The contribution of emissions from industrial zones of Izhevsk to the formation of the medical and ecological situation

Full Text

Основным источником загрязнения атмосферного воздуха в Ижевске в настоящее время является автотранспорт. На его долю приходится от 72 до 85 % от общего объема выбросов загрязняющих веществ [³]. За последние 27 лет объемы выбросов от автотранспорта возросли на 19.7 %, в то время как выбросы от стационарных источников снизились на 67 %. Несмотря на значительное снижение объемов выбросов загрязняющих веществ, вклад промышленных предприятий в формирование медико-экологической ситуации в городе остается существенным.

Материалы и методика исследования. При оценке состояния воздушного бассейна Ижевска рассматривалось 174 объекта I—IV категорий опасности по данным отчетности за 2016 г. [⁷]. Учитывая неравномерность распределения производств в пространственном отношении, на территории города условно выделяется 5 промышленных зон: западная, южная, центральная, северо-западная и северо-восточная. Распределение выбросов загрязняющих веществ с учетом классов опасности и агрегатного состояния позволило оценить потенциальную опасность каждой промзоны.

Методика оценки потенциальной опасности воздействий источников аэротехногенного загрязнения была разработана под руководством профессора С. А. Куролапа в Воронежском государственном университете [⁴]. Данная оригинальная методика включает поэтапную реализацию расчетных процедур. На первом этапе по каждому промышленному объекту (промзоне) расчетным путем определяются индексы опасности выбросов загрязняющих веществ (ЗВ) 1—4 классов опасности с учетом их доли в общегородских выбросах. Также определяется индекс суммарного воздействия. Далее рассчитывается средневзвешенный индекс экологической опасности промышленной зоны (И_прм) с учетом весовых коэффициентов опасности ЗВ разных классов опасности, используемых для расчета суммарного индекса загрязнения атмосферы К_атм, по формуле:

${К}_{атм}=\left(\frac{{\displaystyle {С}_1}}{{\displaystyle N_1\cdot ПД{К}_{C_1}}}+\frac{{\displaystyle {С}_2}}{{\displaystyle N_2\cdot ПД{К}_{C_2}}}+\mathrm{...}+\frac{{\displaystyle {С}_n}}{{\displaystyle N_n\cdot ПД{К}_{C_n}}}\right)\cdot t$

где C_i — средняя за год концентрация i-вещества; ПДK_i — среднесуточная предельно допустимая концентрация i-вещества; N_i — константа, принимающая значение 1, 1.5, 2, 4 соответственно для веществ 1, 2, 3, 4-го классов опасности; t = P/P₀, где Р — среднегодовой процент повторяемости штилей, %.

Используя весовые константы для каждой из промышленных зон Ижевска была вычислена суммарная оценка потенциальной опасности с применением следующей формулы:

$N_{прм}=\frac{N_{1\text{кл}}}{N_1}+\frac{N_{\text{2кл}}}{N_2}+\frac{N_{\text{3кл}}}{N_3}+\frac{N_{\text{4кл}}}{N_4}$.

Расчет проводился по четырем наиболее распространенным загрязняющим веществам 2, 3, 4-го класса опасности — оксид углерода (СО), диоксид серы (SO₂), диоксид азота (NO₂), формальдегид (CH₂O).

Регулярные наблюдения за уровнем загрязнения атмосферного воздуха Ижевска ведутся на 4 стационарных и 2 маршрутных постах наблюдения. Мониторинг на подфакельных постах не проводится с конца 1990-х годов. Существующая сеть мониторинга не позволяет проводить детальный пространственно-временной анализ уровня загрязнения городской среды. Потому в период 2014−2016 гг. с использованием газоанализатора ГАНК-4 аккредитованной лаборатории Удмуртского госуниверситета были проведены дополнительные исследования состояния атмосферного воздуха согласно официально утвержденному руководству [⁸]. Замерялись концентрации таких загрязняющих веществ, как оксид углерода, формальдегид, диоксид азота, диоксид серы. Отбор проб воздуха осуществлялся в течение 10 дней в апреле, августе и декабре 3 раза в сутки в 12 точках наблюдения. Общее количество замеров составило около 4500. Замеры, проведенные параллельно на пунктах наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха Удмуртского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, показали сходимость замеренных концентраций загрязняющих веществ. Результаты различались в пределах зоны округления десятых и тысячных долей единицы (погрешность составила менее 0.05).

Кроме того, дополнительно были отобраны подфакельные пробы воздуха с учетом расположения основных промышленных зон Ижевска (рис. 1). При выборе месторасположения пунктов контроля было учтено преобладающее направление ветра и максимально возможное удаление пункта контроля от крупных автодорог города. Точки контроля располагались на расстоянии 500 м, 1, 2 и 3 км от границ промзон.

 

Рис. 1. Расположение промышленных зон и пунктов мониторинга состояния атмосферного воздуха Ижевска.

 

Объемы выбросов и концентрации загрязняющих веществ сопоставлялись в пространственно-временном аспекте с медико-статистической информацией. Данные о заболеваемости за 2015—2018 гг. были предоставлены статистическими отделами детских городских поликлиник (ДГП) в виде формы № 12 «Сведения о числе заболеваний, зарегистрированных у больных, проживающих в районе обслуживания лечебного учреждения». Были использованы относительные показатели (на 1000 населения до 14 лет включительно) по общей заболеваемости и распространенности болезней органов дыхания по территориям обслуживания 12 ДГП и 170 педиатрических участков.

Количественная оценка неканцерогенного (общетоксического) и канцерогенного риска здоровью детского населения, а также времени наступления потенциального токсического эффекта рассчитывались согласно методических рекомендаций «Унифицированные методы сбора данных, анализа и оценки заболеваемости населения с учетом комплексного действия факторов окружающей среды [⁹].

Результаты исследования. Сравнительный анализ потенциального вклада промышленных предприятий показал, что максимальную экологическую нагрузку на атмосферный воздух Ижевска оказывает северо-восточная промышленная зона (рис. 2). На долю выбросов ЗВ предприятий этой зоны приходится более 86 % суммарного объема выбросов от стационарных источников (табл. 1). При этом вклад выбросов наиболее токсичных соединений (1-го и 2-го классов опасности) составляет 57—60 %. Доля газообразных соединений — 77 %, из которых 19 % приходится на летучие углеводороды (табл. 2).

 

Рис. 2. Индекс потенциальной опасности промышленных зон Ижевска как источников аэротехногенного загрязнения.

 

Таблица 1

Вклад промышленных зон Ижевска в суммарные объемы
выбросов загрязняющих веществ от стационарных источников, %
(расчеты по статистическим данным Росприроднадзора РФ по УР [⁷])

Table 1. Contribution of industrial zones of Izhevsk to total emissions pollutants
from stationary sources, in % [⁷]

Загрязняющие вещества	Промзона
	южная	юго-­западная	центральная	северо-­западная	северо-­восточная
Всего	1.7	6.2	4.6	1.0	86.6
1-го класса опасности	0.5	28.7	12.4	0.9	57.7
2-го класса опасности	7.7	7.4	22.5	1.7	60.7
3-го класса опасности	5.3	0.4	2.8	0.6	90.9
4-го класса опасности	2.2	10.9	7.7	1.5	76.9
С ОБУВ	9.4	2.1	9.7	1.6	77.3

Примечание. ОБУВ — ориентировочно безопасный уровень воздействия (временная допустимая концентрация загрязняющего вещества в атмосферном воздухе, установленная расчетным путем).

 

Таблица 2

Распределение выбросов загрязняющих веществ
с учетом агрегатного состояния по промышленным зонам в Ижевске
(расчеты по статистическим данным Росприроднадзора РФ по УР [⁷])

Table 2. Distribution of pollutant emissions taking
into account the state of aggregation in industrial zones in Izhevsk [⁴]

Загрязняющие вещества	Промзона
	в целом	южная	юго-­западная	центральная	северо- западная	северо- восточная
Твердые, %	22	17	6	35	18	23
Летучие углеводороды, %	19	9	5	20	36	19
Прочие газообразные, %	59	74	89	45	46	58

 

Северо-восточная промзона находится в пределах Устиновского района и является самым крупным промышленным узлом в Ижевске. Здесь представлены предприятия разной промышленной принадлежности: машиностроение, химическое производство, теплоэнергетика, пищевая промышленность, строительное и ремонтное производство, жилищно-коммунальное хозяйство. Большая часть предприятий, согласно данным о присвоении категории опасности включенных в реестр объектов негативного воздействия на окружающую среду, имеет III категорию опасности. Предприятиям ООО «ЛАДА Ижевск» и АО «Ижметмаш» присвоена I категория опасности.

Общие объемы выбросов предприятий северо-восточной промзоны в последние годы составляет более 17 000 т/год. Наибольший вклад в загрязнение атмосферного воздуха Ижевска от стационарных источников вносит предприятие теплоэнергетики — «Ижевская ТЭЦ-2». Увеличение объема выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от стационарных источников в 2014 г. и идентичная тенденция в последующие годы объясняется переходом ТЭЦ-2 на твердое топливо (уголь). Это привело к увеличению валового выброса загрязняющих веществ в атмосферу до 15 тыс. т, что составило 74 % суммарных объемов выбросов. В последующие годы выбросы загрязняющих веществ несколько снизились.

Северо-восточная промзона расположена на окраине города. В годовой розе ветров Ижевска ветра северного и северо-восточного направлений (дующие на жилые кварталы) составляют чуть более 20 %. То есть эколого-географическое положение этого промышленного узла наиболее благоприятно в сравнении с другими промзонами. Но расширяющиеся городские многоквартирные застройки в районе пересечения улиц Автозаводская и Берша все более внедряются в зону влияния промышленных выбросов предприятий. Таким образом, создаются условия, характеризующиеся близостью промышленной и жилой застройки или рекреации при недостаточных или вовсе отсутствующих (согласно требованиям российского законодательства) разрывов.

Ближайшим к данной промзоне постом мониторинга состояния атмосферного воздуха является ПНЗ-8. По данным Докладов об экологической обстановке в Ижевске именно здесь чаще всего регистрируются превышения предельно допустимых концентраций (ПДК). В 2010—2013 гг. фиксировались 1.4—5.6 ПДК взвешенных веществ, оксида углерода, диоксида азота и формальдегида. В последние годы отмечаются только повышенные максимально разовые концентрации формальдегида (3.6—8.9 ПДК).

Комплексный индекс загрязнения атмосферы (КИЗА) в северо-восточной части города существенно ниже, чем в пределах центральной промзоны (рис. 3). Но в последние годы здесь наметилась выраженная тенденция ухудшения медико-экологической ситуации. В пределах ДГП, обслуживающих жилые кварталы, прилегающие к северо-восточной промзоне, с 2015 г., зарегистрирован наибольший рост уровня общей заболеваемости детей (с 2500 до 3500 ‰). При этом доля болезней органов дыхания в структуре общей заболеваемости составляет более 60 %.

 

Рис. 3. Комплексный индекс загрязнения атмосферы Ижевска (по данным 2014—2016 гг.).

 

Допустимый общетоксический риск (менее 0.8) для здоровья населения характерен для оксида углерода, диоксида азота и бензола. Среднегодовые концентрации этих соединений ниже референтных (безопасных) величин. То есть вероятность развития у человека токсических эффектов при условии хронического воздействия и поступления данных веществ ингаляционным путем в течение жизни несущественна. Значительную опасность представляют фенол, взвешенные вещества и формальдегид. Для данных веществ коэффициент опасности превышает единицу, а время проявления потенциальных токсических эффектов составляет 8—14 лет, что соответствует «опасному» уровню. При этом наибольшую нагрузку испытывают органы дыхания, центральная нервная и сердечно-сосудистая системы.

Из рассмотренных соединений наибольшую опасность представляет формальдегид. Это соединение 2-го класса опасности оказывает влияние на центральную нервную систему, вызывает головные боли, усталость, депрессию, может вызвать астму и астматические приступы. Формальдегид внесен в список канцерогенов согласно ГН 1.1.725-98 в группу веществ «вероятно канцерогенных для человека» [⁶]. Экспертами доказана связь формальдегида с повышенным риском развития злокачественных опухолей носоглотки [¹¹]. Индивидуальный канцерогенный риск здоровью детского населения, обусловленного воздействием формальдегида, составил 5.36 ∙ 10^–5. Полученная величина характеризуется как «риск, вызывающий беспокойство». То есть такой уровень канцерогенного риска приемлем только для профессиональных групп в производственных условиях, но не приемлем для детей и населения в целом.

Из всех промузлов Ижевска наиболее неблагоприятное эколого-географическое положение характерно для центральной промышленной зоны. Началом формирования этой зоны послужил Ижевский железоделательный завод. Для завода было создано водохранилище на р. Иж. Завод был построен с применением технологий XVIII в. и был расположен, исходя из нужд того времени, — в низине, около запруды, вокруг которой постепенно разрастался город. На сегодняшний день в пределах центральной промзоны крупными источниками загрязнения атмосферного воздуха являются три промышленных объекта I—II категории опасности: ПАО «Ижсталь», ОАО «Ижмаш» и ТЭЦ-1.

Общий объем выбросов загрязняющих веществ от трех предприятий за 2018 г. составил 1180.3 т — 9 % общего объема выбросов от стационарных источников Ижевска. В 2009 г. в результате реструктуризации ПАО «Ижсталь» было закрыто мартеновское производство, в связи с чем произошло существенное снижение (в 14—16 раз) объемов выбросов пыли, угарного и сернистого газа, оксида азота. Выбросы предприятия ОАО «Ижмаш» по данным Докладов об экологической обстановке в Ижевске за 1995—2018 гг. сократились в 96 раз. Динамика выбросов предприятия ТЭЦ-1 менее однозначна. Наиболее значительное снижение объемов отмечено в конце 1990-х—начале 2000-х гг. (с 2423 до 235 т/год). При последующем повышении выбросов их объемы не превышали 430 т/год, что в три раза меньше, чем от ТЭЦ-2. В результате за последние годы индекс потенциальной опасности аэротехногенного загрязнения от предприятий центральной промзоны в 5 раз ниже в сравнении с северо-восточным промузлом.

Центральная промышленная зона расположена на стыке трех административных районов Ижевска в зоне особо важных транспортных узлов. Здесь пересекается исторический центр города с неширокими улицами и многополосными автодорогами. Поэтому в часы пик часто образуются автомобильные пробки. Таким образом, данная территория испытывает значительную экологическую нагрузку. Наибольший вклад в общем объеме выбросов (почти 80 %) принадлежит веществам 3-го (умеренно опасные) и 4-го (малоопасные) класса опасности. Доля поллютантов этих групп в объеме выбросов стационарных источников Ижевска не превышает 7.7 % (табл. 1). Вклад веществ 1-го и 2-го классов опасности существенно выше — 12.4 и 22.5 % соответственно. На 35 % выбросы представлены твердыми и пылевидными загрязняющими веществами (табл. 2). Их доля существенно выше, чем в выбросах других промышленных зон города (6—23 %). Доля летучих углеводородов — 20 %, большинство из которых относятся к ароматическим — особенно опасным для здоровья человека. Наибольший объем выбросов (45 %) представлен газообразными соединениями. По другим промзонам их вклад составляет от 46 до 89 %.

Ближайшими к центральной промышленной зоне постами мониторинга являются маршрутный ПНЗ-1 и стационарный ПНЗ-2. По данным Доклада об экологической обстановке [³] здесь в последние годы периодически фиксируются превышения ПДК по взвешенным веществам, в единичных случаях — по диоксиду азота, сероводороду и формальдегиду. Согласно исследованиям, проведенным кафедрой экологии и природопользования УдГУ в 2014—2016 гг., максимальные для города значения КИЗА (более 4, что по критериям «вызывает беспокойство») характерны для центральной части Ижевска. Такой уровень загрязнения обусловлен, прежде всего, высокими концентрациями формальдегида (более 3 ПДК) и диоксида азота (более 1.25 ПДК) и регистрируется не только в пределах центральной промышленной зоны, но и в прилегающих к ней жилых микрорайонах Октябрьского и Ленинского районов (см. рис. 2). Гораздо в меньшей степени осуществляется перенос загрязняющих веществ на восток в сторону Первомайского района.

На процесс рассеивания выбросов промышленных предприятий оказывает влияние множество факторов: состояние атмосферы, месторасположение источника загрязнения, характер местности, физические и химические свойства выбрасываемых веществ, высота источника выбросов, диаметр устья источника [¹]. Рассеяние загрязняющих веществ от высоких источников (дымовых труб) происходит таким образом, что максимум приземных концентраций наблюдается не вблизи места выброса, а на некотором удалении от него по направлению ветра. В среднем это расстояние равно 10-кратной высоте источника для холодных выбросов и 20-кратной — для горячих. В реальных условиях это расстояние напрямую зависит от скорости ветра. Так проведенные нами замеры на подфакельных постах наблюдения показали, что максимальные концентрации формальдегида фиксируются на расстоянии 3000 м от границы центральной промышленной зоны по направлению преобладающих ветров южного и юго-западного направления. Именно на таком расстоянии величина общетоксического ингаляционного риска для здоровья детского населения наиболее высока (2.4—3.2). При этом время наступления потенциального токсического эффекта составляет всего 7 лет, что представляет серьезную опасность. В августе, когда потенциал загрязнения воздушного бассейна Ижевска наиболее высок, повторяемость ветров южного и юго-западного румба наибольшая — 36 % [¹⁰]. Такое сочетание метеоусловий во многом определяет перенос выбросов центральной промышленной зоны в сторону микрорайонов Металлург и Север.

Территориальный анализ медико-статистической информации позволяет сделать аналогичные выводы. В пределах микрорайонов Металлург и Север (ДГП № 9 и 7) уровень общей заболеваемости детей вырос с 2270 до 3857 ‰ — это самые высокие показатели по городу (рис. 4). На территории ДГП № 2 ситуация последние 25 лет остается напряженной [⁵]. При этом следует отметить, что доля болезней органов дыхания в структуре общей заболеваемости в северных микрорайонах города составляет почти 70 %, тогда как на территории других ДГП — от 37.5 до 58 %. Это еще раз подтверждает вклад аэрогенного загрязнения в формирование структуры заболеваемости детского населения на территориях, подверженных выбросам промышленных зон. На территориях обслуживания других поликлиник, примыкающих к центральной промышленной зоне, на протяжении многих лет распространенность болезней среди детского контингента не превышает 2900 ‰.

 

Рис. 4. Уровень общей заболеваемости детского населения Ижевска в пределах территорий обслуживания детских городских поликлиник, 2017—2018 гг.

 

Территориальная дифференциация показателей общей заболеваемости детского населения на уровне педиатрических участков показала, что наиболее неблагополучная медико-экологическая ситуация наблюдается на некотором отдалении от границы центральной промышленной зоны. На расстоянии 2.5—3 км (за исключением южных микрорайонов) возрастает количество педиатрических участков с уровнем заболеваемости 2500—3500 ‰ и выше. Это совпадает с ареалом максимально высоких концентраций основных загрязняющих веществ, обусловленных выбросами центральной промзоны, что вполне закономерно с учетом высоты большинства дымовых труб, температуры выбросов и повторяемости ветров южного и юго-западного направлений.

Таким образом, несмотря на существенное снижение объемов выбросов загрязняющих веществ в последнее 10-летие, центральная промышленная зона, исторически оказавшись в центре города, на берегу Ижевского водохранилища, в понижении рельефа, имея на своей территории крупнейшие предприятия теплоэнергетики, металлургии и машиностроения с множественными точечными и площадными источниками загрязнения, остается ареалом повышенного аэрогенного риска для значительной части территории Ижевска. Наличие в выбросах формальдегида и других летучих углеводородов, в сочетании с интенсивной автотранспортной нагрузкой, определяет напряженную медико-экологическую ситуацию во многих прилегающих микрорайонах города.

Южный и северо-западный промышленные районы имеют наименьший индекс потенциальной опасности аэротехногенного загрязнения среди промышленных зон Ижевска. В пределах южной промзоны, несмотря на неблагоприятную для прилегающих жилых кварталов розу ветров, производственные объекты 1-й и 2-й категорий расположены на значительном удалении от города — Ижводоканал, площадки «Российских железных дорог». Выбросы твердых веществ составляют 17 %, данный промузел насыщен предприятиями строительного цикла. Твердые вещества, как правило, представляют опасность для территории, расположенной в относительной бли- зости от пылящих источников выбросов. Большинство предприятий строительного типа, где образуется большее количество взвешенных веществ (пыль кремнезема, древесная пыль и др.), оснащены пылеулавливающим оборудованием, которое имеет относительно низкую стоимость и достаточно эффективно.

Доля газообразных соединений в выбросах южной и северо-западной промышленных зон составляет 83 %. По сравнению с выбросами других промзон (кроме северо-восточной) здесь высоко содержание загрязняющих веществ 2-го классов опасности — 7.7 %. Максимальные концентрации формальдегида, соответственно и наибольшие значения ингаляционного риска здоровью детского населения, фиксируются на расстоянии 2 км по направлению преобладающих ветров. Индекс риска (2.39) при времени наступления токсического эффекта в 8 лет характеризуют медико-экологическую ситуацию в микрорайонах, прилегающих к южной промзоне с северной и северо-восточной стороны, как напряженную.

Заключение. Территориальный анализ медико-экологической обстановки в Ижевске с учетом КИЗА, интенсивности транспортных потоков и шумового загрязнения, площади зеленых насаждений и уровня общей заболеваемости детского населения (по 170-ти педиатрическим участкам) показал, что в пределах 20 % жилых микрорайонов Ижевска ситуация оценивается как напряженная [²]. Прежде всего, это территории, прилегающие к центральной и северо-восточной промышленным зонам. Для центральных микрорайонов характерны стабильно высокие показатели антропогенной нагрузки [¹⁰], несмотря на существенное снижение суммарных объемов выбросов загрязняющих веществ от предприятий центральной промзоны. В пределах северо-восточных микрорайонов тенденция ухудшения медико-экологической ситуации наметилась в 2015 г., что обусловлено, прежде всего, переходом ТЭЦ-2 на уголь в качестве основного вида топлива.

Несмотря на достаточно напряженную медико-экологическую ситуацию, центральные, северные и северо-восточные микрорайоны города в настоящий момент активно застраиваются жилыми кварталами. Уплотнительная застройка может привести как к росту объемов выбросов от автотранспорта, так и к снижению продуваемости территории, что еще в большей степени увеличит вероятность экологического риска для здоровья населения.

About the authors

Sergey A. Gagarin

Udmurt State University

Email: 2002gsa@mail.ru

Senior Lecturer at Department of Ecology and nature management

Russian Federation, 462034, Russia, Izhevsk, Universitetskaya St. 1

Irina L. Malkova

Udmurt State University

Author for correspondence.
Email: mi.izhevsk@mail.ru
SPIN-code: 4573-0927

Candidate of Geography, Associate Professor at Department of Ecology and nature management

Russian Federation, 462034, Russia, Izhevsk, Universitetskaya St. 1

Alsu V. Semakina

Udmurt State University

Email: alsen13@list.ru

Candidate of Geography, Associate Professor at Department of Ecology and nature management

Russian Federation, 462034, Russia, Izhevsk, Universitetskaya St. 1

References

Supplementary files