The formation of technogenic loads and chemical pollution of atmospheric air in modern conditions of development of productive forces in Krasnoyarsk region

Cover Page

Abstract


The article presents the results of studying the level of anthropogenic loads on the atmosphere and the nature of their relationship with the index of air pollution (API) in the industrial cities of Krasnoyarsk Krai. Рresents the results of the analysis of planning decisions of industrial cities of Krasnoyarsk Krai pertaining to the formation of air pollution and the influence of meteorological conditions on air quality. Found that the greatest levels of anthropogenic load on atmospheric air are observed in the cities of Norilsk, Krasnoyarsk, Achinsk and Nazarovo. On one-fifth of urban areas of Krasnoyarsk Krai implemented irrational planning decisions that contribute to the conditions of Krasnoyarsk region defining the levels of air pollution above levels of concern.

Full Text

В настоящее время антропогенное загрязнение атмосферного воздуха урбанизированных территорий является одной из наиболее значимых гигиенических проблем в Российской Федерации [1, 2]. Формирование крупных промышленно-индустриальных центров приводит к существенному увеличению уровня антропогенной нагрузки на окружающую среду и здоровье населения [3]. При этом существенное влияние на формирование уровней загрязнения атмосферного воздуха городских агломераций оказывает повторяемости отдельных неблагоприятных метеорологических условий и конкретные планировочные решения урбанизированной территории [4, 5, 6].

Таким образом, изучение особенностей формирования техногенных нагрузок и химического загрязнения атмосферного воздуха в современных условиях развития крупного индустриального центра является актуальной гигиенической задачей.

Цель исследования: изучить влияние планировочных решений на формирование качества атмосферного воздуха урбанизированных территорий в условиях климато-метеорологических особенностей Красноярского края.

Материалы и методы

Изучение мощности выбросов загрязняющих веществ от стационарных источников загрязнения атмосферного воздуха в городах - промышленных центрах Красноярского края проводилось по данным отчетных форм 2ТП-Воздух и результатам инвентаризации выбросов промышленных предприятий. Рассчитывались объемы воздуха, необходимые для разбавления мощности выбросов до ПДК. Методом регрессионного анализа проведено изучение связи индекса загрязнения атмосферного воздуха и показателей антропотехно-генной нагрузки на атмосферный воздух. Проведено изучения качества атмосферного воздуха на селитебных территориях, расположенных с наветренной и подветренной стороны относительно источников загрязнения атмосферного воздуха по данным объективного контроля при различных метеорологических условиях.

Для статистической обработки результатов исследования использовались методы регрессионного, корреляционного анализа, рассчитывались средние показатели и их ошибки. Достоверность различия оценивалась по критерию t и ошибке коэффициента корреляции.

Результаты и их обсуждение

Технико-экономические и социальноэкономические решения по размещению и развитию производственных сил в Красноярском крае были ориентированы на чрезмерное сосредоточение в городах промышленных объектов. Как следствие, в промышленных городах края (Красноярск, Норильск, Ачинск, Канск, Минусинск, Лесоси-бирск, Назарово, Шарыпово и др.) сформировались значительные по мощности выбросы в атмосферу диоксида серы, оксидов азота, углерода монооксида, серной кислоты, фторидов, алюминия оксида, нафталина, пыли и других веществ (табл. 1).

 

Таблица 1. Мощности выбросов основных вредных веществ в атмосферу в промышленных городах Красноярского края

Вещество

Мощность выброса, т/год

Города, в которых имеются наибольшие по мощности выбросы в атмосферу

Аммиак

552

Красноярск, Лесосибирск, Канск, Минусинск, Ачинск

Бенз(а)пирен

2,17

Красноярск, Ачинск, Норильск, Назарово

Бензол

138

Красноярск, Железногорск, Ачинск

Диоксид серы

2158,6 • 103

Ачинск, Красноярск, Минусинск, Норильск, Назарово

Кислота серная

23883

Ачинск, Норильск, Зеленогорск

Оксиды меди

680

Норильск, Минусинск

Нафталин

1137

Красноярск

Никель металлический

697

Норильск, Красноярск

Оксиды азота

70250

Красноярск, Норильск, Ачинск, Канск, Назарово, Минусинск, Лесосибирск

Окислы кальция

1008

Ачинск, Красноярск, Канск

Пыль неорганическая

145,3 • 103

Ачинск, Красноярск, Норильск, Назарово

Пыль органическая

5186

Красноярск, Лесосибирск, Назарово

Сажа

474

Бородино, Красноярск, Лесосибирск

Гидрофторид

692

Красноярск, Ачинск

Твердые фториды

1016

Красноярск, Ачинск

Монооксид углерода

130,3 • 103

Красноярск, Норильск, Ачинск, Канск, Назарово, Минусинск

Фенол

13,2

Ачинск, Назарово, Красноярск

Оксид алюминия

665

Красноярск, Ачинск

Хлор

72

Красноярск, Норильск, Бородино

Сероуглерод

115

Красноярск, Норильск

Формальдегид

43,3

Лесосибирск, Красноярск, Назарово, Ачинск

 

Наибольшая техногенная нагрузка на атмосферный воздух формируется в промышленных городах, где на 1 га площади выбрасывается 4162 кг/год вредных веществ. Выделим особенности формирования антропотехногенных нагрузок вредными веществами в отдельных индустриальных городах края. Наибольшие мощности выбросов вредных веществ на 1 га городских территорий и объемы воздуха, необходимые для разбавления выбросов до ПДК, отмечаются в городах Норильске, Красноярске, Ачинске и Назарово, где сосредоточены предприятия цветной металлургии, нефтехимии, черной металлургии и теплоэнергетики (табл. 2).

 

Таблица 2. Показатели антропотехногенной нагрузки на атмосферу в промышленных городах Красноярского края

Город

Мощность

выбросов

Объем воздуха, необходимый для разбавления мощности выбросов до ПДК, тыс. м3

Объем воздуха, необходимый для разбавления мощности выбросов до ПДК, м3/с на 1 га

всего, тыс. т/год

т/год на 1 км2

Ачинск

168,4

1651

17799

1745

Канск

33,8

368

5365

583

Красноярск

423,0

1106

74690

2146

Лесосибирск

32,3

119,3

10256

378

Минусинск

17,5

287

2773

454

Назарово

130,4

1650

8272

1047

Норильск

2112

2315

223208

2480

 

В промышленных городах Красноярского края установлены прямые сильные связи, описываемые уравнениями линейной регрессии, между величиной интегрального показателя загрязнения атмосферы (ИЗА) с одной стороны, и мощностью выбросов в атмосферу на 1 км2городских территорий, объемом воздуха, необходимого для разбавления мощности выбросов на 1 га территории до ПДК, - с другой стороны (табл. 3). Следовательно, технико-экономические и социально-экономические решения, при которых в городах Красноярского края были сосредоточены энергоемкие и высокоотходные предприятия цветной и черной металлургии, угольной, теплоэнергетической, нефтехимической и химической промышленности, определили высокие антропотех-ногенные нагрузки химическими веществами на атмосферный воздух, обусловливающие в свою очередь увеличение значений его интегральных показателей загрязнения.

 

Таблица 3. Связи индекса загрязнения атмосферного воздуха (ИЗА) и показателей антропотехногенной нагрузки на атмосферный воздух в промышленных городах Красноярского края

Зависимая

переменная

У

Независимая переменная Х

Уравнение линейной регрессии

у = a0 + a1 • x

Коэффициент

корреляции

Р

Индекс

загрязнения

атмосферы

Мощность выбросов в атмосферу, т/км2 год

у = 4,57 + 0,0035- x

0,73

0,05

Объем воздуха, необходимый для разбавления мощности выбросов до ПДК м3/с на 1 га

у = 2,6 + 0,00443- x

0,94

< 0,05

 

Гигиеническая оценка планировочных решений в индустриальных городах, принятых и реализованных в природноклиматических условиях Красноярского края показала, что в среднем по краю на 22,4% городских территорий фиксируются концентрации атмосферных поллютантов, превышающие ПДК. При этом в этих городах постоянно проживают от 11,4% до 19,6 % населения края (табл. 4). В природноклиматических условиях Красноярского края нельзя признать рациональными планировочные решения промышленных городов, при которых в течение года от 24,3% до 40,7% селитебных территорий находятся подветренно по отношению к предприятиям - источникам загрязнения атмосферы.

Таблица 4. Характеристика планировочных решений промышленных городов Красноярского края, имеющих отношение к формированию загрязнений атмосферного воздуха

Города

Территории на которых фиксируются атмосферные поллютанты превышающие ПДК

Территории жилой зоны, находящиеся в течение года на подветренной стороне по отношению к источникам загрязнения атмосферы

доля от площади города, %

доля проживающих, %

доля от площади города, %

доля проживающих, %

Ачинск

17

11,4

40,7

36,2

Канск

24,5

19,6

32,1

20,8

Красноярск

26,3

15,1

30,7

24,2

Лесосибирск

20,6

19,1

28,8

21,7

Минусинск

19,8

14,8

24,3

16,5

Назарово

24,1

12,7

20,9

18,6

Норильск

20,9

13,1

29,8

28,3

Итого

22,4

14,6

27,4

24,6

 

На участках жилых зон, расположенных подветренно по отношению к промышленным предприятиям, концентрации в атмосферном воздухе больше чем при наветренном положении: диоксида серы - в 2,8 раза, диоксида азота -в 2,7 раза, гидрофторида - в 3,7 раза, сероуглерода - в 2,7 раза, взвешенных веществ - в 2,1 раза, алюминия - в 4,8 раза, аммиака - в 3,1 раза (рис. 1). Природноклиматические условия определяют само-очищающую способность атмосферного воздуха от загрязнений, режим поступления ксенобиотиков в почву и возможность использования рациональных планировочных решений по размещению предприятий и жилых зон. В следствие повторение штилей в течении 10-12% времени года и систематических приземных инверсий температуры воздуха в южной и центральных частях Красноярского края самоочищающая способность воздуха промышленных городов оказывается недостаточной и не обеспечивает содержание вредных веществ в пределах гигиенических норм.

 

Рис. 1. Концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе территорий, находящихся на наветренной стороне (н) и подветренно (п) по отношению к источникам выбросов в атмосферу

 

Так, если при метеорологических условиях, способствующих рассеиванию выбросов, доля проб вредных веществ выше ПДКМР находится в пределах 0,4-8,9%, в том числе выше 5,0 ПДКМР - 0-1,2%, то при неблагоприятных метеорологических условиях для рассеивания выбросов эти показатели находятся в пределах соответственно 1,9-69,3 % и 0,3-8,1% (табл. 5).

 

Таблица 5. Загрязнение атмосферного воздуха при различных метеорологических условиях

Вещество

Неблагоприятные метеорологические условия

Метеорологические условия, способствующие, рассеиванию выбросов

% проб

>ПДКМР

% проб >5

ПДКМР

М + m,

мг/м3

% проб

>ПДКМР

% проб >5

ПДКМР

М + m,

мг/м3

Взвешенные вещества

29,5

8,1

0,66+0,07

2,3

0

0,13+0,02

Диоксид азота

14,3

3,7

0,061+0,007

0,6

0

0,016+0,002

Диоксид углерода

0,9

0

1,59+0,11

0

0

0,72+0,08

Аммиак

8,6

1,9

0,023+0,002

0,4

0

0,009+0,001

Диоксид серы

1,9

0,3

0,004+0,0005

0

0

0,002+0,0003

Гидрофторид

16,8

5,1

0,006+0,0005

1,3

0

0,001+0,0002

Сероуглерод

19,2

3,5

0,010+0,001

2,1

0

0,003+0,0005

Формальдегид

26,3

4,8

0,015+0,002

1,8

0

0,002+0,0004

Бенз(а)пирен

59,6

6,2

3,9-106+0,4-106

7,3

0

0,8-106+0,12-106

Бензол

2,4

0,3

0,05+0,006

0

0

0,01+0,002

Алюминий

69,3

5,6

0,78+0,1

8,9

1,2

0,19+0,03

 

Средние концентрации вредных веществ при неблагоприятных для рассеивания выбросов метеорологических условиях увеличиваются в атмосферном воздухе в 2 - 7,5 раз, при этом вероятность обнаружения концентраций выше ПДКМР в атмосферном воздухе в 1,6 раза больше, чем при метеорологических условиях, способствующих их рассеиванию.

Исследование показало, что антропогенная нагрузка, обусловленная выбросами стационарных источников, в городах Красноярского края существенно превышает аналогичные показатели на урбанизированных территориях Центрального, Южного, Приволжского федеральных округов [7]. Значительная эмиссия загрязняющих веществ предъявляет особые требования к условиям рассеивания и свидетельствует о необходимости существенных объемов воздуха, для разбавления выбросов стационарных источников до ПДК. Выявленные в результате регрессионного анализа линейные зависимости индекса загрязнения атмосферного воздуха от мощности выбросов в атмосферу урбанизированных территорий и объемов воздуха, необходимых для разбавления мощности выбросов до ПДК, подтвержденные и сильными прямыми корреляционными связями свидетельствует об определяющей роли стационарных источников в формировании качества атмосферного воздуха промышленных городов. В этих условиях особое значение приобретают рациональные планировочные решения, способствующие более эффективному рассеиванию выбросов. Однако наши исследования показали, что в среднем на одной пятой городских территорий, в результате нерациональных планировочных решений, создаются условия способствующие формированию более высоких концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе (в 2,1-4,8 раза) отдельными загрязняющими веществами. Ситуация усугубляется климатическими особенностями региона, характеризующимися значительной повторяемостью метеорологических условий, неблагоприятных для рассеивания поллютантов, во время которых регистрируются превышения ПДКМР по отдельным загрязняющим веществам в 1,9-69,3% проб.

Таким образом, в промышленных центрах Красноярского края формируется комплекс условий, способствующий формированию высоких уровней загрязнения атмосферного воздуха, что приводит к существенному увеличению техногенных нагрузок и химического загрязнения атмосферного воздуха, уровня антропогенной нагрузки на окружающую среду и здоровье населения [3].

Выводы

  1. Наибольшие уровни техногенной нагрузки на атмосферный воздух отмечаются в городах Норильске, Красноярске, Ачинске и Назарово и обусловлены предприятиями цветной металлургии, нефтехимии, черной металлургии и теплоэнергетики.
  2. В промышленных городах Красноярского края установлены прямые сильные связи, между величиной интегрального показателя загрязнения атмосферы (ИЗА) с одной стороны мощностью выбросов в атмосферу и объемом воздуха, необходимого для разбавления выбросов на единицу площади городских территорий до нормативных показателей - с другой стороны.
  3. На одной пятой площади городов Красноярского края реализованы планировочные решения, способствующие формированию ненормативных уровней загрязнения атмосферного воздуха селитебных территорий.
  4. В южной и центральных частях Красноярского края самоочищающая способность воздуха промышленных городов оказывается недостаточной и не обеспечивает содержание вредных веществ в пределах гигиенических норм

Конфликт интересов отсутствует.

About the authors

S V Kurkatov

Krasnoyarsk state medical University named after professor V.F. Voyno-Yasenetsky

Author for correspondence.
Email: s.kurkatov@mail.ru

Russian Federation д.м.н., профессор, зав. кафедрой гигиены

A P Mihailuts

Kemerovo state medical University

Email: komgdip1@kemsma.ru

Russian Federation д.м.н., профессор кафедры гигиены

O Y Ivanova

Krasnoyarsk state medical University named after professor V.F. Voyno-Yasenetsky

Email: komgdip1@kemsma.ru

Russian Federation к.м.н., доцент, зав. учебной частью кафедры гигиены

References

  1. Качество воздуха в крупнейших городах России за десять лет 1998-2007 гг.: аналитический обзор. СПб.: Министерство природных ресурсов и экологии РФ, 2009. 133 с.
  2. Ляпкало А.А., Дементьев А.А., Цурган А.М. Мониторинг качества атмосферного воздуха областного центра // Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова. 2013. № 4. С. 83-89.
  3. Бадмаева С.Э., Циммерман В.И. Антропогенное загрязнение атмосферного воздуха городов Красноярского края // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. 2015. № 2. С. 27-32.
  4. Боков В.Н., Воробьев В.Н., Серебрицкий И.А. Уровень загрязнения атмосферного воздуха в мегаполисе и его связь с климатическими изменениями // Ученые записки Российского государственного гидрометеорологического университета. 2015. №39. С.55-65.
  5. Ляпкало А.А., Дементьев А.А., Цурган А.М. Влияние направление ветра на качество атмосферного воздуха в историческом центре г. Рязани в теплое время года // Наука молодых (Eruditio Juvenium). 2015. №1. С. 35-42.
  6. Прусакова А.В. Климатические особенности и уровни загрязнения атмосферного воздуха на территории Иркутской области // Современные технологии и научно-технический прогресс. 2015. Т. 1, № 1. С. 102-104.
  7. Охрана окружающей среды в России. 2014: Статистический cборник. M.: Росстат, 2014. 78 с.4.

Statistics

Views

Abstract - 292

PDF (Russian) - 256

PlumX

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2016 Kurkatov S.V., Mihailuts A.P., Ivanova O.Y.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies