Scientific journal

International Journal of Applied and fundamental research

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

В настоящее время экологическая обстановка в крупных промышленных городах является одной из наиболее важных и острых проблем. Одним из негативных последствий урбанизации является прогрессирующее загрязнение атмосферного воздуха, оказывающее вредное влияние на здоровье горожан. В связи с этим особую актуальность приобретает обоснование приоритетов по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека на основе анализа связей «среда обитания – здоровье», в частности, зависимости здоровья населения от техногенного загрязнения среды с учетом конкретной ситуации [1, 2].

Эта проблема является наиболее сложной в условиях современного мегаполиса, включающего территории с различным уровнем и характером индустриализации, неодинаковой плотностью населения, существенно различающихся по архитектурно-планировочным характеристикам, транспортной нагрузке, отдаленности от зеленых массивов и т.п. Анализ экологической ситуации в территориальном аспекте с выделением наиболее значимых вредных факторов для здоровья, является одним из необходимых условий для разработки научно обоснованной комплексной программы оптимизации окружающей среды и эффективного управления здоровьем населения [3, 4].

Цель – дать комплексную гигиеническую оценку степени напряженности экологической ситуации на территории ряда административных районов г. Алматы на современном этапе.

Материалы и методы исследования

Для исследования выбраны 4 района города, а именно, Алатауский, Ауэзовский, Медеуский и Бостандыкский районы. для адекватной оценки качества воздушной среды анализировались результаты инструментальных измерений ведущих атмосферных загрязнений в ретроспективе за период 2007–2014 гг.

Состояние загрязнения воздуха оценивалось по результатам анализа и обработки проб воздуха, отобранных на стационарных постах наблюдений, расположенных в различных районах города, где определялись следующие показатели: взвешенные частицы РМ10, диоксид серы, диоксид углерода, оксид углерода, диоксид азота, озон, формальдегид, фенол и др. Анализ состояния загрязнения атмосферного воздуха также включал качественные и количественные данные о выбросах вредных веществ от различных типов источников (стационарных и мобильных). Были изучены расчетные среднегодовые, среднесуточные и максимально разовые концентрации приоритетных загрязняющих веществ в точках отбора проб. Уровень загрязнения атмосферы оценивался по показателям стандартного индекса (СИ), наибольшей повторяемости (НП в %) и величине комплексного индекса загрязнения атмосферы (ИЗА5), который рассчитывается по пяти веществам с наибольшими нормированными на ПДК значениями с учетом их класса опасности [5].

Результаты исследования и их обсуждение

В настоящее время город Алматы является южной столицей Республики Казахстан. Это – крупный мегаполис, расположен на территории свыше 68 тыс. га и насчитывает более 1,5 млн. населения.

Город располагается у подножья северных склонов Заилийского Алатау на высоте 650–1200 метров над уровнем моря, в широкой долине, закрытой с трех сторон мощными горами. Климат в городе резко-континентальный, с большими колебаниями температур не только в течение года, но и суток. Природные и климатические особенности местности, где расположен город Алматы, способствуют образованию мощной приземной инверсии температуры, сохраняющейся, особенно в зимний период, длительное время. Город расположен во впадине, где часто наблюдается безветрие, туманы и приземные инверсии, которые затрудняют рассеивание примесей в пространстве. Это приводит к накоплению в приземном слое продуктов загрязнения атмосферного воздуха выхлопными газами автомобилей, выбросами котельных, ТЭЦ, промышленных объектов и т.д., что выражается в явлениях смога, ставших привычными для города Алматы независимо от времени года.

В последние годы проблемы экологии воздушного бассейна г. Алматы, забота о сохранения чистого воздуха южной столицы стали особенно острыми и актуальными. Атмосферу города загрязняют выбросы от различных видов экономической деятельности человека, включая промышленность и транспорт.

За период 2007–2014 гг. число стационарных источников (промышленные предприятия, индивидуальный жилой сектор и ТЭЦ-2), имеющих вредные выбросы, сократилось на 22,4 %. Их удельный вес в суммарном годовом объеме эмиссий загрязняющих веществ составляет 19,8–21,6 % от всех стационарных и передвижных источников. Следовательно, ведущим источником загрязнения являются выхлопные газы автотранспорта, удельный вес которых составляет до 80,0 % всех выбросов в атмосферу города. Ситуацию усугубляет большой удельный вес в автопарке мегаполиса старых автомобилей со сроком эксплуатации более 10 лет, техническое состояние которых в большинстве случаев не соответствует гигиеническим стандартам. Росту уровня загрязняющих веществ в атмосфере города способствует использование при обслуживании автотранспорта низкокачественных горюче-смазочных материалов.

Транспортные загрязнения атмосферы по своему воздействию на организм человека подразделяются на токсичные, канцерогенные и раздражающие. К первой группе веществ относятся оксид углерода, оксиды азота, оксиды серы, углеводороды и свинец. Бенз(а)пирен, ди- и трихлорметан, бензол, ацетальдегид и формальдегид являются канцерогенами, из-за выбросов на уровне дыхания эти вещества намного опаснее промышленных и энергетических токсикантов, которые рассеиваются высокими трубами на значительные расстояния. Оксиды серы и углеводороды являются веществами раздражающего действия. Степень влияния на организм человека всех вышеперечисленных компонентов выхлопных газов автомобильного транспорта зависит от их концентрации в атмосфере и длительностью экспозиции.

Все вышеперечисленные токсиканты присутствуют в атмсосферном воздухе мегаполиса. Так, основными загрязнителями атмосферного воздуха г. Алматы, определяющими наибольший вклад в экологический ущерб и риск здоровью населения, являются диоксид азота (NO2), диоксид серы (SO2), оксид углерода (CO), формальдегид, бенз(а)пирен, свинец и взвешенные вещества (пыль, сажа), среднегодовые концентрации которых в приземном слое атмосферы превышают ПДК в 2–5 и более раз, особенно при неблагоприятных метеорологических условиях. На холодный период года (1 квартал и конец 4 квартала) приходится сезонный максимум уровня всех приоритетных загрязняющих веществ (ЗВ), среднемесячная концентрация диоксида азота в январе достигает 5,1 ПДК, оксида углерода – 3,4 ПДК, взвешенных веществ – 1,2 ПДК формальдегида – 2,9 ПДК (таблица 1). из данных таблицы видно, что высокая концентрация формальдегида сохраняется во втором и третьем кварталах. Только за 2014 г. согласно данным РГП «Казгидромет» число случаев превышения ПДК составило по оксиду углерода – 5897, по диоксиду серы – 2970, по оксиду азота – 589, по взвешенным веществам – 96.

Наиболее высокие показатели зафиксированы по диоксиду азота, относящемуся ко второму классу опасности. Кратность превышения максимально разовой предельно допустимой концентрации составила 11,76 раза, зарегистрировано 30330 случаев превышения ПДК, 673 случая – более 5 ПДК и в 105 случаев было превышение более 10 ПДК.

По данным автоматического поста наблюдений в г. Алматы только за 2014 г. зафиксировано 105 случаев высокого загрязнения атмосферного воздуха. Показатели загрязнения атмосферы г. Алматы составили: стандартный индекс (СИ) – 11,8, наибольшая повторяемость (НП) – 88,8 %, что соответствует IV, очень высокой степени загрязнения атмосферного воздуха (СИ >10 и НП >50). Среднегодовой показатель ИЗА5 в 2014 году составил 10,0.

Общая оценка загрязнения атмосферы за 2015 год показала положительную динамику. Несмотря на то, что в целом атмосферный воздух города характеризуется высоким уровнем загрязнения, показатели загрязнения атмосферы снизились и составили ИЗА5 7,6 против 11,8 в 2014 г., СИ – 8,7 против 11,8 и НП – 47,8 % против 88,8 %. Воздух города остается более всего загрязненным токсикантом 2 класса опасности – диоксидом азота. В целом по городу среднемесячные концентрации составили: диоксида азота – 2,6 ПДКс.с., формальдегида – 1,5ПДКс.с., взвешенных веществ – 1,2 ПДКс.с., содержание тяжелых металлов и других загрязняющих веществ – ПДК не превышали.

ИЗА5 в мегаполисе за период 2002–2014 гг. характеризовался волнообразной динамикой. После очередного подъема уровня загрязнения атмосферы города в период 2005–2008 гг. наблюдался спад показателя вплоть до 2011 г. , затем вновь зафиксирован рост ИЗА5 в 1,3 раза, с 9,23 до 11,8. При сохранении тенденции к росту значения ИЗА5 в ближайшие годы могут превысить ранее отмеченные значения. В среднем за период уровень ИЗА5 составил 12,16±1,02 (рисунок).

Таблица 1

Динамика атмосферных загрязнений в г. Алматы (кратность превышения ПДК с.с.)*

Примечание. * по данным РГП «Казгидромет»; ** СИ (стандартный индекс) – наибольшая измеренная максимально разовая концентрация загрязняющего вещества, деленная на ПДК; *** НП (наибольшая повторяемость) – наибольшая повторяемость превышения ПДК загрязняющим веществом в атмосфере (%).

Динамика загрязнения атмосферного воздуха г. Алматы за период 2000–2013 гг. по ИЗА5

И, хотя опасным для жизни человека является ИЗА5, превышающий уровень 14, в условиях слабой естественной вентиляции атмосферы, присущей мегаполису Алматы, загрязнение атмосферного воздуха оказывает прямое негативное воздействие на здоровье населения и представляется наиболее актуальной экологической проблемой, требующей неотложного решения.

При обновлении парка автомобилей и более строгом контроле за токсичностью автомобильных выхлопов, можно было бы достичь значительного снижения загрязнения воздуха. для решения вопросов оптимизации дорожного движения в городе большую роль играет строительство транспортных развязок. Мониторинг качества атмосферного воздуха вдоль автомагистралей после ввода в действие транспортных развязок в районе улиц Аль-Фараби, Саина и Рыскулова показал снижение более чем на 11 % количества показателей вредных веществ, превышающих ПДК. Особенно наглядно демонстрирует данный факт концентрация диоксида азота в атмосферном воздухе в районе транспортного затора на перекрестке улиц Фурманова – Сатпаева и районе развязки Фурманова – Аль-Фараби, расположенной на два квартала южнее. Концентрация диоксида азота в первом случае составила 8,94 ПДК, что практически в 23 раза превысила соответствующий показатель в районе транспортной развязки (0,39 ПДК). В районе перекрестка улиц Шаляпина-Алтынсарина, где в часы пик также отмечаются выраженные транспортные заторы, уровень диоксида азота в атмосферном воздухе в 4,3 раза превысил таковой в районе транспортной развязки на перекрестке улиц Шаляпина-Саина и составил 2,85 ПДК и 0,65 ПДК соответственно.

Известно, что территория такого крупного промышленного города, как Алматы, по уровню санитарно-гигиенической ситуации неоднородна. В связи с этим, население, проживающее в его различных районах, испытывает отличающееся по интенсивности, воздействие разнообразных комплексов негативных факторов. Причины этого кроются в различной степени развития промышленного производства в районах, наличия ТЭЦ и других источников загрязнения, географическим расположением и «розой ветров».

В городе Алматы в 2014 г. 1185 предприятий допустили выбросы загрязняющих вредных веществ в атмосферный воздух, объем этих веществ составил более 43,5 тыс. тонн. Данные по распределению количества этих загрязняющих веществ по исследуемым районам в период 2007–2013 гг. приведены в таблице 2.

Как видно из данных табл. 2 наиболее высокий уровень загрязнения атмосферы в среднем за период 2007–2013 гг. наблюдался в Ауэзовском районе (1694,71±735,52 тонн/год), который составил 13,9 % от среднегородского уровня.

Таблица 2

Динамика выбросов загрязняющих веществ в атмосферу г. Алматы от стационарных источников в разрезе административных районов (т/год)

В Бостандыкском и Медеуском районах показатели загрязнения атмосферы выбросами от стационарных источников практически идентичны и составили 713,29±104,00 и 770,43±138,11 тонн/год соответственно. Самый низкий показатель отмечен в Алатауском районе – 227,00±74,44 тонн/год, что можно объяснить отсутствием крупных промышленных предприятий в данном районе. Основное воздействие на общее загрязнение атмосферного воздуха Алатауского района, как и всего города в целом, оказывают выбросы теплоэнергетического комплекса ТЭЦ-2, располагающегося вблизи западной границы Алатауского района. Основным топливом, используемым ТЭЦ-2, является экибастузский уголь зольностью 34,4 %. При суммарных выбросах 39,5 тыс. т/год на территорию города с ветрами северного, западного и северо-западного направлений переносится до 15642 т/год вредных веществ, что превышает объем эмиссий от всех стационарных источников предприятий теплоэнергетики и промышленности, расположенных непосредственно на городской территории. Кроме того, существенная часть индивидуального жилого частного сектора, занимающую значительную часть территории Алатауского района не газифицирована и является источником продуктов сгорания твердого топлива, что подтверждается превышением в 1,2–1,6 раза ПДК оксида углерода и до 11,2 раза ПДК пыли в атмосфере района в холодный период года. При неполном сгорании и термическом разложении углеводородов топлива образуются взвешенные вещества (сажа), представляющие собой частицы твердого углерода, на поверхности которых может адсорбироваться бенз(а)пирен. В этом случае попадание частиц сажи в дыхательные пути оказывает еще более негативное влияние на организм, стимулируя развитие злокачественных новообразований.

Ранжирование по величине удельного веса выбросов загрязняющих веществ в атмосферу исследуемых районов от стационарных источников позволило распределить исследуемые районы в следующем порядке: Ауэзовский (13,90±6,15 %), Медеуский (6,23±1,15 %), Бостандыкский (5,73±0,68 %) и Алатауский районы (1,92±0,63 %). Основными причинами загрязнения атмосферного воздуха в городе от стационарных источников являются: устаревшие технологии многих производств; недостаточное количество и невысокая эффективность существующих пылегазоочистных установок; нарушения технологического режима работы; использование в энергетике низкокачественных углей.

Стремительный рост автопарка в мегаполисе привел к увеличению более чем на 50 % количества вредных примесей в воздухе и к возрастанию уровней шума на городских магистралях на 5–10 дБ. Одной из отрицательных характеристик транспортного шума является его распространение на обширных территориях и практически постоянное воздействие на протяжении суток. Сильный и продолжительный шум оказывает вредное воздействие на организм человека в целом, вызывая раздражение, ухудшение самочувствия и ускоряя процессы утомления. Доля транспорта в шумовом воздействии на население на территориях Ауэзовского и Медеуского районов, где расположены крупные транспортные магистрали, достигает 80 % и составляет 55–73 дБ в дневное время и 40–45 дБ в ночное время.

Средние значения радиационного гамма-фона приземного слоя атмосферы по районам мегаполиса находились в пределах 0,10–0,31 мкЗв/ч. В среднем радиационный гамма-фон за период составил 0,16±0,01 мкЗв/ч и находился в допустимых пределах.

Таким образом, проведенный анализ позволил сделать следующие выводы:

1. Общая оценка атмосферного воздуха г. Алматы в целом характеризуется высоким и очень высоким уровнем загрязнения по СИ, НП и ИЗА5, показатели которых по годам периода 2007–2014 гг. варьировали в диапазоне 5–10, 20–49 % (и выше), 10,1–13,3 соответственно.

2. Основными загрязнителями атмосферного воздуха г. Алматы, определяющими наибольший вклад в экологический ущерб и риск здоровью населения, являются диоксид азота (NO2), диоксид серы (SO2), оксид углерода (CO), формальдегид, бенз(а)пирен, свинец и взвешенные вещества (пыль, сажа), среднегодовые концентрации которых в приземном слое атмосферы превышают ПДК в 2–5 и более раз, особенно при неблагоприятных метеорологических условиях. На холодный период года (1 и 4 кварталы) приходится сезонный максимум уровня всех приоритетных загрязняющих веществ (ЗВ), среднемесячная концентрация диоксида азота в январе достигает 5,1 ПДК, оксида углерода – 3,4 ПДК, взвешенных веществ – 1,2 ПДК. Максимальная кратность превышения ПДК по формальдегиду отмечается в теплую часть года с апреля по август.

3. За период 2007–2014 гг. число стационарных источников (промышленные предприятия, индивидуальный жилой сектор и ТЭЦ-2), имеющих вредные выбросы, сократилось на 22,4 %. Их удельный вес в суммарном годовом объеме эмиссий загрязняющих веществ составляет 19,8–21,6 % от всех стационарных и передвижных источников. Следовательно, ведущим источником загрязнения являются выхлопные газы автотранспорта, которые составляют около 80,0 % всех выбросов в атмосферу города.

4. Самая неблагополучная ситуация отмечена в Ауэзовском районе, где средний уровень за период превысил аналогичный показатель в Медеуском районе – в 2,2 раза, в Бостандыкском и Алатауском районах – в 2,4 и 7,5 раза соответственно. Отмечен устойчивый рост выбросов загрязняющих веществ в динамике в Ауэзовском районе – в 4,16 раза, и в Алатауском районе – в 4,7 раза. Превышение в 1,2–1,6 раза ПДК оксида углерода и до 11,2 раза ПДК пыли в атмосфере Алатауского района свидетельствует о преобладающем использовании в теплоисточниках индивидуального жилого сектора твердого топлива (низкокачественного угля, древесины, бытовых отходов). Доля транспорта в шумовом воздействии на население на территориях Ауэзовского и Медеуского районов, где расположены крупные транспортные магистрали, достигает 80 %.