 240 тыс. м2 (72 %) индивидуальных жилых домов (ИЖД). В пгт Каа-Хем построено ИЖД 114 тыс. м2. Таким образом, на сопредельных территориях города и пгт построено > 354 тыс. м2 или более 4,38 тыс. ИЖД. В Туве в 2014 г. средняя площадь жилья, возводимого населением, составила 80,8 м2 (РосРи-элт...: Электрон. ресурс).
Неснижающийся очень высокий уровень загрязнения воздушной атмосферы г. Кызыла (ИЗА > 14), неснижающийся очень высокий уровень суммарного загрязнения снежного покрова (2С > 359) центральной зоны города установился в 2013 г. (см. табл. 1). Ухудшение состояния воздушной среды и подстилающей поверхности обусловлено увеличением объёмов сжигаемого угля, являющегося следствием ввода в эксплуатацию новых ИЖД. Так, в 2013 г. в пгт Каа-Хем ввод жилья (в сравнении с предыдущим годом) возрос двукратно, а в следующем 2014 г. показатель ввода ИЖД удвоился и в г. Кызыле. По данным опроса населения выявлено, что в каждом отдельном доме за один отопительный сезон в среднем сжигается до ~ 7 т угля. Простой подсчёт покажет, что в 2017 г. в г. Кызыле и пгт Каа-Хем общий объём угля, сожжённого в печах ИЖД, превысил уровень 2007 г. почти на 31 млн. т.
На высокий уровень загрязнения СП в центральной зоне города влияют два фактора. Первый — расположение зоны на самых низких уровнях межгорной котловины, на которых влияние запирающего слоя приземной температурной инверсии сильнее,
чем в соседних вышерасположенных зонах. Второй — появление новых кварталов новостроек с печным отоплением в восточной (наветренной) стороне зоны.
Сохранение в течение длительного (десятилетнего) периода очень высокого и высокого уровней загрязнения воздушной атмосферы вредными выбросами, в т. ч. канцерогенным бенз(а)пиреном в количествах, превышающих ПДК, может быть одной из основных причин, обусловивших рост раковых заболеваний у жителей г. Кызыла. Согласно информации Минздрава Республики Тыва (О Государственном., 2018: Электрон. ресурс), за пять лет с 2012 по 2017 г. показатель онкологической заболеваемости кызылчан вырос на 34 % (со 196 чел. до 263 на 100 тыс. населения). Этот показатель выше среднего республиканского на 10-30 %, у горожан в структуре выявленных злокачественных новообразований рак лёгкого занимает первое место, у сельчан — рак желудка.
В целях решения актуальной для г. Кызыла проблемы загрязнения воздушной атмосферы дымовыми выбросами углесжигания мэрия прорабатывает вопрос по выпуску брикетов «бездымного» топлива. Правительство Республики Тыва в январе 2019 г. одобрило «дорожную карту» по развитию многоэтажной комплексной застройки территории. Согласно карте в генеральные планы мэрии Кызыла и администрации Кызылского кожууна будут внесены изменения. В частности, столичные власти зарезервируют земли в районе дачных обществ «Вавилинский затон» исключительно под строительство многоэтажного жилья с необходимыми инженерными коммуникациями, социальными, торговыми и др. объектами. В такой же резерв будет передана часть земель Кызылского района в пгт Каа-Хем и с. Сукпак, расположенном в двух десятках километров от Кызыла (Новости., 2019: Электрон. ресурс).
Выводы
В Республике Тыва население г. Кызыла в последнее десятилетие (2007-2017) находится под воздействием высокого и очень высокого уровней загрязнения воздушной атмосферы. Среднегодовые содержания сажи (чёрный углерод), взвешенных веществ, формальдегида и оксида азота превышали ПДК (дср. > 1 ПДК), а средняя за год концентрация бенз(а)пирена превышала ПДК в десять и более раз (СИБП > 10 ПДК).
Стабильный очень высокий уровень загрязнения воздушной атмосферы г. Кызыла (ИЗА > 14), очень высокий уровень суммарного загрязнения снежного покрова (2С > 359) в центральной зоне города наблюдается с 2013 г. В период 2011-2015 гг. количество мелкодисперсных пылевых частиц, привносимых ежесуточно в атмосферный воздух в составе дымовых выбросов углесжигания и оседающих на единицу площади снегового покрова, ежегодно возрастало на ~ 18 мг. Ухудшение качества воздушной среды и подстилающей поверхности связано с увеличением количества индивидуальных жилых домов и, как следствие, с увеличением объёмов угля, сжигаемого в их отопительных системах (печах / котлах).
ЛИТЕРАТУРА
Гигиенические нормативы: ГН 2.1.6.3492-17. Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе городских и сельских поселений [Электрон. ресурс]. - Режим доступа: https://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/71750374/. свободный (дата обращения: 20.02.2019). Государственные доклады: Офиц. портал Республики Тыва [Электрон. ресурс]. - Режим доступа: http://gov.tuva.ru/content/1418/, свободный.
Ежегодники о загрязнении окружающей среды (по компонентам) [Электрон. ресурс]. - Режим доступа: http://www.meteorf.ru/product/infomaterials/ezhegodniki/. свободный (дата обращения: 20.02.2019) (см. 2007-2017 гг.).
Методические рекомендации по оценке степени загрязнения атмосферного воздуха населённых пунктов металлами по их содержанию в снежном покрове и почве. МР 5174-90 [Электрон. ресурс]. - М.: ИМГРЭ, 1990. - 16 с. - Режим доступа: https://docplan.ru/Data2/1/4293736/4293736062.pdf. свободный (дата обращения 04.03.2019).
Новости Правительства Республики Тыва [Электрон. ресурс]. - Режим доступа: http://gov.tuva.ru/press center/news/buildшg/38779/, свободный (дата обращения: 16.04.2019).
Обзор состояния и загрязнения окружающей среды в Российской Федерации за 2007-2018 гг. [Электрон. ресурс]. - М.: Росгидромет, 2008-2019. - Режим доступа: http://www.meteorf.ш/product/mfomaterials/90/, свободный (дата обращения 05.03.2019).
О Государственном докладе о состоянии здоровья населения Республики Тыва в 2017 г.: пост. прав. Респ. Тыва от 27.04.2018 г. № 227 [Электрон. ресурс]. - 2018. - Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/550147526, свободный (дата обращения 16.04.2019).
Руководство по оценке риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду: Р 2.1.10.1920-04 (Утв. и введено в действие первым зам. Министра здравоохранения РФ, Гл. гос. сан. врачом РФ Г.Г. Онищенко 05.03.2004 г.) [Электрон. ресурс]. - М., 2004. - 324 с. - Режим доступа: http://www.gosthelp.ru/text/r2110192004rukovodstvopoo.html, свободный (дата обращения 27.03.2019).
Тас-оол Л.Х., Калуш Ю.А., Чупикова С.А. 3Б-моделирование загрязнения атмосферы на примере г. Кызыла // Геоинформатика. - 2016. - № 3. - С. 12-16.
Тас-оол Л.Х., Хомушку Б.Г., Чупикова С.А., Янчат Н.Н. Геохимические аспекты загрязнения окружающей среды г. Кызыла пылевыми частицами дымовых выбросов // Геоэкология, инженерная геология, гидрогеология, геокриология. - 2016. - № 6. - С. 531-542.
РосРиэлт Тыва [Электрон. ресурс]. - Режим доступа: https://rosrealt.ru/tvva/Tvva-otlichaetsva-skxomnostivu-individualinvh-zastrovshchikov, свободный (дата обращения 15.04.2019).
УДК 662.74:663.18
Р.Б. ЧЫСЫМА
Тувинский институт комплексного освоения природных ресурсов СО РАН (Кызыл, Россия)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО РАЗВЕДЕНИЯ УГОЛЬНОЙ СУСПЕНЗИИ В МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОМ АНАЛИЗЕ УГЛЕЙ
В статье приведены результаты опытов по подбору оптимального разведения угольной суспензии для проведения микробиологического анализа. В процессе работы из экспериментально подбираемых разведений определено разведение угольной суспензии в соотношении равное 1 : 100, которое имело существенное преимущество перед остальными, поскольку обеспечивало получение заданного числа изолированных колоний бактериальных клеток и микроскопических грибов. Полученные параметры разведения угольной суспензии могут быть рекомендованы в дальнейших микробиологических исследованиях.
Ключевые слова: каменный уголь, угольная суспензия, колониеобразующая единица, параметры разведения. Табл. 1. Библ. 15 назв. С. 61-64.
R.B. CHYSYMA
Tuvinian Institute for Exploration of Natural Resources of SB RAS (Kyzyl, Russia)
DETERMINATION OF OPTIMAL DIVISION OF COAL SUSPENSION IN MICROBIOLOGICAL ANALYSIS OF COALS
The article presents the results of experiments on the selection of the optimal dilution of the coal suspension for microbiological analysis. In the course of work, the dilution
