Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,580

КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА КРУПНОГО ПРОМЫШЛЕННОГО ГОРОДА

Омарова М.Н. 1 Черепанова Л.Ю. 1 Таханова Г.К. 2 Глубоковских Л.К. 1
1 Научный центр гигиены и эпидемиологии им. Хамзы Жуматова Комитета по защите прав потребителей Министерства национальной экономики РК
2 ТОО «Мегадос санэпидудит»
В статье обобщены основные проблемы гигиенического и экологического характера, определяющие состояние основных объектов окружающей среды в крупном промышленном городе. Детально проанализированы такие аспекты экологической ситуации, как загрязнение атмосферного воздуха в мегаполисе. Изучены особенности формирования качества атмосферного воздуха на основе анализа ретроспективных данных о динамике поступления вредных веществ в атмосферу с валовыми выбросами ведущих промышленных предприятий мегаполиса, индивидуального жилого сектора. Дана оценка вклада автотранспорта в уровень загрязнения атмосферы. Установлены основные загрязнители атмосферного воздуха г. Алматы, определяющие наибольший вклад в экологический ущерб и риск здоровью населения. Освещена эколого-гигиеническая значимость шумовой нагрузки на население.
мегаполис
объекты окружающей среды
атмосферный воздух
загрязнение
шум
1. Слажнева Т.И., Корчевский А.А., Яковлева Н.А., Шаймерденов Б.М., Леонтьев Н.Н., Франковская Н.М. Системный подход к управлению медико-экологической ситуацией в промышленном городе. – Алматы, 2001. – 371 с.
2. Кенесариев У.И., Жакашов Н.Ж. Экология и здоровье населения. – Алматы, 2002. – 229 с.
3. Безуглая Э.Ю., Смирнова И.В. Воздух городов и его изменения – СПб.: Астерион, 2008. – 254 с.
4. Иванова C.B. Влияние химических веществ, загрязняющих атмосферный воздух городов, на репродуктивное здоровье (обзор) //Гигиена и санитария. – 2004. – № 2. – С. 10–14.
5. Информационные бюллетени о состоянии окружающей среды Республики Казахстан. За 2007–2015 гг. – URL: www.kazhydromet.kz/ru/monitor_beluten.

В настоящее время экологическая обстановка в крупных промышленных городах является одной из наиболее важных и острых проблем. Одним из негативных последствий урбанизации является прогрессирующее загрязнение атмосферного воздуха, оказывающее вредное влияние на здоровье горожан. В связи с этим особую актуальность приобретает обоснование приоритетов по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека на основе анализа связей «среда обитания – здоровье», в частности, зависимости здоровья населения от техногенного загрязнения среды с учетом конкретной ситуации [1, 2].

Эта проблема является наиболее сложной в условиях современного мегаполиса, включающего территории с различным уровнем и характером индустриализации, неодинаковой плотностью населения, существенно различающихся по архитектурно-планировочным характеристикам, транспортной нагрузке, отдаленности от зеленых массивов и т.п. Анализ экологической ситуации в территориальном аспекте с выделением наиболее значимых вредных факторов для здоровья, является одним из необходимых условий для разработки научно обоснованной комплексной программы оптимизации окружающей среды и эффективного управления здоровьем населения [3, 4].

Цель – дать комплексную гигиеническую оценку степени напряженности экологической ситуации на территории ряда административных районов г. Алматы на современном этапе.

Материалы и методы исследования

Для исследования выбраны 4 района города, а именно, Алатауский, Ауэзовский, Медеуский и Бостандыкский районы. для адекватной оценки качества воздушной среды анализировались результаты инструментальных измерений ведущих атмосферных загрязнений в ретроспективе за период 2007–2014 гг.

Состояние загрязнения воздуха оценивалось по результатам анализа и обработки проб воздуха, отобранных на стационарных постах наблюдений, расположенных в различных районах города, где определялись следующие показатели: взвешенные частицы РМ10, диоксид серы, диоксид углерода, оксид углерода, диоксид азота, озон, формальдегид, фенол и др. Анализ состояния загрязнения атмосферного воздуха также включал качественные и количественные данные о выбросах вредных веществ от различных типов источников (стационарных и мобильных). Были изучены расчетные среднегодовые, среднесуточные и максимально разовые концентрации приоритетных загрязняющих веществ в точках отбора проб. Уровень загрязнения атмосферы оценивался по показателям стандартного индекса (СИ), наибольшей повторяемости (НП в %) и величине комплексного индекса загрязнения атмосферы (ИЗА5), который рассчитывается по пяти веществам с наибольшими нормированными на ПДК значениями с учетом их класса опасности [5].

Результаты исследования и их обсуждение

В настоящее время город Алматы является южной столицей Республики Казахстан. Это – крупный мегаполис, расположен на территории свыше 68 тыс. га и насчитывает более 1,5 млн. населения.

Город располагается у подножья северных склонов Заилийского Алатау на высоте 650–1200 метров над уровнем моря, в широкой долине, закрытой с трех сторон мощными горами. Климат в городе резко-континентальный, с большими колебаниями температур не только в течение года, но и суток. Природные и климатические особенности местности, где расположен город Алматы, способствуют образованию мощной приземной инверсии температуры, сохраняющейся, особенно в зимний период, длительное время. Город расположен во впадине, где часто наблюдается безветрие, туманы и приземные инверсии, которые затрудняют рассеивание примесей в пространстве. Это приводит к накоплению в приземном слое продуктов загрязнения атмосферного воздуха выхлопными газами автомобилей, выбросами котельных, ТЭЦ, промышленных объектов и т.д., что выражается в явлениях смога, ставших привычными для города Алматы независимо от времени года.

В последние годы проблемы экологии воздушного бассейна г. Алматы, забота о сохранения чистого воздуха южной столицы стали особенно острыми и актуальными. Атмосферу города загрязняют выбросы от различных видов экономической деятельности человека, включая промышленность и транспорт.

За период 2007–2014 гг. число стационарных источников (промышленные предприятия, индивидуальный жилой сектор и ТЭЦ-2), имеющих вредные выбросы, сократилось на 22,4 %. Их удельный вес в суммарном годовом объеме эмиссий загрязняющих веществ составляет 19,8–21,6 % от всех стационарных и передвижных источников. Следовательно, ведущим источником загрязнения являются выхлопные газы автотранспорта, удельный вес которых составляет до 80,0 % всех выбросов в атмосферу города. Ситуацию усугубляет большой удельный вес в автопарке мегаполиса старых автомобилей со сроком эксплуатации более 10 лет, техническое состояние которых в большинстве случаев не соответствует гигиеническим стандартам. Росту уровня загрязняющих веществ в атмосфере города способствует использование при обслуживании автотранспорта низкокачественных горюче-смазочных материалов.

Транспортные загрязнения атмосферы по своему воздействию на организм человека подразделяются на токсичные, канцерогенные и раздражающие. К первой группе веществ относятся оксид углерода, оксиды азота, оксиды серы, углеводороды и свинец. Бенз(а)пирен, ди- и трихлорметан, бензол, ацетальдегид и формальдегид являются канцерогенами, из-за выбросов на уровне дыхания эти вещества намного опаснее промышленных и энергетических токсикантов, которые рассеиваются высокими трубами на значительные расстояния. Оксиды серы и углеводороды являются веществами раздражающего действия. Степень влияния на организм человека всех вышеперечисленных компонентов выхлопных газов автомобильного транспорта зависит от их концентрации в атмосфере и длительностью экспозиции.

Все вышеперечисленные токсиканты присутствуют в атмсосферном воздухе мегаполиса. Так, основными загрязнителями атмосферного воздуха г. Алматы, определяющими наибольший вклад в экологический ущерб и риск здоровью населения, являются диоксид азота (NO2), диоксид серы (SO2), оксид углерода (CO), формальдегид, бенз(а)пирен, свинец и взвешенные вещества (пыль, сажа), среднегодовые концентрации которых в приземном слое атмосферы превышают ПДК в 2–5 и более раз, особенно при неблагоприятных метеорологических условиях. На холодный период года (1 квартал и конец 4 квартала) приходится сезонный максимум уровня всех приоритетных загрязняющих веществ (ЗВ), среднемесячная концентрация диоксида азота в январе достигает 5,1 ПДК, оксида углерода – 3,4 ПДК, взвешенных веществ – 1,2 ПДК формальдегида – 2,9 ПДК (таблица 1). из данных таблицы видно, что высокая концентрация формальдегида сохраняется во втором и третьем кварталах. Только за 2014 г. согласно данным РГП «Казгидромет» число случаев превышения ПДК составило по оксиду углерода – 5897, по диоксиду серы – 2970, по оксиду азота – 589, по взвешенным веществам – 96.

Наиболее высокие показатели зафиксированы по диоксиду азота, относящемуся ко второму классу опасности. Кратность превышения максимально разовой предельно допустимой концентрации составила 11,76 раза, зарегистрировано 30330 случаев превышения ПДК, 673 случая – более 5 ПДК и в 105 случаев было превышение более 10 ПДК.

По данным автоматического поста наблюдений в г. Алматы только за 2014 г. зафиксировано 105 случаев высокого загрязнения атмосферного воздуха. Показатели загрязнения атмосферы г. Алматы составили: стандартный индекс (СИ) – 11,8, наибольшая повторяемость (НП) – 88,8 %, что соответствует IV, очень высокой степени загрязнения атмосферного воздуха (СИ >10 и НП >50). Среднегодовой показатель ИЗА5 в 2014 году составил 10,0.

Общая оценка загрязнения атмосферы за 2015 год показала положительную динамику. Несмотря на то, что в целом атмосферный воздух города характеризуется высоким уровнем загрязнения, показатели загрязнения атмосферы снизились и составили ИЗА5 7,6 против 11,8 в 2014 г., СИ – 8,7 против 11,8 и НП – 47,8 % против 88,8 %. Воздух города остается более всего загрязненным токсикантом 2 класса опасности – диоксидом азота. В целом по городу среднемесячные концентрации составили: диоксида азота – 2,6 ПДКс.с., формальдегида – 1,5ПДКс.с., взвешенных веществ – 1,2 ПДКс.с., содержание тяжелых металлов и других загрязняющих веществ – ПДК не превышали.

ИЗА5 в мегаполисе за период 2002–2014 гг. характеризовался волнообразной динамикой. После очередного подъема уровня загрязнения атмосферы города в период 2005–2008 гг. наблюдался спад показателя вплоть до 2011 г. , затем вновь зафиксирован рост ИЗА5 в 1,3 раза, с 9,23 до 11,8. При сохранении тенденции к росту значения ИЗА5 в ближайшие годы могут превысить ранее отмеченные значения. В среднем за период уровень ИЗА5 составил 12,16±1,02 (рисунок).

Таблица 1

Динамика атмосферных загрязнений в г. Алматы (кратность превышения ПДК с.с.)*

Примесь

2014 г.

2015 г.

октябрь

ноябрь

декабрь

январь

февраль

март

апрель

май

июнь

июль

август

сентябрь

IV квартал

I квартал

II квартал

III квартал

Взвешенные вещества

0,9

0,8

0,3

1,1

1,2

1,0

0,9

0,9

0,8

1,2

1,3

1,3

Диоксид азота

1,4

1,4

2,6

3,1

3,3

3,5

2,7

2,5

2,7

2,4

2,4

2,2

Диоксид серы

1,1

0,3

0,4

0,3

0,3

0,4

1,2

0,5

1,4

1,3

1,5

1,0

Формальдегид

4,2

3,3

4,6

4,6

4,3

4,6

5,2

5,3

5,4

5,7

1,4

1,5

Диоксид угледрода

2,4

3,1

3,5

3,2

3,2

3,1

1,5

1,5

1,1

1,6

1,8

2,1

СИ (по концентрации NO2)**

7,9

5,6

11,8

8,7

9,3

8,7

4,9

4,6

4,8

4,6

4,0

2,9

НП, %***

92,3

93,3

98,6

100,0

98,6

100,0

97,4

89,9

97,4

93,6

47,8

22,7

Примечание. * по данным РГП «Казгидромет»; ** СИ (стандартный индекс) – наибольшая измеренная максимально разовая концентрация загрязняющего вещества, деленная на ПДК; *** НП (наибольшая повторяемость) – наибольшая повторяемость превышения ПДК загрязняющим веществом в атмосфере (%).

omar1.tiff

Динамика загрязнения атмосферного воздуха г. Алматы за период 2000–2013 гг. по ИЗА5

И, хотя опасным для жизни человека является ИЗА5, превышающий уровень 14, в условиях слабой естественной вентиляции атмосферы, присущей мегаполису Алматы, загрязнение атмосферного воздуха оказывает прямое негативное воздействие на здоровье населения и представляется наиболее актуальной экологической проблемой, требующей неотложного решения.

При обновлении парка автомобилей и более строгом контроле за токсичностью автомобильных выхлопов, можно было бы достичь значительного снижения загрязнения воздуха. для решения вопросов оптимизации дорожного движения в городе большую роль играет строительство транспортных развязок. Мониторинг качества атмосферного воздуха вдоль автомагистралей после ввода в действие транспортных развязок в районе улиц Аль-Фараби, Саина и Рыскулова показал снижение более чем на 11 % количества показателей вредных веществ, превышающих ПДК. Особенно наглядно демонстрирует данный факт концентрация диоксида азота в атмосферном воздухе в районе транспортного затора на перекрестке улиц Фурманова – Сатпаева и районе развязки Фурманова – Аль-Фараби, расположенной на два квартала южнее. Концентрация диоксида азота в первом случае составила 8,94 ПДК, что практически в 23 раза превысила соответствующий показатель в районе транспортной развязки (0,39 ПДК). В районе перекрестка улиц Шаляпина-Алтынсарина, где в часы пик также отмечаются выраженные транспортные заторы, уровень диоксида азота в атмосферном воздухе в 4,3 раза превысил таковой в районе транспортной развязки на перекрестке улиц Шаляпина-Саина и составил 2,85 ПДК и 0,65 ПДК соответственно.

Известно, что территория такого крупного промышленного города, как Алматы, по уровню санитарно-гигиенической ситуации неоднородна. В связи с этим, население, проживающее в его различных районах, испытывает отличающееся по интенсивности, воздействие разнообразных комплексов негативных факторов. Причины этого кроются в различной степени развития промышленного производства в районах, наличия ТЭЦ и других источников загрязнения, географическим расположением и «розой ветров».

В городе Алматы в 2014 г. 1185 предприятий допустили выбросы загрязняющих вредных веществ в атмосферный воздух, объем этих веществ составил более 43,5 тыс. тонн. Данные по распределению количества этих загрязняющих веществ по исследуемым районам в период 2007–2013 гг. приведены в таблице 2.

Как видно из данных табл. 2 наиболее высокий уровень загрязнения атмосферы в среднем за период 2007–2013 гг. наблюдался в Ауэзовском районе (1694,71±735,52 тонн/год), который составил 13,9 % от среднегородского уровня.

Таблица 2

Динамика выбросов загрязняющих веществ в атмосферу г. Алматы от стационарных источников в разрезе административных районов (т/год)

Год

г. Алматы

Район

Алатауский

Ауэзовский

Бостандыкский

Медеуский

2007

15068

-

838

824

808

2008

13964

69

1015

756

854

2009

11338

144

886

662

1030

2010

10966

234

1812

430

574

2011

11657

320

1305

752

508

2012

12084

297

2517

715

704

2013

12424

298

3490

854

915

Средний уровень за период

12500,14±1104,21

227,00±74,44

1694,71±735,52

713,29±104,00

770,43±138,11

В Бостандыкском и Медеуском районах показатели загрязнения атмосферы выбросами от стационарных источников практически идентичны и составили 713,29±104,00 и 770,43±138,11 тонн/год соответственно. Самый низкий показатель отмечен в Алатауском районе – 227,00±74,44 тонн/год, что можно объяснить отсутствием крупных промышленных предприятий в данном районе. Основное воздействие на общее загрязнение атмосферного воздуха Алатауского района, как и всего города в целом, оказывают выбросы теплоэнергетического комплекса ТЭЦ-2, располагающегося вблизи западной границы Алатауского района. Основным топливом, используемым ТЭЦ-2, является экибастузский уголь зольностью 34,4 %. При суммарных выбросах 39,5 тыс. т/год на территорию города с ветрами северного, западного и северо-западного направлений переносится до 15642 т/год вредных веществ, что превышает объем эмиссий от всех стационарных источников предприятий теплоэнергетики и промышленности, расположенных непосредственно на городской территории. Кроме того, существенная часть индивидуального жилого частного сектора, занимающую значительную часть территории Алатауского района не газифицирована и является источником продуктов сгорания твердого топлива, что подтверждается превышением в 1,2–1,6 раза ПДК оксида углерода и до 11,2 раза ПДК пыли в атмосфере района в холодный период года. При неполном сгорании и термическом разложении углеводородов топлива образуются взвешенные вещества (сажа), представляющие собой частицы твердого углерода, на поверхности которых может адсорбироваться бенз(а)пирен. В этом случае попадание частиц сажи в дыхательные пути оказывает еще более негативное влияние на организм, стимулируя развитие злокачественных новообразований.

Ранжирование по величине удельного веса выбросов загрязняющих веществ в атмосферу исследуемых районов от стационарных источников позволило распределить исследуемые районы в следующем порядке: Ауэзовский (13,90±6,15 %), Медеуский (6,23±1,15 %), Бостандыкский (5,73±0,68 %) и Алатауский районы (1,92±0,63 %). Основными причинами загрязнения атмосферного воздуха в городе от стационарных источников являются: устаревшие технологии многих производств; недостаточное количество и невысокая эффективность существующих пылегазоочистных установок; нарушения технологического режима работы; использование в энергетике низкокачественных углей.

Стремительный рост автопарка в мегаполисе привел к увеличению более чем на 50 % количества вредных примесей в воздухе и к возрастанию уровней шума на городских магистралях на 5–10 дБ. Одной из отрицательных характеристик транспортного шума является его распространение на обширных территориях и практически постоянное воздействие на протяжении суток. Сильный и продолжительный шум оказывает вредное воздействие на организм человека в целом, вызывая раздражение, ухудшение самочувствия и ускоряя процессы утомления. Доля транспорта в шумовом воздействии на население на территориях Ауэзовского и Медеуского районов, где расположены крупные транспортные магистрали, достигает 80 % и составляет 55–73 дБ в дневное время и 40–45 дБ в ночное время.

Средние значения радиационного гамма-фона приземного слоя атмосферы по районам мегаполиса находились в пределах 0,10–0,31 мкЗв/ч. В среднем радиационный гамма-фон за период составил 0,16±0,01 мкЗв/ч и находился в допустимых пределах.

Таким образом, проведенный анализ позволил сделать следующие выводы:

1. Общая оценка атмосферного воздуха г. Алматы в целом характеризуется высоким и очень высоким уровнем загрязнения по СИ, НП и ИЗА5, показатели которых по годам периода 2007–2014 гг. варьировали в диапазоне 5–10, 20–49 % (и выше), 10,1–13,3 соответственно.

2. Основными загрязнителями атмосферного воздуха г. Алматы, определяющими наибольший вклад в экологический ущерб и риск здоровью населения, являются диоксид азота (NO2), диоксид серы (SO2), оксид углерода (CO), формальдегид, бенз(а)пирен, свинец и взвешенные вещества (пыль, сажа), среднегодовые концентрации которых в приземном слое атмосферы превышают ПДК в 2–5 и более раз, особенно при неблагоприятных метеорологических условиях. На холодный период года (1 и 4 кварталы) приходится сезонный максимум уровня всех приоритетных загрязняющих веществ (ЗВ), среднемесячная концентрация диоксида азота в январе достигает 5,1 ПДК, оксида углерода – 3,4 ПДК, взвешенных веществ – 1,2 ПДК. Максимальная кратность превышения ПДК по формальдегиду отмечается в теплую часть года с апреля по август.

3. За период 2007–2014 гг. число стационарных источников (промышленные предприятия, индивидуальный жилой сектор и ТЭЦ-2), имеющих вредные выбросы, сократилось на 22,4 %. Их удельный вес в суммарном годовом объеме эмиссий загрязняющих веществ составляет 19,8–21,6 % от всех стационарных и передвижных источников. Следовательно, ведущим источником загрязнения являются выхлопные газы автотранспорта, которые составляют около 80,0 % всех выбросов в атмосферу города.

4. Самая неблагополучная ситуация отмечена в Ауэзовском районе, где средний уровень за период превысил аналогичный показатель в Медеуском районе – в 2,2 раза, в Бостандыкском и Алатауском районах – в 2,4 и 7,5 раза соответственно. Отмечен устойчивый рост выбросов загрязняющих веществ в динамике в Ауэзовском районе – в 4,16 раза, и в Алатауском районе – в 4,7 раза. Превышение в 1,2–1,6 раза ПДК оксида углерода и до 11,2 раза ПДК пыли в атмосфере Алатауского района свидетельствует о преобладающем использовании в теплоисточниках индивидуального жилого сектора твердого топлива (низкокачественного угля, древесины, бытовых отходов). Доля транспорта в шумовом воздействии на население на территориях Ауэзовского и Медеуского районов, где расположены крупные транспортные магистрали, достигает 80 %.


Библиографическая ссылка

Омарова М.Н., Черепанова Л.Ю., Таханова Г.К., Глубоковских Л.К. КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА КРУПНОГО ПРОМЫШЛЕННОГО ГОРОДА // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2016. – № 12-5. – С. 822-827;
URL: http://www.applied-research.ru/ru/article/view?id=10935 (дата обращения: 26.02.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074