Антропогенное загрязнение атмосферного воздуха городов Красноярского края

Введение. В процессе взаимодействия общества и природы осуществляется обмен веществ между производственной и природной средой. Вывод из системы антропогенного обмена в природу отходов, отбросов и использованных изделий называется загрязнением окружающей среды [7].

К числу наиболее важных факторов экологического риска относят загрязнение атмосферы и загрязнение питьевой воды. Наиболее чувствительны к воздействию атмосферного загрязнения органы дыхательной системы [1, 2].

Опасность загрязнения атмосферного воздуха для здоровья населения обусловлена действием следующих факторов:

• 1.    Разнообразие загрязнений. На человека, проживающего в промышленном районе, воздействует несколько сотен тысяч химических веществ. В конкретном районе в относительно высоких концентрациях присутствует ограниченное число химических веществ, но комбинированное действие атмосферных загрязнителей может привести к усилению вызываемых ими токсических эффектов.

• 2.    Возможность массированного воздействия, так как акт дыхания является беспрерывным и человек в сутки вдыхает до 20 тыс. л воздуха. Даже незначительные концентрации химических веществ при таком объеме дыхания могут привести к значительному поступлению вредных веществ в организм.

• 3.    Воздух при дыхании входит почти в непосредственный контакт с кровью, в которой растворяет все, что присутствует в воздухе. Из легких кровь поступает в большой круг кровообращения, минуя такой детоксикационный барьер, как печень. Яд, поступающий ингаляционным путем, действует в 80–100 раз сильнее, чем при поступлении через желудочно-кишечный тракт.

• 4.    Трудность защиты от ксенобиотиков. Человек, отказавшись употреблять в пищу загрязненные продукты или недоброкачественную воду, не может не дышать загрязненным воздухом. При этом загрязнитель действует на все группы населения круглосуточно.

Любое нежелательное изменение состава земной атмосферы в результате поступления в нее различных газов, водяного пара и твердых частиц пагубно влияет на жизнедеятельность живых организмов, в том числе и на здоровье человека.

Более 90 % загрязнителей имеют антропогенное происхождение. Источниками первичных загрязняющих веществ являются сжигание ископаемого топлива на электростанциях и в двигателях автомобилей, а также производственные процессы, не связанные со сжиганием топлива, но приводящие к запылению атмосферы (эрозия почв, добыча угля открытым способом), взрывные работы, стыки труб на нефтеперегонных и химических заводах и из реакторов, хранение твердых отходов и др. Некоторые из них вступают в химические реакции с другими загрязнителями или с основными компонентами воздуха (кислородом, азотом и водяным паром), образуя вторичные загрязняющие вещества. В результате наблюдаются такие явления, как фотохимический смог, кислотные дожди и т.д. Вторичные загрязнители – содержащиеся в атмосфере фотохимические окислители и кислоты – представляют главную опасность для здоровья человека и глобальных изменений окружающей среды [1].

Примерно 10 % загрязнителей попадает в атмосферу вследствие таких природных процессов, как вулканические извержения (выбросы пепла, распыленных кислот, в том числе серной, и множество ядовитых газов); брызги морской воды; разлагающиеся растительные и животные остатки; лесные пожары; пыльные бури. Деревья и кустарники выделяют много органических соединений – ЛОС. Присутствующие в воздухе микроорганизмы (пыльца, плесневые грибы, вирусы) вызывают у людей приступы аллергии и инфекционные заболевания.

Цель исследования. Экологический мониторинг состояния уровня антропогенного воздействия на атмосферный воздух городов Красноярского края (Красноярск, Ачинск, Минусинск) и прилегающих территорий (Емельяново, Большая Мурта).

Объект и методы исследования. Атмосферный воздух административных районов г. Красноярска и прилегающих территорий под влиянием антропогенного загрязнения. В качестве основного метода исследования используется экологический мониторинг окружающей среды [3–6, 8].

Результаты исследования. Существенной особенностью городов является то, что в них неуклонно возрастает дифференциация концентраций загрязнения в различных районах. Периферийные районы, как правило, имеют невысокий уровень концентрации загрязнения. В зонах крупных промышленных предприятий она резко увеличивается. И как ни странно, увеличение уровня концентрации отмечается в центральных районах промышленных крупных городов. Это объясняется тем, что в центральных районах атмосферный воздух обычно на несколько градусов выше, чем в периферийных, а это приводит к появлению над центром городов восходящих воздушных потоков, засасывающих загрязненный воздух из промышленных районов. Также оказывает интенсивное влияние на загрязненность атмосферы движение автотранспорта.

Антропогенные источники, обеспечивающие основной объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу на территории изученных районов и Красноярского края в целом, образуют три группы:

• 1.    Предприятия металлургического производства и производства металлических изделий – ОАО «РУСАЛ Красноярск», ОАО «РУСАЛ Ачинск», ОАО ГМК «Норильский никель».

• 2.    Автотранспорт.

• 3.    Прочие источники (эрозия почв, добыча угля открытым способом, взрывные работы, стыки труб на нефтеперегонных и химических заводах, из реакторов, хранение твердых отходов и др.).

Красноярск – крупнейший экономический и культурный центр Восточной Сибири, относящийся к регионам с высокой антропогенной нагрузкой. Промышленные предприятия разбросаны по всему городу. Размещение в городе крупных объектов энергетики, предприятий химической и металлургической промышленности обуславливают уровень атмосферного загрязнения. И несмотря на наметившуюся тенденцию к снижению валового выброса вредных веществ, уровень загрязнения атмосферного воздуха по ряду ингредиентов продолжает оставаться высоким.

Объем выбросов основных групп загрязняющих веществ в пределах города Красноярска представлен в таблице 1. Ее анализ показывает, что выбросы предприятий производства и распределения электроэнергии составляют 22,3 %. Выбросы предприятий теплоэнергетики неуклонно увеличиваются от 151,2 (2009 г.) до 188,9 тыс. т (2013 г.). Эти выбросы зависят от особенностей зимней температуры. В холодные зимы, например зима 2009 г., величины антропогенных выбросов в атмосферу увеличиваются.

Из таблицы 1 видно, что в 2013 г. на 3,8 % уменьшились суммарные выбросы КрАЗа. Их объем уменьшился с 136,4 (2009 г.) до 115,4 тыс. тонн (2013 г.) [9]. Неуклонно увеличивается объем выбросов автотранспорта: 157,7 (2008 г.) и 326,4 тыс. тонн (2013 г.), видимо, за счет увеличения транспортных единиц. По данным государственной статистической отчетности, состав выбрасываемых загрязняющих веществ от стационарных источников за последние 5 лет не изменился. Перечень ведущих предприятий, основных химических загрязнителей атмосферного воздуха населенных мест Красноярского края, в течение последних 5 лет остается неизменным и включает преимущественно предприятия цветной металлургии и теплоэнергетики: ОАО «РУСАЛ Красноярск», ООАТ «Красноярская ГРЭС-2», Красноярская ТЭЦ-1, Красноярская ТЭЦ-2, Красноярская ТЭЦ-3.

Таблица 1

Объем выбросов основных источников антропогенного загрязнения в г. Красноярске, тыс. тонн

Группа предприятий	2008 г.	2009 г.	2010 г.	2013 г.	Процент от общих выбросов в 2013 г.
ОАО «РУСАЛ Красноярск»	103,4	136,4	120,0	115,4	13,6
ГРЭСы и ТЭЦы	155,0	151,2	163,8	188,9	22,3
Автотранспорт	157,7	167,8	295,3	326,4	38,6
Прочие источники	180,7	173,2	203,1	215,2	25,5
Итого	596,8	628,6	782,2	845,9	100

Таблица 2

Уровень химического загрязнения атмосферного воздуха населенных пунктов Красноярского края (среднегодовая концентрация), мг/м3

Вещество	Ачинск	Красноярск	Минусинск	Емельяново	Большая Мурта
Взвешенные вещества	0,45	0,24	0,10	0,08	0,12
Диоксид серы	0,007	0,005	0,02	0,004	0,001
Диоксид азота	0,05	0,04	0,02	0,014	0,007
Оксид азота	0,038	0,039	0,024	0,019	0,009
Оксид углерода	0,923	1,358	0,886	0,343	0,121
Сероводород	0,005	0,0007	0,0005	0,0002	0,0001
Сероуглерод	0	0,005	0	0	0
Фенол	0	0,0006	0,0016	0	0
Фтористые соединения	0,002	0,004	0	0	0
Хлор	0	0,013	0	0	0
Соляная кислота	0	0,0462	0	0	0
Аммиак	0	0,0204	0	0	0
Формальдегид	0,001	0,0067	0,0032	0,0001	0
Бензол	0	0,0332	0	0	0
Ксилол	0	0,0215	0	0	0
Толуол	0	0,0238	0	0	0
Этилбензол	0	0,0072	0	0	0
Бенз(а)пирен	2.50Е-06	4.80Е-06	3.80Е-06	1.12Е-06	0.03Е-06

Загрязнение окружающей среды химическими веществами оказывает определенное влияние на здоровье населения, обуславливая распространение экологически зависимых заболеваний. Для определения влияния на здоровье населения ингредиентов химической природы, загрязняющих атмосферный воздух, использованы среднегодовые концентрации за 2008–2013 гг. по данным Красноярского территориального Управления по гидрометеорологии и мониторингу загрязнения окружающей среды (Среднесибирское УГМС), отраженные в таблице 2.

Анализ таблицы 2 показывает, что г. Красноярск имеет набор всех ингредиентов химической природы, загрязняющих атмосферный воздух. Город Ачинск также отличается большим спектром ингредиентов химической природы, загрязняющих атмосферный воздух. Город Минусинск, несмотря на присутствие многих загрязняющих веществ, содержит их в небольших концентрациях.

Населенные пункты аграрных территорий (Емельяново и Большая Мурта) являются наименее «безопасными» территориями.

По отношению к предельно допустимым концентрациям (ПДК) в г. Красноярске наблюдается превышение взвешенных частиц (3,0 ПДК); формальдегида (2,23 ПДК); бенз(а)пирена (5,9 ПДК); сероуглерода (1,1 ПДК); фтористого водорода (5,5 ПДК). В г. Ачинске наблюдается превышение взвешенных частиц (1,6 ПДК); диоксида азота (1,17 ПДК); бенз(а)пирена (2,5 ПДК). В г. Минусинске наблюдается превышение по бенз(а)пирену (3,8 ПДК). В остальных регионах эти показатели регистрировались в пределах гигиенических нормативов.

Интегральным показателем загрязнения атмосферы, используемым в России, является индекс загрязнения атмосферы – ИЗА. Он позволяет учитывать концентрации примесей многих веществ, измеренных на территории, и представлять уровень загрязнения одним числом. В соответствии с существующими методами считается: ИЗА ниже 5 – загрязнение низкое; ИЗА от 5 до 6 – повышенное; ИЗА от 7 до 13 – высокое и ИЗА, равное или больше 14, – очень высокое.

Таблица 3

Показатель индекса загрязнения атмосферы (ИЗА) для районов г. Красноярска и прилегающих аграрных территорий

Район исследования	Показатель ИЗА	Уровень загрязнения
Красноярск (Советский район)	13,67	Очень высокий
Красноярск (Ленинский район)	12,06	Высокий
Красноярск (Октябрьский район)	5,24	Низкий
п. Емельяново	3,62	Низкий
п. Большая Мурта	1,03	Низкий

Из данных таблицы 3 следует, что показатель индекса загрязнения атмосферы для районов г. Красноярска и прилегающих аграрных территорий отражает уровень загрязнения атмосферного воздуха. В разных районах г. Красноярска он имеет дифференцированное значение и является высоким для всех районов г. Красноярска, кроме Октябрьского административного района (ИЗА – 5,24). Аграрные районы (п. Емельяново, п. Большая Мурта) имеют устойчиво низкий показатель ИЗА. Если рассматривать усредненные данные по годам (последние 5 лет), то в г. Красноярске самый низкий уровень загрязнения (ИЗА – 11,27) наблюдался в 2009 г. А затем этот показатель начал неуклонно возрастать и в 2013 году составил самый высокий уровень загрязнения атмосферного воздуха (ИЗА – 13,67).

Выводы

• 1.    Размещение в городе крупных объектов энергетики, предприятий химической и металлургической промышленности обуславливает высокий уровень атмосферного загрязнения. Несмотря на тенденцию к снижению валового выброса вредных веществ, уровень загрязнения атмосферного воздуха по ряду ингредиентов продолжает оставаться высоким.

• 2.    Города Красноярск и Ачинск отличаются большим спектром ингредиентов химической природы, загрязняющих атмосферный воздух. Город Минусинск, несмотря на присутствие многих загрязняющих веществ, содержит их в небольших концентрациях. Населенные пункты аграрных территорий (Емельяново и Большая Мурта) являются наименее «безопасными» территориями.