Формирование техногенных нагрузок и химического загрязнения атмосферного воздуха в современных условиях развития производительных сил в Красноярском крае
- Выпуск: Том 24, № 4 (2016)
- Страницы: 17-24
- Раздел: Статьи
- Статья получена: 28.02.2017
- Статья опубликована: 15.12.2016
- URL: https://journals.eco-vector.com/pavlovj/article/view/6065
- DOI: https://doi.org/10.23888/PAVLOVJ2016417-24
- ID: 6065
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Полный текст
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/с | 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
- 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.
- 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.
- На одной пятой площади городов Красноярского края реализованы планировочные решения, способствующие формированию ненормативных уровней загрязнения атмосферного воздуха селитебных территорий.
- 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.
Список литературы
- Качество воздуха в крупнейших городах России за десять лет 1998-2007 гг.: аналитический обзор. СПб.: Министерство природных ресурсов и экологии РФ, 2009. 133 с.
- 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.
- Бадмаева С.Э., Циммерман В.И. Антропогенное загрязнение атмосферного воздуха городов Красноярского края // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. 2015. № 2. С. 27-32.
- 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.
- 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.
- 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.
- Охрана окружающей среды в России. 2014: Статистический cборник. M.: Росстат, 2014. 78 с.4.