Оценка приземного слоя атмосферного воздуха г. Алматы в час

Оценка приземного слоя атмосферного воздуха г. Алматы в час
«пик» на перекрестках
Авторы: ст. преподаватель кафедры «БЖ и ЗОС» Торгаев А.А.
профессор кафедры «БЖ и ЗОС» Приходько Н.Г.
Введение
Атмосферный воздух является жизненно важным компонентом
биосферы. Постоянное антропогенное негативное воздействие на атмосферу
и неудовлетворительное решение вопросов по ее оздоровлению,
отрицательно влияют на состояние здоровья населения города. Поэтому
актуальными на сегодняшний день остаются проблемы загрязнения
атмосферного воздуха и реализация мероприятий по его очистке.
Загрязняющее вещество – химическое или биологическое вещество
либо смесь таких веществ, которые содержатся в атмосферном воздухе и
которые в определенных концентрациях оказывают вредное воздействие на
здоровье человека и окружающую природную среду [1].
Источники выбросов загрязняющих веществ в атмосферу могут быть
стационарными, когда координата самого источника не изменяется во
времени, и передвижными (нестационарными).
К тому же, очень часто загрязнение атмосферы бывает трудно
проанализировать, так как концентрация основных загрязняющих агентов
сильно меняется в зависимости от метеорологических условий и рельефа.
Вопрос осложняется ещё и тем, что многие вещества, даже в очень
разбавленном виде, могут вступать между собой в химические реакции и
образовывать новые сильно токсичные вещества. Так, сернистый ангидрид
окисляется в воздухе до SO3, который, реагируя с водяным паром, образует
серную кислоту. Точно также реакции между окислами азота и
несгоревшими углеводородами, поступившими в атмосферу из выхлопных
труб автомобилей, образуют пероксилацилнитраты (ПАН) — гораздо более
вредное вещество, чем исходные.
В работе проводится оценка выбросов выхлопных газов от
автомобилей в час «пик» г. Алматы и их рассеивание в приземном слое
атмосферного воздуха на перекрестках города.
Экспериментальная часть
Источниками загрязнения г. Алматы являются предприятия
транспорта,
промышленности,
жилищно-коммунального
хозяйства,
электроэнергетики и транспорт.
В общем объеме выбросов в атмосферу загрязняющих веществ по г.
Алматы на долю автотранспорта в последние годы приходится до 90 %
суммарного выброса вредных веществ [2]. Основными источниками
загрязнения атмосферы являются транспортные средства с двигателями
внутреннего сгорания (ДВС). При сгорании топлива в ДВС выделяются
тяжѐлые металлы и токсичные примеси, чрезвычайно вредные свинцовые
соединения, вызывающие тяжелейшие заболевания. Один легковой
автомобиль поглощает ежегодно из атмосферы в среднем больше 4 т
кислорода, выбрасывая с выхлопными газами примерно 800 кг окиси
углерода, около 40 кг окислов азота и почти 200 кг различных
углеводородов.
По данным Управления дорожной полицией ДВД г. Алматы на данный
момент в городе зарегистрировано 850 тыс. автомобиля, из них 27348 легковых автомобилей зарегистрировано только за январь-март 2015 года. В
целом по городу эксплуатируется порядка 800 тыс. единиц автотранспорта, с
учетом иногородних и транзитных.
В городе Алматы за состоянием атмосферного воздуха наблюдают 16
стационарных постов, приведенных на рисунке 1.
Рисунок 1 - Схема расположения стационарной сети наблюдений за
загрязнением атмосферного воздуха города Алматы
Они расположены в следующих местах города:
- 5 ручных постов: №1 - улица Амангельды, угол улицы Сатпаева;
№12 - проспект Райымбека угол улицы Наурызбай батыра; №16 микрорайон Айнабулак-3; №25 – микрорайон Аксай-3, улица Улукбека угол
улицы Б.Момышулы; №26 - микрорайон Тастак-1, улицы Толеби, 249, ГУ
«Городская детская поликлиника №8»;
- 5 наземных автоматических постов: №27 - Метеопост «Медеу», улица
Горная,548; №28 - Аэрологическая станция, район аэропорта, улица
Ахметова,50; №29 – РУВД Турксибского района, улица Р.Зорге,14; №30 -
микрорайон «Шанырак», школа №26, улица Жанкожа батыра,202; №31 микрорайон «Орбита» на территории Дендропарка АО «Зеленстрой»;
- 6 высотных автоматических постов: №1 - проспект Абая,191, ДГП
«Институт горного дела имени Кунаева Д.А.»; № 2 - улица Тимирязева 74,
КазНу имени Аль-Фараби; №3 –улица Жандосова, 55, КазЭУ имени Т.
Рыскулова; № 4 - Акимат Алатауского района, микрорайон Шанырак-2,
улица Жанкожа батыра, 26; № 5 - улица Сатпаева, 22, КазНТУ имени
К.Сатпаева; №6 проспект Достык 125-А, Госпиталь инвалидов отечественной
войны Республики Казахстан.
Состояние загрязнения атмосферного воздуха на стационарных постах
ручного отбора проб определяется по следующим показателям: наличие
взвешенных веществ (пыль), диоксида серы, растворимых сульфатов, оксида
углерода, диоксида азота, оксида азота, сероводорода, фенола, фтористого
водорода, хлора, хлористого водорода, углеводородов, аммиака, серной
кислоты, формальдегида, н/о соединений мышьяка, кадмия, свинца, хрома,
меди, бензола.
Загрязнение атмосферного воздуха на автоматических постах
наблюдений определяется по следующим показателям: наличие взвешенных
частиц до 10 мкм, диоксида серы, диоксида углерода, оксида углерода,
диоксида азота, оксида азота, озона, сероводорода, углеводородов, аммиака,
формальдегида, метана.
После обработки данных по наличию и составу загрязнений,
полученных с постов наблюдения, оценивается состояние и степень
загрязненности атмосферного воздуха города.
С целью определения количества вредных выбросов и оценки их
распространения в приземном слое проведен подсчет количества
автомобилей на перекрестках магистральных улиц в 9 точках центральной
части города в часы «пик» в четырех направлениях. Утром – это с 700 до 1000,
а вечером с 1700 до 2200.
Натурные обследования интенсивности транспортных потоков
проведены в рабочие дни, согласно [2]. В качестве примера был выбран
перекресток проспект Абая и улицы Розыбакиева.
Результаты и обсуждение
Динамика выбросов загрязняющих веществ
автотранспорта представлена в таблице 1 [3].
в
г.
Алматы
от
Таблица 1 - Выбросы загрязняющих веществ от автотранспорта
Год
2012 2013 2014
Выбросы, тыс.тонн
190.0 232.0 250.0
Степень загрязнения атмосферного воздуха примесью оценивается при
сравнении концентрации примесей с ПДК (в мг/м3, мкг/м3).
ПДК – предельно допустимая концентрация примеси, установленная
Минздравом Республики Казахстан.
Для оценки уровня загрязнения атмосферного воздуха за год
используются три показателя качества воздуха:
- стандартный индекс (СИ) – наибольшая измеренная в городе
максимальная разовая концентрация любого загрязняющего вещества,
деленная на ПДК.
- наибольшая повторяемость; (НП), %, превышения ПДК – наибольшая
повторяемость превышения ПДК любым загрязняющим веществом в воздухе
города.
- индекс загрязнения атмосферы (ИЗА) - Показатель загрязнения
атмосферы. Для его расчета используются средние значения концентраций
различных загрязняющих веществ, деленные на ПДК и приведенные к
вредности диоксида серы.
Степень
загрязнения
атмосферы
характеризуется
четырьмя
стандартными градациями показателей СИ, НП и ИЗА (таблица 2). Если
ИЗА, СИ и НП попадают в разные градации, то степень загрязнения
атмосферы оценивается по ИЗА.в соответствии с таблицей 2.
Таблица 2 - Оценка степени индекса загрязнения атмосферы
Степень
градации
загрязнение
атмосферы
I
Низкое
II
III
IV
Показатели
загрязнения атмосферы
СИ
НП, %
ИЗА
Повышенное СИ
НП, %
ИЗА
Высокое
СИ
НП, %
ИЗА
Очень высокое СИ
НП, %
ИЗА
Оценки за год
0–1
0
0–4
2–4
1–19
5–6
5–10
20–49
7–13
> 10
> 50
 14
В соответствии с таблицей 2 ниже приведены данные загрязнения
атмосферного воздуха г. Алматы за 5 летний период (таблица 3).
Таблица 3 - Уровень загрязнения г. Алматы
Год
СИ
2010
2011
2012
2013
2014
11,8
2015
1
9,3
полугодие
НП, %
88,8
97
ИЗА
11.7
9.1
10,5
11,5
10,0
Степень загрязнения
IV, очень высокое
III, высокое
IV, очень высокое
IV, очень высокое
IV, очень высокое
IV, очень высокое
По расчетам ИЗА за 2014 год отмечены 7 городов, относящиеся к
классу высокого уровня загрязнения (ИЗА – 7-13), среди них г. Алматы. По
результатам исследований, проведенных Казгидрометом, в 2014 году в
городе Алматы индекс загрязнения атмосферы по пяти веществам (ИЗА5)
составил 10,0. СИ равен 11,8, НП = 88,8%. Воздух города более всего
загрязнен диоксидом азота. Среднемесячная концентрация диоксида азота
составила 1,9 ПДКс.с., формальдегида - 3,7 ПДКс.с., содержание тяжелых
металлов и других загрязняющих веществ – не превышали ПДК. Число
случаев превышения ПДК составило: по взвешенным веществам – 96, по
диоксиду серы – 2970, по оксиду углерода – 5897, по диоксиду азота – 30330,
по оксиду азота – 589, по фенолу и формальдегиду – 2 случая. Кроме того, по
диоксиду азота были зарегистрированы 673 случаев превышения более 5
ПДК и 105 случаев превышения более 10 ПДК [].
За первое полугодие 2015 года среднемесячные концентрации
составили: диоксида азота – 2,8 ПДКс.с., формальдегида – 4,9 ПДКс.с.,
содержание тяжелых металлов и других загрязняющих веществ – не
превышали ПДК. За ІІ квартал по городу зафиксированы превышения более
1 ПДК: по взвешенным веществам – 44, по диоксиду серы – 1731, по оксиду
углерода – 2029, по диоксиду азота – 9469, по оксиду азота - 54, по фенолу 5, по формальдегиду – 22 случая, а также более 5 ПДК по диоксиду азота - 84
случаев. Сводные данные приведены в таблице 3 [1].
Плановые эпизодические наблюдения за загрязнением воздуха в городе
Алматы проводились в 2 местах: №1 – пр. Аль-Фараби - пр. Достык, №2 –
мкр. Думан – ул. Хантаныр. При этом измерялась концентрация взвешенных
веществ, диоксида серы, оксида углерода, оксида азота, диоксида азота,
фенола и формальдегида. Установлено, что в точке № 1 максимальная
концентрация формальдегида составила 1,7 ПДК, концентрация оксида
углерода 1,1 ПДК. Концентрации остальных веществ по данным наблюдений
находились в пределах допустимой нормы, таблица 4.
Таблица 4 - Характеристика загрязнения атмосферного воздуха города
Алматы за 1 полугодие 2015г.
Примесь
Средняя
(gс.с.)
мг/м3
Взвешенные
вещества
Взвешенные
частицы РМ -10
Диоксид серы
Оксид углерода
Диоксид азота
Оксид азота
Фенол
Формальдегид
0,155
0,041
0,035
1,462
0,111
0,031
0,002
0,015
концентрация Максимально
разовая Число
случаев
концентрация (gм.р.)
превышения ПДК
Кратность
Кратность
превышения
мг/м3
превышения
>ПДК >5 ПДК >10 ПДК
ПДКс.с.
ПДК м.р.
1,030
0,900
1,800
44
0,695
0,487
2,8
0,522
0,680
4,9
0,624
1,807
16,200
0,790
0,735
0,013
0,041
3,614
3,240
9,298
1,836
1,300
1,171
1731
2029
9469
54
5
22
84
Таблица 4 - Максимальные концентрации загрязняющих веществ по
данным наблюдений в городе Алматы
Точки отбора
№1
№2
Определяемые примеси
3
qmмг/м
qm/ПДК
qmмг/м3
qm/ПДК
Взвешенные
вещества
0,061
0,12
0,094
0,19
(пыль)
Диоксид серы
0,093
0,19
0,077
0,15
Оксид углерода
5,600
1,1
4,030
0,81
Диоксид азота
0,015
0,18
0,019
0,22
Оксид азота
0,013
0,03
0,031
0,08
Фенол
0,009
0,86
0,010
0,97
Формальдегид
0,058
1,7
0,033
0,93
Высокий и очень высокий уровень загрязнения атмосферного воздуха в
городе такими загрязнителями как диоксид азота, оксид углерода, диоксид
серы, формальдегид, сероводород, взвешенные вещества, фенол, аммиак
обусловлен, в первую очередь, городским транспортом. Высокая
загруженность автодорог, даже в городах с хорошей проветриваемостью,
приводит к накоплению вредных примесей в приземном слое атмосферного
воздуха. Так как город Алматы характеризуется низкой проветриваемостью
атмосферного пространства, то для него характерно наибольшее накопление
загрязняющих веществ в приземном слое.
Подсчет автотранспорта проводили в часы «пик» в осенний период г.
Алматы утром с 07-00 до 10-00, а вечером с 17-00 до 22-00 на основных
перекрестках следующих улиц: пр. Абая – ул. Розыбакиева , пр. Абая –
пр.Фурманова, пр. Сейфуллина – ул. Толеби, пр. Райымбека – пр. Фурманова,
пр. Аль - Фараби – Ремизовка, пр. Рыскулова – ул. Емцова, пр.Абая –
ул.Алтынсарина, ул. Толеби – пр. Саина, пр. Тимирязева – Жарокова.
Ниже, в качестве характерного примера, представлены результаты
наблюдения среднего распределения количества автотранспорта по классу на
перекрестке пр. Абая и ул.Розыбакиева, таблица 5.
Таблица 5
Розыбакиева
Направления
магистральны
х улиц
1
по
пр.Аба
я
- Количество автомобилей в час «пик» на прекрестке Абая время
исследо
вания
2
800-900
Тип автомобиля
Легковые
Грузовые
объемом
до 2,0 выш cред. боль.
е 2,0
3
4
5
6
809
460
5
1
в
запа
1800-1900 1052
дном
553
12
1
Автобус
газ
Всег
о
7
30
дизе
ль
8
21
9
1326
32
29
1679
в
вост
очно
м
по ул. в
Розыба южн
киева
ом
в
севе
рном
Всего
800-900
1000
527
3
1
32
37
1600
1800-1900 699
396
15
1
30
38
1179
800-900
304
192
4
1
4
5
500
1800-1900 609
240
31
9
6
8
903
800-900
500
284
7
2
9
19
821
1800-1900 522
453
32
15
12
21
1053
3105
109
31
155
178
9073
5495
Согласно данных таблицы 5, среднее количество автомобилей,
проезжающих по приведенному перекрестку за время исследования,
составило 9061 единиц.
Например, по проспекту Саина в сентябре 2015 г. в час пик с 1700-до
1800 в период наблюдения в северном направлении количество проезжающих
автомобилей составили 6124 автомобилей, в том числе: легковых - 6000, из
них объемом до 2,0 литров – 4000, объемом свыше 2,0 – 2000; грузовых – 60,
из них средних – 40, больших – 20; автобусов – 64, из них средних – 46,
больших – 18. Такой же поток автомобилей наблюдается и по пр. Рыскулова.
По сравнению с прошлым годом (4670), количество автомобилей
увеличилось. Это говорит о том, что на всех магистральных улицах
количество автомобилей с каждым годом увеличивается.
Как показали исследования, во всех магистральных улицах города в час
пик образуются заторы. Это влияет на скорость движения потока
автомобилей, и она составляет, в среднем, 20 – 30 км/час. При такой скорости
движения двигатель работает с большей нагрузкой, что приводит к
выделению наибольшего количества вредных веществ.
Исходя из выше изложенного 8612 легковых автомобилей в час «пик»
поглощает ежегодно из атмосферы в среднем больше 34448 т кислорода,
выбрасывая с выхлопными газами примерно 6889600 кг окиси углерода,
около 344480 кг окислов азота и почти 1722400 кг различных углеводородов.
С увеличением количества автомобилей, увеличивается и выбросы
отработанных газов из выхлопных труб. В свою очередь это влияет на
здоровье людей, особенно для детей в возрасте до 5 лет и ростом до 1 метра,
так как наибольшее количество вредных примесей накапливается как раз на
уровне 1 метра, что показано на рисунке 2 [4].
Загрязнение может оказать самое разное воздействие на организм
человека и зависит от вида, концентрации, длительности и периодичности
воздействия вредного вещества, таблица 6 [4].
Таблица 6
Число зарегистрированных заболеваний у детей первого года жизни и детей
до 5 лет жизни в г.Алматы за 2013 – 2014гг.
у детей от 0 у детей от 0 до
до 1 года
5 лет
2013 2014
2013
2014
Острые инфекции верхних дыхательных
9714 8516 108473 107052
путей и грипп
Болезни органов дыхания
12625 12052 149973 155735
Болезни системы кровообращения
223
185
1496
1226
Болезни крови, кроветворных органов и
1769 2151 24279 22855
отдельные нарушения с вовлечением
иммунного механизма
Болезни органов чувств
989
929 11050 10982
Болезни нервной системы
2377 2664 21585 22194
Анемия
2147 1763 24089 22580
Новообразования
209
232
724
779
Кишечные инфекции
132
111
1216
1033
Инфекционные и паразитарные болезни
837
686 10523
9320
Болезни эндокринной системы,
1329 1089
6621
5429
расстройства питания и нарушения обмена
веществ
Мероприятия по снижению загрязнения атмосферного воздуха
Существуют различные виды мероприятия по улучшению состояния
атмосферного воздуха: сохранение лесного ландшафта города и посадка
новых деревьев вдоль магистральных улиц, увеличение количества развязок,
регулирование светофоров в час «пик» с целью исключения заторов. Снизить
количество вредных автомобильных выбросов можно также путем:
- повышения качества топлива для двигателей;
- установки устройств (катализаторов), снижающих концентрацию
вредных веществ в выхлопных газах;
- использование экологически чистых видов топлива (газ, водород);
- создания новых экологически чистых двигателей;
- правильная организация регулировки светофоров, в зависимости от
количества автотранспорта.
Сегодня первостепенное значение для уменьшения загрязнения
атмосферы выбросами автомобилей имеет техническое состояние
автомобильного парка и поддержание его в технически исправном
состоянии, удовлетворяющим экологическим требованиям. К достижению
предельного износа двигателя выбросы увеличиваются в среднем на 50%.
Выводы
В настоящее время загрязнение атмосферного воздуха города Алматы
остается до конца не решенной проблемой, несмотря на принимаемые меры.
Требуются более глубокие разработки на научной основе, так как
экологическая обстановка в городе Алматы ухудшается с каждым годом, что
приводит к увеличению заболеваемости, снижению рождаемости, и
увеличивает смертность среди населения города. Все это наносит
необратимый ущерб для людей, проживающих в г. Алматы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Волович В.Н. К вопросу об экологической безопасности
страны//Общество. Среда. Развитие (Terra Humana). – 2012. – № 1. – С. 192–
196.
2. А.Б. Дьяков, Ю.В. Игнатьев, Е.П. Коншин и др. Экологическая
безопасность транспортных потоков/Под ред. А.Б. Дьякова. –М.: Транспорт,
1989. –128 с.
3. Информационные бюллетени о состоянии окружающей среды
Республики Казахстан. г. Астана, за 2010 - 2015 гг.
4. Здоровье населения Республики Казахстан и деятельность
организаций здравоохранения. Статистический сборник. г. Астана, 2014г.
5. Методика определения выбросов автотранспорта для проведения
сводных расчетов загрязнения атмосферы городов» РНД 2.02.11-2004.
Приказ Министра охраны окружающей среды Республики Казахстан от
20.12.2004 г. Астана, 2005 г.