Оценка загрязнения атмосферного воздуха в городах Пермского края

Загрязнение атмосферного воздуха является одной из самых серьезных экологических проблем современных городов. Оно оказывает вредное влияние на население, способствуя росту заболеваемости и смертности. Воздействие загрязненного воздуха, в том числе посредством сухих и влажных выпадений, причиняет ущерб природной среде: лесам, зеленым насаждениям, водным объектам, почвам. В 89% городов России отмечается превышение санитарно-гигиенических нормативов загрязнения атмосферного воздуха [24]. Особо актуален выбор приоритетов для защиты благополучия человека на основе анализа связей «среда обитания – здоровье», а именно зависимости здоровья населения от техногенного загрязнения воздушного пространства.

На человека, проживающего в промышленном районе, потенциально может воздействовать до нескольких сотен химических компонентов [4]. Большое количество исследований показало, что экологически неблагоприятная воздушная среда создает риск развития заболеваний населения, особенно детского, и в первую очередь со стороны органов дыхания [6–10; 15–17; 19; 20; 27; 28; 30–32; 35;37]. Отмечено возрастание вероятности развития аллергического ринита, патологии лимфоидной ткани носоглотки и нарушений пищеварительной системы при аэрогенном воздействии бензола, фенола, формальдегида, взвешенных веществ у детей разного возраста [17]. Выявлено истощение потенциала иммунной системы у детского населения, проживающего в условиях загрязнения атмосферного воздуха алюминием [6; 39] и другими металлами [7]. Установлено, что загрязнение атмосферного воздуха (взвешенными веществами, оксидом и диоксидом азота, диоксидом серы) отражается, прежде всего, на морфофункциональном состоянии органов дыхания и влияет на частоту возникновения различных заболеваний [13; 14; 33]. Доказано обострение хронических нарушений органов дыхания, астмы при высоком уровне оксида серы (IV) [2; 38] и других загрязняющих веществ в воздухе [17].

Установлена зависимость между уровнем заболеваемости органов дыхания и загрязнением атмосферы в результате выбросов химических веществ от стационарных и передвижных источников [4; 5; 12; 16]. Учеными описано негативное воздействие загрязнения вредными веществами воздуха на животных, растения, почву. Отмечено токсическое, аллергенное, возможное мутагенное и канцерогенное действие формальдегида (на примере животных и человека) [9; 17]. При воздействии на растения диоксида серы отмечается появление белесых пятен, некротических полос на листьях, обесцвечивание хлорофилла, приводящее к пожелтению листьев, снижение продуктивности, замедление роста. SO 2 отчасти способствует подкислению почвы [1]. Осаждение вредных химических веществ атмосферного воздуха (от транспорта, котельных, работающих на твердом и жидком топливе, при сжигании мусора) может приводить к нарушению продуктивных земель [35]. В одной из работ [31] показано негативное действие тяжелых металлов, которые попадают в атмосферу из антропогенных источников и загрязняют воду, почву, могут накапливаться в растениях и в организме человека и животных.

Проблема мониторинга состояния воздушного бассейна и охраны здоровья населения промышленных городов, сформированных вокруг крупных градообразующих предприятий, требует особого внимания.

Загрязнение атмосферного воздуха является значительным и постоянным фактором воздействия на сердечно-сосудистую, дыхательную, иммунную системы организма человека. В Пермском крае в последние годы наблюдается рост показателя заболеваемости органов дыхания взрослого и детского населения. Ведущее место в структуре первичной заболеваемости взрослого населения в 2018 г. занимали болезни органов дыхания – 34% [25; 26]. На протяжении ряда лет в атмосферном воздухе территорий городов края фиксируются превышения предельно допустимых концентраций вредных веществ: формальдегида, этилбензола, фенола, диоксида азота, ксилола, хлорида водорода, взвешенных веществ и других опасных компонентов. В г. Перми в 2018 г. отмечены случаи превышения ПДК среднесуточных концентраций металлов в атмосфере (марганца, меди, свинца). С каждым годом в Пермском крае увеличивается общее количество источников выбросов загрязняющих веществ и число единиц автотранспорта [26].

Основными источниками загрязнения воздушной среды в Пермском крае являются химическая промышленность, добыча топливно-энергетических полезных ископаемых, металлургическая промышленность, электроэнергетика, транспорт. В атмосферный воздух от промышленных источников поступает около 360 видов химических веществ, в том числе 30 веществ 1 класса опасности. Выбросы предприятий г. Краснокамска и Осенцовского промузла при определенных метеоусловиях накладываются на выбросы предприятий г. Перми и приводят к повышению уровня загрязнения воздуха [24].

Принимая во внимание большое количество выбросов вредных веществ в атмосферу, их влияние на человека и окружающую среду, рост заболеваемости органов дыхания населения, целью настоящего исследования явилась оценка загрязнения воздуха городов Пермского края.

Материалы и методы

В работе использовались материалы Пермского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, информация из докладов о состоянии и об охране окружающей среды Пермского края в 2012–2018 гг. Сеть мониторинга загрязнения атмосферы в Пермском крае состоит из 14 станций регулярных наблюдений в 4 городах. Контроль осуществляется в 7 пунктах Перми, на 3 станциях Соликамска и на 2 – в Березниках и Губахе [24]. Кроме того мониторинг загрязнения атмосферного воздуха производится на 1 стационарном посту в гг. Краснокамске, Лысьве, Чайковском [24]. Исследовалась динамика выбросов распространенных загрязняющих атмосферу веществ от стационарных источников в Пермском крае в 2015–2018 гг.

Оценка загрязнения воздуха осуществлялась с использованием критерия комплексного индекса загрязнения атмосферы (ИЗА), учитывающего несколько примесей, вносящих наибольший вклад в загрязнение атмосферы (в текущем году). Рассчитывается ИЗА по специальной формуле, которая учитывает среднегодовую концентрацию загрязняющего вещества, его среднесуточную предельно допустимую концентрацию и коэффициент, зависящий от степени вредности загрязняющего вещества. Проводилось сравнение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников ряда городов Пермского края (Пермь, Березники, Соликамск, Губаха, Кунгур, Лысьва, Кудымкар) за период 2008–2018 гг.

Результаты и обсуждение

Наибольший «вклад» в загрязнение атмосферы Пермского края (82,9% от общей массы выбросов) в 2017–2018 гг. внесли предприятия с видом экономической деятельности: «добыча полезных ископаемых», «транспорт и связь» и «обрабатывающие производства». Среди 14 субъектов Приволжского федерального округа Российской Федерации Пермский край по уровню антропогенного воздействия на окружающую среду в 2017–2018 гг. занимал 12 место [24–26].

По материалам Управления Федеральной службы по надзору в сфере природопользования по Пермскому краю [24–26] наиболее распространенными загрязняющими атмосферу от стационарных источников, являются вещества, выбросы которых за 2015–2018 гг. представлены в таблице 1. Из нее следует, что основной объем выбросов составляют жидкие и газообразные вещества, ведущим компонентом в выбросах загрязняющих веществ являются углеводороды, как результат деятельности предприятий трубопроводного транспорта.

На втором месте – оксид углерода, образующийся в процессе сжигания различных видов топлива. С 2016 по 2018 гг. возросла величина выбросов диоксида серы и летучих органических соединений.

Величина выбросов распространенных загрязняющих атмосферу веществ, отходящих от стационарных источников в Пермском крае в 2015–2018 гг.

Таблица 1

Загрязняющее вещество	Величина выбросов по годам, тыс. т
	2015	2016	2017	2018
Всего	298,6	308,9	310,841	292,773
В том числе:
твердые вещества	15,4	13,9	14,603	11,665
газообразные и жидкие вещества	283,2	295,0	296,238	292,773
из них:
диоксид серы	8,4         \	8,0	8,917	10,532

оксиды азота	38,9	39,9	44,004	40,277
оксид углерода	67,1	70,3	68,733	67,773
углеводороды (без ЛОС)	113,7	124,8	121,759	105,229
летучие органические соединения (ЛОС)	52,4	49,5	50,390	54,885
прочие	2,7	2,5	2,435	2,412

Рост валового выброса наиболее распространенных загрязняющих веществ в атмосферный воздух Пермского края от стационарных источников прослеживается до 2017 г., в 2018 г. произошло его уменьшение (табл. 1). Однако в последние годы наблюдается тенденция увеличения валового выброса загрязняющих веществ в атмосферу с 581,9 тыс. т/год в 2014 г. до 658,1 тыс. т/год в 2018 г. при стабильном росте выброса от передвижных источников [25].

Оценка загрязнения воздуха проводилась с использованием критерия комплексного индекса загрязнения атмосферы (ИЗА). Этот индекс характеризует уровень длительного, хронического загрязнения воздуха. В зависимости от полученных значений комплексного ИЗА степень загрязнения оценивается как [25; 26]: «низкая» при ИЗА = 5; «повышенная» – ИЗА = 5–6; «высокая» – ИЗА = 7–13; «очень высокая» – ИЗА≥ 14.

Многими исследователями установлено, что с увеличением уровня ИЗА возрастает количество случаев злокачественных новообразований [1; 4; 11; 18; 34].

В таблице 2 приведены значения ИЗА по 7 промышленным городам Пермского края за период с 2008 по 2018 гг. По результатам таблицы повышенный уровень загрязнения атмосферы имели города Березники, Губаха, Краснокамск, Пермь, Соликамск в 2017 г., в 2018 г. только г. Пермь. В 2016–2018 гг. более «чистыми» городами можно считать Лысьву и Чайковский, более загрязненными – Березники, Соликамск, Пермь, Краснокамск.

Сравнительный анализ показал, что самая большая величина критерия комплексного индекса загрязнения атмосферы наблюдалась в г. Соликамске в 2012 г. Наименьшая величина ИЗА отмечена в г. Чайковский в 2009, 2016 гг. В 2012 г. в г. Соликамске степень загрязнения атмосферы была очень высокая, в Березниках – высокая. В г. Перми с 2008 по 2012 гг. уровень загрязнения оценивался как высокий, с 2013 по 2016 гг. степень загрязнения была низкая, затем в 2017 г. и 2018 г. характеризуется как повышенная (табл. 2).

В г. Губахе наблюдалась повышенная степень загрязнения атмосферного воздуха в период с 2008 по 2012 гг., в 2013–2018 гг. она характеризуется как низкая (табл. 2).

Динамика значений ИЗА за период 2008–2018 гг. в городах Пермского края представлена на рисунке 1. До 2013 г. самыми загрязненными городами были Соликамск, Пермь, Березники. За последние 6 лет замечена тенденция к снижению уровня загрязнения воздуха по критерию ИЗА во всех наблюдаемых городах (рис. 1).

Таблица 2

Значения ИЗА по городам Пермского края за период 2008–2018 гг.

Города	Индекс загрязнения атмосферы (ИЗА) по годам
	2008	2009	2010	2011	2012	2013	2014	2015	2016	2017	2018
Березники	6,1	7,0	8,0	6,2	10,6	5,0	4,0	5,0	6,0	5,0	4,0
Губаха	7,1	6,1	6,4	6,0	6,2	4,0	3,8	3,0	4,0	4,8	4,0
Краснокамск	3,9	3,4	5,2	5,3	6,3	5,3	5,3	5,4	5,8	5,2	4,0
Лысьва	4,5	5,5	4,7	3,6	4,5	4,0	4,2	3,9	3,5	4,0	3,5
Пермь	9,6	7,9	8,6	10,0	9,4	4,0	3,2	4,0	4,0	5,0	5,0
Соликамск	10,8	11,4	13,9	8,2	16,0	5,0	4,0	4,0	4,0	5,0	4,0
Чайковский	4,6	2,3	2,9	2,5	2,4	2,7	2,5	2,8	2,3	2,7	2,9

2008    2009    2010    2011    2012    2013    2014    2015    2016    2017    2018

годы

Рис. 1. Изменение ИЗА за период 2008–2018 гг. в городах Пермского края

По результатам наблюдений за степенью загрязнения атмосферы в Пермском крае в 2018 г. критерий ИЗА оценивался как повышенный только в г. Перми (самыми загрязненными являются Мотовилихинский и Ленинский районы), а в гг. Соликамск, Березники, Губаха, Краснокамск, Чайковский, Лысьва – как низкий [25].

Возможно, изменения величины критерия комплексного индекса загрязнения атмосферы (уменьшение) в промышленных городах Пермского края связаны с применением наилучших доступных технологий на предприятиях (по производству продукции, по очистке выбросов) и частично с сокращением некоторых технологических линий.

В докладах о состоянии и об охране окружающей среды Пермского края в 2016, 2017, 2018 гг. сообщается, что на промышленных предприятиях проводились различные виды воздухоохранных мероприятий по снижению выбросов в атмосферу (работы по совершенствованию технологических процессов, по повышению эффективности действующих очистных установок и др.) [21–26].

В связи с тенденцией роста валового выброса загрязняющих веществ в атмосферный воздух Пермского края нами проводилось сравнение выбросов в атмосферу от стационарных источников в ряде городов. Использовали данные из ежегодных докладов о состоянии и об охране окружающей среды Пермского края [21–26]. В таблице 3 они представлены по 7 городам Пермского края за период 2008–2017 гг.

Исследование выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников в Пермском крае показало, что наибольшие величины в 2008–2018 гг. характерны для Перми, Березников, Лысьвы, Соликамска, Губахи. Наименьшие показатели выбросов в г. Кудымкаре за 2010–2018 гг. и в г. Кунгуре за 2008–2018 гг. (табл. 3). Изменение величины выбросов загрязняющих веществ от стационарных источников за 2010–2018 гг. в наблюдаемых городах Пермского края представлено на рисунке 2. Результаты исследования показали, что тенденция роста величины выбросов загрязняющих веществ прослеживается к 2018 г. в городах: Пермь, Березники, Лысьва. Уменьшение выбросов к 2018 г. по сравнению с 2010 г. отмечено в гг. Кунгуре и Кудымкаре, а для г. Губахи характерно увеличение показателя к 2018 г. (рис. 2).

Таблица 3

Величины выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников ряда городов Пермского края за период 2008–2018 гг.

Города	Величина выбросов по годам, тыс. т
	2008	2009	2010	2011	2012	2013	2014	2015	2016	2017	2018
Пермь	33,967	34,106	34,466	35,200	35,131	37,218	36,336	38,843	41,292	41,958	40,150
Березники	17,919	16,125	16,682	18,169	17,625	18,411	20,043	19,495	18,754	19,386	19,812
Губаха	7,256	5,585	6,055	6,507	5,058	4,955	6,689	5,826	5,075	4,786	7,825
Кунгур	0,727	0,736	3,365*	3,031*	1,627	1,336	1,594	1,232	1,204	0,919	0,892
Лысьва	14,538	8,195	5,245	11,811	7,435	12,367	10,721	9,767	12,319	9,763	11,787
Соликамск	5,277	4,936	5,644	5,735*	5,811	7,485	6,782	7,453	6,337	6,489	6,420
Кудымкар	–	–	1,103	0,989	0,269	0,709	0,794	0,804	0,816	0,250	0,283

Примечание: * – величины выбросов указаны с учетом района

Рис. 2. Выбросы загрязняющих веществ от стационарных источников в городах Пермского края за 2010–2018 гг.

Мониторинг атмосферного воздуха за период 2014–2018 гг. показал, что в г. Перми средние концентрации взвешенных веществ, диоксида серы, оксида азота, фенола, фторида водорода и тяжелых металлов (железо, марганец, медь, никель, цинк) повысились. Снизились средние концентрации оксида углерода, диоксида азота, сероводорода, хлорида водорода, аммиака, формальдегида, ароматических углеводородов (бензол, толуол, ксилолы, этилбензол), бенз(а)пирена, тяжелых металлов (свинец, хром). В г. Соликамске за этот период средние концентрации взвешенных веществ, хлора, аммиака, формальдегида, ароматических углеводородов (бензол, толуол, этилбензол, ксилолы) повысились. Снизились концентрации диоксида серы, диоксида азота, оксида азота, хлорида водорода бенз(а)пирена, тяжелых металлов (железо, магний, медь, свинец, хром, цинк). В г. Березники повысились показатели взвешенных веществ, фенола, формальдегида, ароматических углеводородов (бензол, этилбензол, ксилолы, толуол), тяжелых металлов (никель, кадмий). Снизились концентрации диоксида серы, оксида углерода, диоксида азота, оксида азота, сероводорода, хлорида водорода, аммиака, тяжелых металлов (свинец, хром, железо, магний, марганец), бенз(а)пирена [25].

В г. Губаха средние концентрации взвешенных веществ, диоксида азота, оксида азота, фенола, аммиака, формальдегида, бензола, толуола, этилбензола, тяжелых металлов (железо, магний, марганец, медь, цинк,) повысились. Снизились средние концентрации диоксида серы, оксида углерода, сероводорода, бенз(а)пирена. В г. Лысьве отмечено снижение концентраций диоксида азота, фторида водорода, но повысились средние годовые концентрации фенола, взвешенных веществ, диоксида серы, оксида углерода. В г. Краснокамске за пятилетний период средние концентрации взвешенных веществ, диоксида серы, диоксида азота повысились, а снизились средние концентрации оксида углерода, сероводорода, фенола, аммиака, формальдегида [25].

Заключение

В целом можно заключить, что наибольшую экологическую нагрузку от выбросов стационарных источников испытывают города, где сосредоточены крупные промышленные предприятия: Пермь, Березники, Лысьва, Соликамск. При этом в Пермском крае с 2016 по 2018 гг. прослеживается рост выбросов летучих органических соединений и диоксида серы, отходящих от стационарных источников. Степени загрязнения в градации ИЗА «высокая» и «очень высокая» за период с 2013 по 2018 гг. в промышленных городах Пермского края не наблюдались. Основными загрязнителями атмосферного воздуха в городах региона, определяющими наибольший вклад в экологический ущерб и риск здоровью населения, являются этилбензол, ксилол, формальдегид, взвешенные вещества, фенол, диоксид азота, оксид углерода, среднегодовые концентрации которых превышают ПДК в 1,5–5 и более раз.

Проведенная оценка загрязнения воздуха городов Пермского края имеет практическое значение для принятия управленческих решений и повышения эффективности планирования природоохранных мероприятий на производственных объектах не только в Пермском крае, но и в других регионах Российской Федерации, особенно в экологически неблагополучных.

Очищение воздушного бассейна, снижение выбросов промышленных объектов целесообразно осуществлять внедрением в производство более совершенного оборудования и наилучших доступных технологий, применением в технологических процессах нетоксичных или малотоксичных материалов, герметизацией технологических агрегатов и коммуникаций. Необходимо обеспечивать промышленные предприятия аппаратурой и установками для газоочистки и рекуперации выбросов. Кроме того, рекомендуется шире внедрять экологически чистые виды транспорта и топлива.