Геоэкологическая оценка техногенного загрязнения и экологических рисков для населения крупного центра металлургической промышленности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Седых Владислав Александрович

• Седых Владислав Александрович
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Седых Владислав Александрович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПОДХОДЫ К ОЦЕНКЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ И ОЦЕНКЕ РИСКОВ ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ НАСЕЛЕНИЯ

1.1. Характеристика экологического состояния промышленных городов

1.2. Факторы, влияющие на загрязнение в промышленных городах

1.3. Оценка риска для здоровья населения, связанного с техногенным

загрязнением в промышленных городах

Выводы

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА, КРИТЕРИИ И АЛГОРИТМЫ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ И РИСКОВ ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ НАСЕЛЕНИЯ КРУПНОГО ЦЕНТРА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ

ПРОМЫШЛЕННОСТИ

2.1. Общая схема и этапы исследования

2.2. Методы оценки загрязнения воздушной среды

2.3. Оценка загрязнения почвы тяжелыми металлами

2.4. Методы биоиндикационного исследования

2.5. Интегральная оценка состояния окружающей среды

2.6. Оценка экологических рисков для здоровья населения

2.7 Методы выявления зон экологических рисков и геоинформационного

картографирования территории

Выводы

ГЛАВА 3. КОМПЛЕКСНАЯ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА СОСТОЯНИЯ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ ПО СОВОКУПНОСТИ ЭКОГЕОХИМИЧЕСКИХ И БИОИНДИКАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ (НА ПРИМЕРЕ ГОРОДА ЛИПЕЦКА) . . . . 67 3.1. Эколого-географическая характеристика города Липецка

3.2. Источники загрязнения атмосферного воздуха и приоритетные загрязняющие вещества

3.3. Оценка аэротехногенного загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха в городе Липецке

3.4. Содержание тяжелых металлов в почвенном покрове

3.5. Биоиндикация состояния городской среды

3.6. Интегральная оценка состояния окружающей среды

Выводы

ГЛАВА 4. ГЕОИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКАЯ

МОДЕЛЬ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ОЦЕНКИ И ФОРМИРОВАНИЯ ЗОН ЭКОЛОГИЧЕСКИХ РИСКОВ С ОБОСНОВАНИЕМ СИСТЕМЫ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ НАСЕЛЕНИЯ

4.1. Оценка канцерогенных рисков для здоровья населения

4.2. Оценка неканцерогенных рисков для здоровья населения

4.3. Геоинформационно-аналитическая (картографическая) модель зон экологического риска центра металлургической промышленности

4.4. Основные пути снижения эмиссионной нагрузки и мероприятия по

обеспечению экологической безопасности

Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Геоэкологическая оценка техногенного загрязнения и экологических рисков для населения крупного центра металлургической промышленности»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Техногенное загрязнение городской среды является одной из наиболее важных экологических проблем современности. Эмиссионная нагрузка урбанизированных территорий, связанная с выбросами промышленных предприятий и возрастающим автотранспортным комплексом, характеризуется высокой интенсивностью и негативным воздействием на окружающую среду и население городских агломераций. По данным Минприроды России городами с наибольшими показателями выбросов загрязняющих веществ в атмосферу являются крупные центры металлургии, нефтепереработки, горнодобывающей промышленности и некоторых других отраслей с эмиссией загрязняющих веществ в пределах от 1875 до 122 тыс. тонн в год [70]. Одним из таких городов является Липецк - крупнейший центр металлургической промышленности Центрально - Черноземного региона (ЦЧР).

Актуальность темы исследования подтверждается повышенным вниманием государства к проблеме загрязнения городских территорий. В настоящее время в Российской Федерации реализуется национальный проект «Экология», в рамках которого создан Федеральный проект «Чистый воздух», направленный на оценку и снижение выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от стационарных и передвижных источников в 12 крупных центрах промышленного производства, в том числе городе Липецке (Братск, Красноярск, Липецк, Магнитогорск, Медногорск, Нижний Тагил, Новокузнецк, Норильск, Омск, Челябинск, Череповец, Чита) [121].

Степень разработанности проблемы. Анализ состояния городской среды и подходы к улучшению ее качества находят отражение в большом количестве трудов как отечественных (Касимов Н.С. [38-39], Ревич Б.А. [89-97], Безуглая Э.Ю. [5-8], Куролап С.А. [55-59, 115], Кочуров Б.И. [35, 51] и др.), так и зарубежных авторов [129-140]. Влияние измененных техногенным фактором геохимических и физических условий среды обитания обусловливает широкий спектр негативных воздействий и создает экологические риски для здоровья

городского населения. Проблема развития токсикологических, мутагенных и канцерогенных эффектов, связанных с влиянием загрязненной среды, обоснована множеством исследований национального и регионального уровней (Голиков Р. А. [21], Куролап С. А., Клепиков О.В. [55-59, 115], Онищенко Г. Г. [6668], Ревич Б. А. [89-97], Скворцова Н. С. [108] и др.). Причем, организация экологического и социально-гигиенического мониторинга в городах призвана обеспечить контроль состояния среды обитания, спрогнозировать возможность развития рисков и принять своевременные превентивные меры государственного реагирования.

Ранее проведенные исследования по оценке загрязнения окружающей среды в городе Липецке [64, 119, 124] показывают ведущую роль техногенного, в том числе аэрогенного загрязнения в формировании качества городской среды. Однако данные исследования детально не отражают пространственно-временной аспект загрязнения, не подтверждены геоинформационным картографированием зон экологических рисков и не охватывают изменения про-мышленно-транспортной инфраструктуры последний лет.

Научной задачей исследования является разработка методики интегральной геоэкологической оценки качества городской среды, её апробация и выявление с применением геоинформационных технологий закономерностей формирования зон экологических рисков в условиях развитого центра металлургической промышленности.

Цель данного исследования состоит в совершенствовании научно-методического аппарата интегральной оценки геоэкологической ситуации и выявления зон экологических рисков крупного центра металлургической промышленности с учетом аэротехногенного, почвенно-геохимического загрязнения, биотических реакций древесных растений и рисков для здоровья населения. В качестве модельного города выбран Липецк с населением около 500 тыс. жителей - крупнейший промышленно развитий центр ЦЧР со специализацией в сфере чёрной металлургии полного цикла.

Для достижения цели исследования поставлены следующие частные задачи.

1. Разработать оригинальную методику и алгоритмы интегральной геоэкологической оценки состояния городской среды крупного центра металлургической промышленности по совокупности аэротехногенных, почвенно-геохимических, биоиндикационных показателей и критериев опасности экологических рисков для здоровья населения.

2. Осуществить апробацию методики на основе разработанного алгоритма путем оценки аэротехногенного загрязнения воздушной среды по 6 приоритетным загрязняющим веществам в приземном слое атмосферного воздуха г.Липецка за период 2018-2022 гг. (оксид углерода /ТО/, диоксид серы /SO2/, диоксид азота /ЫС2/, сероводород Ш^/, фенол, формальдегид) и эколого-геохимической оценки загрязнения почвенного покрова города приоритетными тяжелыми металлами (кадмий ртуть Ш^, свинец /?Ь/, цинк ^п/).

3. Выполнить биоиндикационную оценку состояния растительного покрова (древесных растений на примере тополя итальянского) на территории различных функциональных зон города Липецка.

4. Произвести комплексную геоэкологическую диагностику городской среды по совокупности аэротехногенных, почвенно-химических и биоиндикационных показателей.

5. Оценить потенциальные канцерогенные и неканцерогенные риски для здоровья населения г. Липецка с учетом приоритетных систем организма, подверженных негативному воздействию техногенных поллютантов.

6. Создать геоинформационно-аналитическую (картографическую) модель интегральной оценки экологического риска, характеризующую пространственное размещение зон экологического риска для населения крупного центра металлургической промышленности.

7. Обосновать систему практических рекомендаций для минимизации экологических рисков и обеспечению экологической безопасности населения территории крупного центра металлургической промышленности.

Объектом исследования является техногенное загрязнение городской среды под воздействием антропогенных и природных факторов в системе «человек - среда обитания» в крупном центре металлургической промышленности.

Предметом исследования выступают алгоритмы, модели и методика интегральной экологической оценки состояния городской среды и рисков для здоровья населения города Липецка.

Методология и методы исследования. Методология исследования экологического состояния городской среды с применением информационных технологий базируется на теоретических подходах, практических методиках и результатах, предложенных ведущими отечественными и зарубежными учеными в области мониторинга окружающей среды, экогеохимии городских ландшафтов, оценки риска для здоровья населения при воздействии химических поллю-тантов, а также технологий геоинформационного картографирования [ 3, 5, 12, 39, 55, 67, 82, 92, 118]. В работе применялись методы экогеохимических, биоиндикационных, геоинформационных исследований, оценки экологического риска для здоровья населения. Интегрирующим инструментом для оценки и картографирования экологической ситуации служат методы вероятностно-статистического анализа, реализованные в MS EXCEL, а также геоинформационно-аналитические технологии (картографирование в среде QGis 3.10).

Фактический материал. В качестве исходных данных для выполнения диссертационной работы использованы результаты собственных натурных измерений концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, тяжелых металлов в почве и исследований биоиндикационных реакций древесных растений на техногенное загрязнение окружающей среды г.Липецка. Кроме того использованы фондовые данные Липецкого центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды по загрязнению атмосферы города за период 2018-2022 гг.

Достоверность научных результатов обеспечивается использованием классических методологических подходов, основанных на изучении научных концепций и методик, анализом большого массива собственных эксперимен-

тальных и статистических данных. Материалы диссертации апробированы при выполнении автором в рамках гранта Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) в рамках программы «Аспиранты» (проект № 20-35-90024 «Геоэкологическая оценка состояния воздушного бассейна, загрязнения почвенного покрова тяжелыми металлами и оценка рисков для здоровья населения в крупном центре металлургической промышленности (на примере города Липецк)» и при выполнении отдельных разделов проекта Российского научного фонда (РНФ) «Урбоэкодиагностика состояния воздушной среды крупных промышленных городов Центрального Черноземья: воздействие шумового фактора, канцерогенные риски и обеспечение экологической безопасности» (проект № 20-17-00172)

Теоретическая значимость исследования определяется возможностью расширения и углубления знаний о закономерностях формирования зон экологических рисков в условиях интенсивных техногенных воздействий в центре металлургической промышленности.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- на основе совершенствования известных в литературе подходов, оригинальных авторских разработок и экспериментальных исследований разработана оригинальная методика и критерии интегральной геоэкологической оценки территории крупного центра металлургической промышленности, характеризующиеся сопряженным учетом факторов аэротехногенного, почвенного загрязнения, спецификой биоиндикационных ответных реакций древесных растений, критериев экологических рисков для здоровья населения;

- с применением разработанного алгоритма проведена геоэкологическая диагностика (апробация разработанной методики) состояния городской среды для детальной оценки пространственно-временных характеристик экогеохими-ческого загрязнения городской среды и ответных биоиндикационных реакций древесных растений, адаптированная к промышленным центрам металлургической специализации (на примере города Липецка);

- создана геоинформационно-аналитическая модель интегральной оценки экологического риска для населения крупного центра металлургической промышленности (с картографической визуализацией на примере города Липецка), отличающаяся комплексным учетом параметров аэротехногенного, почвенно-геохимического загрязнения, биоиндикационных ответных реакций древесных растений на техногенное загрязнение городской среды и критериев риска для здоровья населения, характеризующая зоны различных экологических рисков, для которых предложена система мероприятий по обеспечению экологической безопасности населения.

Практическая значимость исследования заключается в возможности совершенствования системы мониторинга атмосферного воздуха и почв города Липецка на основе данных исследования; получении наглядной картины динамики загрязнения воздуха в пространственном аспекте; использовании результатов геоэкологической диагностики для профилактики экологически обусловленных заболеваний и разработке комплекса природоохранных мероприятий по снижению антропогенной нагрузки, минимизации рисков техногенного загрязнения территории и обеспечения экологической безопасности населения.

Эффективность исследований подтверждена внедрением результатов диссертации в практическую деятельность Управления экологии и природных ресурсов Липецкой области в виде усовершенствования системы маршрутного мониторинга атмосферного воздуха, а также в учебную деятельность кафедры географии, биологии и химии Липецкого педагогического университета имени П.П. Семенова-Тян-Шанского в преподавании дисциплин «Экологический мониторинг» и «Нормирование и снижение загрязнения окружающей среды» для студентов, обучающихся по направлению 05.03.06 «Экология и природопользование», профилю «Экология».

На защиту выносятся следующие основные положения.

1. Методика и система критериев интегральной геоэкологической оценки состояния городской среды крупного центра металлургической промышленности.

2. Алгоритм и результаты комплексной геоэкологической диагностики состояния городской среды по совокупности аэротехногенных, почвенно-геохимических и биоиндикационных показателей (на примере города Липецка).

3. Геоинформационно-аналитическая модель интегральной оценки и картографирования зон экологического риска с обоснованием системы мероприятий по обеспечению экологической безопасности населения на территории крупного центра металлургической промышленности.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. В соответствии с целью, задачами и полученными научными результатами диссертация соответствует следующим пунктам паспорта научной специальности: п. 6. Разработка научных основ рационального использования и охраны водных, воздушных, земельных, биологических, рекреационных, минеральных и энергетических ресурсов Земли; 14. Научные основы организации геоэкологического мониторинга природно-технических систем и обеспечение их экологической безопасности, разработка средств контроля состояния окружающей среды; 16. Моделирование геоэкологических процессов и последствий хозяйственной деятельности для природных комплексов и их отдельных компонентов. Современные методы геоэкологического картирования, ГИС-технологии и информационные системы в геоэкологии.

Апробация работы. Материалы исследования доложены и обсуждены на XI Всероссийской научно-практической конференции «Геоинформационное картографирование в регионах России» (Воронеж, 2020); XIII Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии и охраны труда» (Курск, 2021); Всероссийской научно-практической конференции «Полевые исследования природного и культурно-исторического наследия в регионах» (Липецк, 2021); V Всероссийской межведомственной научно-практической конференции с международным участием «Муниципальные образования регионов России: проблемы исследования, развития и управления» (Воронеж, 2022); VII и VIII межвузовских научно-практических конференциях

«Гигиенические, эпидемиологические и экологические аспекты профилактики заболеваемости на региональном уровне (Воронеж, 2022, 2023).

Личный вклад автора. Личный вклад автора проявился в корректной постановке задач исследования, проведении и анализе собственных экспериментальных исследований, включавших натурные измерения концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе города Липецка в 61-ой мониторинговой точке, исследования биоиндикационных реакций древесной растительности и содержания тяжелых металлов в почвенном покрове города, комплексную оценку состояния окружающей среды, расчет и оценку аэротехногенных рисков для здоровья населения, зонирование территории города Липецка по интенсивности техногенного воздействия на среду. Формулировка, обоснование основных защищаемых положений и выводов работы выполнены лично автором.

Публикации результатов исследования. По материалам работы опубликовано 20 печатных работ, в том числе 7 - в ведущих рецензируемых изданиях, перечня ВАК РФ и Scopus, и 2 монографии (по итогам исследований, поддержанных грантами РФФИ и РНФ).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка, включающего 140 источников, в том числе 12 источников иностранной литературы. Работа изложена на 181-ой странице машинописного текста, содержит 30 рисунков, 34 таблицы и Приложение с фрагментами исходных данных и вспомогательной информацией.

Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность за методическую помощь в сборе и обработке материалов исследования научному руководителю д.г.н., профессору С.А. Куролапу, д.б.н., профессору О.В. Клепикову, к.г.н., доценту Л.Н. Беляевой, начальнику Липецкого центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды - филиала Федерального государственного бюджетного учреждения «Центрально-Черноземное управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды» Н.М. Соломахиной.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПОДХОДЫ К ОЦЕНКЕ

ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ И ОЦЕНКЕ РИСКОВ ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ НАСЕЛЕНИЯ

1.1 Характеристика экологического состояния промышленных городов

Современное состояние городских территорий характеризуется повышенной техногенной нагрузкой на окружающую среду. Развитие промышленности и увеличение количества автотранспорта оказывают негативное воздействие на все природные компоненты и приводит к созданию неблагоприятных условий для здоровья и жизнедеятельности человека. Промышленные выбросы, автомобильные выхлопы, общая загазованность и загрязнение городской среды становятся одними из главных экологических проблем настоящего времени, с которыми сталкивается огромное количество населения городов.

По данным Всемирного банка доля городского населения планеты составляет 56,1%, и эта цифра продолжает расти. В Российской Федерации в городах сосредоточено 75% всего населения страны [15]. Все люди, проживающие на урбанизированных территориях, подвергаются, в той или иной степени, воздействию неблагоприятных условий среды различной интенсивности, обусловленных техногенным загрязнением.

Большое количество промышленных выбросов предприятий различных отраслей производства, автомобильные выхлопы, продукты горения и т.д. первоначально попадают в воздушную среду, тем самым, делая атмосферный воздух главным акцептором поллютантов, поступающих в атмосферу вследствие хозяйственной деятельности человека. Изменение химического состава и наличие в воздушной среде загрязняющих веществ в концентрациях, превышающих безопасные, характеризует качество атмосферного воздуха как низкое и создает предпосылки для ухудшения состояния городской среды и всех, как природных, так и социальных компонентов, включая уровень жизни и здоровья людей.

В ходе взаимодействия и обмена веществом между геосферами эмиссия и сбросы загрязняющих веществ различного генезиза формируют поля загрязне-

ния во всех природных компонентах. Так, с атмосферными осадками, фильтрацией и в процессе осаждения из атмосферы поллютанты попадают в городские почвы, загрязняя их тяжелыми металлами, нефтепродуктами, пестицидами и другими веществами в концентрациях, превышающих способность среды к самоочищению и восстановлению.

Современный город - это сложная структура, характеризующаяся глубоким преобразованием окружающей среды. Высокая плотность населения, разветвленная дорожно-уличная сеть, объекты энергетической и промышленной инфраструктуры создают на территориях городов техногенные геохимические провинции [82, 126, 127]. Для городских ландшафтов, под влиянием техногенных процессов и урбанизации, характерны не только значительные преобразования, но и существенные (в том числе необратимые) геохимические изменения основных физико-химических свойств ландшафта, которые уже не соответствуют своим природным аналогам [3, 83].

Степень интенсивности негативного антропогенного воздействия на компоненты природных систем различна для каждой отдельной городской территории и зависит от величины города, типа городской застройки, производственной специализации, степени озеленения, рельефа и других факторов. В этом отношении промышленные города характеризуются наиболее высокой степенью экологической нагрузки на среду, что обусловлено наличием в городской черте и на прилегающих территориях крупных промышленных мощностей различных отраслей производства. Если в городах, не имеющих крупных производств, основная эмиссионная нагрузка приходится на выхлопы автотранспорта, доля которых может доходить до 90% [71, 81, 114] в общей структуре выбросов, то в промышленных городах главными источниками загрязнения являются промышленные предприятия.

На территории Российской Федерации в 2020 году общая эмиссия загрязняющих веществ в атмосферный воздух составила 22227,6 тыс. тонн загрязняющих веществ, при этом удельный вес стационарных источников составляет 76,3%. В региональном разрезе наибольшие показатели выбросов приходятся

на территории Сибирского и Уральского федеральных округов: 6411 и 3891,4 тыс. тонн в год соответственно [70]. Такие показатели обусловлены высокими промышленными мощностями Сибири и Урала, где расположены производства нефтехимической отрасли, черной и цветной металлургии, энергетики, горнодобывающей промышленности. Наименьшие показатели выбросов приходятся на Северо-Кавказский и Южный федеральные округа (837,7 и 1337,3 тыс. тонн соответственно) [70], что обусловлено низкими промышленными мощностями и сельскохозяйственной, а также туристической специализацией регионов, входящих в состав округов.

Структура выбросов загрязняющих веществ в разных городах имеет свою специфику, обусловленную специализацией и наличием определенных отраслей производства, развитием дорожной сети и количеством автотранспорта. Однако некоторые вещества выделяются своими объемами и являются наиболее распространенными загрязняющими компонентами, отходящими от источников загрязнения. К наиболее распространённым загрязнителям атмосферы относятся соединения серы, окислы азота и углерода, пыль (взвешенные вещества), хлора, фтора, тяжёлые металлы и т.д. [13, 16, 17, 19].

По данным Федеральной службы государственной статистики за 2020 год из общего количества загрязняющих веществ, выброшенных в атмосферу (22227,6 тыс. тонн), 8481 тыс. тонн пришлось на оксид углерода, 3681 тыс. тонн на диоксид серы и 2864 тыс. тонн на оксиды азота, что совокупно составляет 67,6% от общей эмиссии загрязняющих веществ в атмосферу [116].

Однако не всегда объем выброса поллютанта определяет степень и интенсивность загрязнения. Многие вещества, имея небольшие показатели эмиссии, присутствуют в компонентах природной системы в концентрациях, опасных для окружающей среды и человека. Данная ситуация обусловлена токсичностью и классом опасности того или иного вещества.

В Российской Федерации степень воздействия различных веществ на живые организмы регламентируется санитарно-гигиеническими нормативами, которые устанавливают референтную и опасную дозы поллютанта, а также опре-

деляют класс опасности вещества. Постановление главного государственного санитарного врача Российской Федерации №2 от 28.01.2021 года «Об утверждении санитарных правил СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания» [75] вводит нормативы безопасных и опасных доз загрязняющих веществ.

Введенные нормативы определяют предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ, которые используются при оценке качества среды урбанизированных территорий. ПДК определяют максимальную безопасную дозу поллютанта, которая не оказывает прямого или косвенного воздействия на здоровье человека и окружающую среду.

Для атмосферного воздуха устанавливаются максимально разовая концентрация (ПДКм.р), которая определяет разовую дозу острого токсического воздействия, и предельно допустимая среднесуточная концентрация (ПДКс.с), определяющая безопасность длительного (хронического) воздействия.

Также документ устанавливает классы опасности загрязняющих веществ (ЗВ), которые подразделяются на 4 класса:

1-й - вещества чрезвычайно опасные;

2-й - вещества высокоопасные;

3-й - вещества умеренно опасные;

4-й - вещества малоопасные.

Например, к первому классу относятся такие вещества, как без(а)пирен, кадмий, ацетат ртути; ко второму - формальдегид, фенол, хлор, сероводород; к 3 - диоксид и оксид азота, диоксид серы; к 4 - оксид углерода.

Промышленные города с крупными мощностями производства отличаются сильной эмиссионной нагрузкой на окружающую среду. По данным Минприроды России города с наибольшими значениями выбросов в атмосферу от стационарных источников (таблица 1.1.) характеризуются значениями эмиссии в пределах от 1875 до 122 тыс. тонн в год. [70]

Таблица 1.1

Города с наибольшими показателями выбросов в атмосферу от стационарных

источников в 2020 г.

Город, городской Субъект РФ Всего выброшено в ат-

округ мосферу загрязняющих веществ, тыс. тонн

г. Норильск Красноярский край 1875,1

г. Череповец Вологодская область 280,3

г. Новокузнецк Кемеровская область 277,5

г. Липецк Липецкая область 270,3

Рефтинский Свердловская область 229,7

Междуреченский Кемеровская область 194,5

г. Магнитогорск Челябинская область 185,6

Воркута Республика Коми 151,8

г. Уфа Республика Башкортостан 141,5

г. Омск Омская область 122,7

Все города с наибольшими показателями выбросов в атмосферу являются крупными центрами металлургии, нефтепереработки, горнодобывающей промышленности и других отраслей. Необходимо отметить, что одним из городов с высокой эмиссией в атмосферу является и Липецк - крупный центр металлургической промышленности России.

Черная металлургия является отраслью промышленности, занимающей ведущее место по отходящим валовым выбросам в атмосферу. В крупных центрах черной металлургии организация производится строится по принципу комбинатов полного цикла и имеет ряд основных переделов: агломерационное, коксохимическое, доменное, сталелитейное, прокатное, ферросплавное, огнеупорное производства. В структуре выбросов металлургических комбинатов преобладают оксид углерода, сернистые соединения (диоксид серы, сеороводо-род), оксиды азота, летучие органические соединения (фенол, бенз(а)пирен, формальдегид, бензол и др.) Также, в выбросах предприятий черной металлургии присутствуют тяжелые металлы, отличающиеся высокой токсичностью (свинец, кадмий, ртуть, хром, цинк, мышьяк и др.). [23]

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Седых Владислав Александрович, 2023 год

источников

Вещества Объемы выбросов, тонн

2018 2019 2020 2021

Всего 284 645 274 915 270 339 271557

В т. ч. твердые 20 649 17 748 17 552 16 022

В т. ч. газообраз- 263 996 257 167 252 787 255 536

ные и жидкие

Диоксид серы 22 109 20 313 21 082 20 817

Оксид углерода 219 608 214 604 209 012 212 022

Оксид азота (в 19 042 18 903 19 345 19 572

пересчете на N02)

Углеводороды 847 842 764 734

(без ЛОС)

ЛОС 2 210 2 322 2 398 2 220

Прочие газооб- 180 183 186 171

разные и жидкие

Основными веществами, загрязняющими воздушный бассейн города Липецка, как и для большинства промышленных городов, являются диоксид серы, оксид углерода и оксиды азота. Данные вещества имеют наибольшую долю в структуре выбросов города. Наибольшими показателями характеризуется оксид углерода (более 200 тысяч тонн в год), что обусловлено металлургической специализацией.

Среди специфических веществ для города Липецка наиболее характерными являются формальдегид, фенол и сероводород, эмиссия которых также связана с металлургическим производством. Данные вещества являются обязательными для контроля на мониторинговой сети наблюдения за состоянием атмосферного воздуха Липецкого ЦГМС и региональной сети наблюдения.

В городе Липецке государственный экологический мониторинг и контроль состояния атмосферного воздуха осуществляется на 6 стационарных постах наблюдения за атмосферой (ПНЗ) лабораториями Липецкого ЦГМС и ОБУ «Центр экологических проектов». На ПНЗ производится систематический контроль содержания в атмосфере следующих компонентов: оксид углерода, диоксид серы, оксид азота, диоксид азота, пыль, фенол, формальдегид, сероводород. Наблюдения проводятся по полной программе - отбор проб 4 раза в сутки в 01:00, 07:00, 13:00 и 19:00 часов в соответствии с «Руководством по контролю загрязнения атмосферы» и приказом Минприроды № 524 от 30.07.2020 г. [98, 79] Однако по результатам наблюдений на ПНЗ далеко не все загрязняющие вещества достигают и/или превышают предельно допустимые концентрации (ПДК) в атмосферном воздухе. Все фиксируемые превышения приходятся, в основном, на три специфических вещества: фенол, формальдегид и сероводород (таблица 3.5).

Таблица 3.5

Места расположения ПНЗ и зафиксированные случаи превышений ПДК ЗВ

(в 2021 году)

Фенол Формальдегид* Сероводород

Кол-во Макс. Кол-во Макс. Кол- Макс.

Пост Местоположение пре- знач. пре- знач. во знач.

ний ПДКм.р. ний ПДКм.р. прений ПДКм.р.

ПНЗ Ул. Титова (район 1 1,5 6 3,2 0 0,2

№2 Кольца трубного завода)

ПНЗ Ул. Невского 2 2,2 - - 10 3,4

№3 (район НЛМК)

ПНЗ Ул. Коммунисти- 0 0,9 19 3,2 38 9,4

№4 ческая (Тракторный район)

ПНЗ Ул. Ушинского 4 1,9 0 0,3 0 0,5

№6 (район «Свободный Сокол»)

ПНЗ Ул. 60 лет СССР 4 1,4 2 1,6 5 1,6

№8

* - анализ концентраций формальдегида на ПНЗ №3 не осуществляется.

Таким образом, основным источником загрязнения воздушной среды города Липецка является ПАО «НЛМК» с валовой эмиссией на уровне 260 тыс. тонн в год, что составляет 97 % от общего вала города. Предприятие, включающее в себя полный цикл металлургического производства, расположено в черте города и оказывает непосредственное влияние на большую часть территории областного центра. Также, в загрязнение атмосферы вносят вклад предприятия химической и машиностроительной промышленности, производство цемента, крупные объекты энергетики и ЖКХ.

Помимо стационарных источников, загрязнение атмосферы обусловлено влиянием автотранспорта города, количество и доля в общей эмиссии которого увеличивается с каждым годом. Загруженность основных участков дорожной сети и увеличение трафика до 100 % в «часы-пик» создают условия для накопления загрязняющих веществ в приземном слое атмосферного воздуха.

Основные (ТО, S02, N0x) и специфические (фенол, формальдегид, сероводород) вещества обусловлены, главным образом, наличием на территории города одного из крупнейших в стране металлургических комбинатов, а также влиянием автотранспорта на улицах Липецка.

3.3. Оценка аэротехногенного загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха в городе Липецке

Состояние атмосферного воздуха промышленных городов характеризуется повышенным потенциалом техногенного загрязнения. Анализ и оценка качества воздушной среды является важным аспектом формирования общей картины экологической ситуации в городе и решений по снижению негативного воздействия на среду. Липецк, являясь крупнейшим центром металлургии Центрального Черноземья, требует повышенного контроля концентраций поллю-тантов в воздушном бассейне городских территорий.

Проведенное нами исследование было направленно на оценку в приземном слое атмосферного воздуха следующих загрязняющих веществ: оксид уг-

лерода (ТО), диоксид серы (S02), диоксид азота (N02), фенол, формальдегид, сероводород (H2S). Измерения и анализ всех результатов проводились в соответствии с описанными методами в главе 2 данной работы.

Оксид углерода. Вещество 4-го класса опасности, поступающее в атмосферу от промышленных предприятий и автотранспорта. Главным вкладчиком C0 в городе Липецке является «Новолипецкий металлургический комбинат». Доля СО в общем объеме выбросов достигает 70-75% (порядка 200 тыс. тонн в год). Также одним из основных источников поступления СО в атмосферу является автотранспорт, объемы выбросов СО от которого на порядок ниже и составляют 40-45 тыс. тонн в год.

Несмотря на высокие объемы выбросов данного загрязнителя в атмосферный воздух, за весь период исследования превышений предельно допустимых максимально разовых концентраций (ПДКм.р.) не зафиксировано ни на сети государственного экологического мониторинга, ни по результатам собственных инструментальных исследований.

Однако по результатам натурных измерений концентраций, некоторые районы города характеризовались предпороговыми значениями ПДК, а также концентрациями выше 0,5 ПДК (точки №35 - ул. Марии Расковой; № 41 - ул. Металлургов; №42 - ул. Краснознаменная, № 43 - ул. Краснозаводская). Максимальные значения 4,1 мг/м3 (0,8 ЦДКм.р.) были зафиксированы в точке №38 около медицинского колледжа в зоне прямого влияния коксохимического производства НЛМК.

Территориально распределение C0 характеризуется повышенным, относительно остальной части города, содержанием в южных и юго-восточных частях города Липецка (р-н Тракторного завода, р-н НЛМК), т.е. расположенных в зоне непосредственного влияния металлургического комбината.

Также несколько повышенное содержание, в пределах 0,6 ПДКм.р., наблюдалось в точках №51 , находящейся в зоне влияния одного из самых крупных и оживленных транспортных перекрестков города (Кольцо трубного завода); № 54 -недалеко от указанного перекрестка, а также вблизи небольшого участка концентрации промышленности, преимущественно пищевой (АО «Данон», ОАО «Ро-

синка»). Минимальные концентрации СО наблюдались в северной части города,

вдали от крупных промышленных предприятий и оживленных автострад (рисунок 3.7).

Рис. 3.7. Зоны пространственного распределения концентраций СО в

атмосферном воздухе

Рис. 3.8. Годовая динамика концентраций СО в атмосферном воздухе

Необходимо отметить, что систематическое повышение концентраций СО в атмосфере фиксируется в холодный период года (октябрь-март), что показывают, как собственные исследования, так и наблюдения на мониторинговой сети города (рисунок 3.8). Увеличение концентраций данного загрязнителя в этот период связано, в первую очередь, с интенсивной работой объектов энергетики, обусловленной нуждами как жилищно-коммунальной сферы, так и промышленности, однако, среднесуточные концентрации при этом остаются на достаточно низком уровне (около 0,4 ПДКс.с.)

Диоксид серы. Вещество 3 класса опасности, поступает в атмосферу в процессе сгорания топлива с содержанием сернистых соединений. Основным источником в городе Липецке является «НЛМК» (около 20 тыс. тонн в год), в особенности агломерационное производство комбината.

За весь период проведения исследования концентрации диоксида серы находились на довольно низком уровне (0,1-0,2 ПДК). Локальные превышения максимально разовых концентраций данного поллютанта в значениях 3 ПДК фиксировались в летний период в районе расположения агломерационного производства НЛМК (мониторинговая точка № 46) и 1,4 ПДК (точка № 41), также вблизи металлургического комбината. Остальная часть города во все периоды года характеризуется отсутствием диоксида серы в атмосферном воздухе в концентрациях, способных вызвать какое-либо беспокойство.

Диоксид азота. Вещество 3-го класса опасности. Главным путем поступления в атмосферу являются процессы сгорания топлива на промышленных предприятиях, в котельных и в автотранспорте.

За период проведения настоящего исследования превышения значений ПДКм.р. по данному загрязняющему веществу выявлено не было. Однако некоторые территории города характеризовались повышенным содержанием N02 на уровне до 0,95 ПДКм.р.. Систематически повышенным уровнем концентраций загрязнителя в приземном слое атмосферного воздуха характеризуются районы, прилегающие к НЛМК (точки № 40 - 0,85 ПДК, № 38 - 0,65 ПДК), а также

вблизи участков дорожной сети с интенсивным движением (точки № 1 - 0,7, № 31 - 0,75, № 51 - 0,7, № 58 - 0,95 ПДК) (рисунок 3.10).

Основной рост концентраций наблюдается в теплый период года: годовая динамика характеризуется значениями, близкими к верхней границе ПДКсс. или же равными ей именно в этот период (рисунок 2.9). Но в зонах, подверженных загрязнению, повышенный фон сохраняется и в холодный период (точки № 58, 31), где значения максимально разовых ПДК достигают 0,7.

Фенол. Вещество 2-го класса опасности, основными источниками поступления в атмосферу являются неполное сгорание углеводородов на предприятиях промышленности, ТЭЦ, а также транспортные выхлопы. В связи со специализацией Липецка на черной металлургии, одним из главных источников фенола в городе является главная промышленная площадка города - НЛМК и, в частности, коксохимическое производство и литейные цеха.

Рис. 3.9. Зоны пространственного распределения концентраций КО2 в

атмосферном воздухе

Рис. 3.10. Годовая динамика концентраций N02 в атмосферном воздухе Результаты натурных измерений концентраций фенола в атмосферном воздухе города Липецка показал наличие неоднократных и систематических превышений ПДКм.р. в пределах от 1,1 до 8,6 долей ПДК. Максимальные превышения допустимых концентраций получены в точках № 37 (Проспект Мира - 8,6 и 2,1 ПДК), № 55 (район Ж/Д вокзала - 7,4 и 2,1 ПДК), № 24 (Проспект Победы - 4,4 и 2,1 ПДК), № 41 (район коксохимического производства - 3,8 ПДК), № 51 (перекресток Кольцо трубного завода - 2,7 и 2 ПДК).

Также превышения в пределах от 1,1 до 2,5 долей ПДК фиксировались в точках № 8, 16, 23, 25, 31, 51. Также в ходе исследования фиксировались значения концентраций, не превышающих ПДК, но находящиеся в предпороговых пределах: точка № 41 (ул. Передельческая, район НЛМК) - 0,8 ПДК, точка № 11 (бульвар В. Сорокина, «Верхний парк») - 0,7 ПДК. В остальных точках значения концентраций выше 0,5 ПДК не зафиксированы. Минимальные значения получены в точках, максимально удаленных от крупных промышленных предприятий и автомобильных дорог (рисунок 3.11).

В сезонной динамике (рисунок 3.12) концентрации фенола заметно увеличиваются в основном в теплый период года (апрель-октябрь) и снижаются в холодный (ноябрь - март). Произведенные измерения концентраций фенола в

холодный период (февраль 2021 года) не выявили превышений ПДК и находились в пределах на порядок ниже концентраций, полученных при измерениях в теплый период.

Формальдегид. Среди широкого спектра загрязнителей, оказывающих негативное воздействие на организм и здоровье человека, особое место занимают вещества, обладающие канцерогенными эффектами. В частности, к таким веществам относится формальдегид, присутствие которого повышает риск возникновения злокачественных новообразований у населения, проживающего в зоне воздействия. В последние годы проблема формальдегидного загрязнения всё чаще обсуждается в работах современных и зарубежных авторов. Исследования, проведенные в Воронеже [56], Томске [105], Москве [111], Ижевске [63], Норильске, [18], США [136], показывают характерную картину повышенного

Рис. 3.11. Зоны пространственного распределения концентраций фенола

в атмосферном воздухе

Рис. 3.12. Годовая динамика концентраций фенола в атмосферном воздухе

содержания поллютанта как в примагистральных и промышленных зонах, так и в зонах жилой застройки, что является наиболее опасным фактором.

Формальдегид - вещество, обладающее токсическим действием и относящееся ко 2-му классу опасности, оказывает неблагоприятное воздействие на организм человека. Основными путями поступления формальдегида в атмосферу является неполное сжигание топлива (теплоэлектростанции, котельные, автотранспорт). Так же, формальдегид поступает с выбросами предприятий металлургической, химической и ряда других отраслей промышленности. Важным аспектом является вторичное образование формальдегида в ходе цепи химических реакций углеводородов с окислителями в атмосфере (в том числе с оксидами азота) под действием солнечной радиации [109]

Анализ и оценка загрязнения городской среды города Липецка формальдегидом позволяет выявить основные закономерности динамики и пространственного распространения канцерогена. За период наблюдений (2018-2022 гг.) на ПНЗ Липецкого ЦГМС было зафиксировано более 30 превышений максимально разовых предельно допустимых концентраций. Наиболее высокие значения, равные 3,2 ПДКм.р., наблюдались на ПНЗ № 4 (Тракторный район), расположенном вблизи НЛМК, в также ПНЗ № 2 («Кольцо трубного завода»).

Помимо превышений максимально разовых значений допустимого уровня за данный период, похожая картина наблюдается относительно среднесуточных концентраций. Годовая и суточная динамика концентраций формальдегида представлена на рисунках 3.13 -3.15.

Потенциально опасным фактором является систематическое превышение среднесуточного ПДК (ПДКсс.) в отдельные месяцы и периоды. Наиболее высокие концентрации формальдегида наблюдаются в летний период, со среднесуточными значениями, достигающими 1,3 ПДКсс. Повышенные значения характерны и для сентября. Минимальные характерны для холодного периода года (рисунок 3.13).

0,014 0,012

ПДКс.с. - 0.01 мг/куб. м.

0,010 0,008

и

" 0,006 0,004 0,002 0,000

Зима Весна Лето Осень

■ ПН ! 2 ПНЗ 4 ПНЗ 6 ПНЗ 8

Рис. 3.13. Сезонная динамика концентраций формальдегида В суточном ходе пик концентраций приходится на вечерние часы. Такие показатели, наиболее вероятно, связаны с аккумулятивным эффектом накопления загрязнения и вечерним «часом-пик» на дорогах города, который растягивается с 16:30 до 19:30 часов. Минимальные значения наблюдаются в утренние часы (07:00). Утренний «час-пик», который длится с 07:00 до 09:00 часов ещё

не оказывает своего влияния на отбор проб на ПНЗ, который осуществляется в 07:00 часов.

Наиболее высокие концентрации формальдегида характерны для ПНЗ № 4 (Тракторный район, вблизи НЛМК) и ПНЗ № 2 (вблизи одного из наиболее оживленных перекрестков города - «Кольцо трубного завода»). Суточный ход концентраций на указанных ПНЗ представлен на рисунках 3.14 и 3.15.

Рис. 3.14. Суточная динамика концентраций формальдегида (ПНЗ № 4) В результате натурных измерений концентраций формальдегида в приземном слое атмосферы были выявлены превышения ПДКм.р. в 7 мониторинговых точках в пределах от 1,2 до 2,5 ПДК. Наибольшие показатели фиксировались в точках: пр-кт Мира (2,4 ПДК), ул. Краснознаменная (2,15 ПДК), ул. Краснозаводская (2,5 ПДК) - точки вблизи НЛМК; перекресток Кольца трубного завода (2,2 ПДК). Остальные превышения были зафиксированы вблизи оживленных городских дорог в правобережной части города. Зоны формальде-гидного загрязнения г. Липецка, по результатам собственных натурных измерений, представлены на рисунке 3.16. Основными зонами загрязнения формальдегидом являются территории, прилегающие к НЛМК, а также наиболее ожив-

ленные участки дорожной сети, что соотносится с данными наблюдения на постах Липецкого ЦГМС.

январь февраль март апрель май июнь июль август сентябрь октябрь ноябрь декабрь

Рис. 3.15. Суточная динамика концентраций формальдегида (ПНЗ № 2)

Важным фактором, влияющим на содержание формальдегида в атмосферном воздухе, является вторичное загрязнение - образование загрязняющего вещества под воздействием метеорологических условий, солнечной радиации и состояния атмосферы. Данную зависимость в своих работах отмечают многие исследователи [8, 56, 9105]. Как показано в работах [8, 109], формальдегид образуется при фотоокислении различных органических соединений в присутствии оксидов азота. Обычно это происходит в безветренную ясную погоду, когда метеоусловия способствуют накоплению примесей и последующей фотохимической трансформации.

Для анализа связи между метеопараметрами и концентрациями формальдегида в городе Липецке был проведен расчет коэффициента линейной корреляции, показывающий зависимость роста и снижения концентраций от температуры воздуха, силы ветра и влажности воздуха при соспоставлении этих дан-

ных по отдельным срокам наблюдений. Коэффициенты корреляции за весь период исследования представлены в таблице 3.6. Цветом выделены наиболее значимые показатели корреляции.

Рис. 3.16. Пространственное распространение зон формальдегидного

загрязнения в г. Липецке

Результаты показали умеренную, но устойчивую положительную тенденцию увеличения содержания в атмосфере исследуемого поллютанта при повышении температуры воздуха, т. е. с ростом температуры происходит и рост концентраций формальдегида. В особенности это характерно для теплого периода года и дневного времени, когда температура и солнечная радиация максимальны.

Зависимость между скоростью ветра и влажностью воздуха, по отношению к концентрациям канцерогена, менее выражена, но характеризуется преобладанием обратной направленности. При повышении силы ветра и влажности

воздуха содержание формальдегида снижается, что обусловлено повышенной способностью атмосферы к самоочищению в такие периоды. Степень корреляционной связи между всеми метеопараметрами и концентрациями формальдегида представлена в таблице 3.7.

Таблица 3.6

Коэффициенты корреляции между концентрациями формальдегида и метеопараметрами (4 срока наблюдений)

Месяц Температура Скорость ветра Влажность

о о о о о о о о о о о о

о о о о о о о о о о о о

,—1 го с^ ,—1 го с^ ,—1 го с^

о о о о о о

Январь 0,27 0,15 0,09 0,26 0,11 -0,04 -0,07 0,16 -0,14 -0,04 0,07 0,01

Февраль 0,15 0,14 0,04 -0,01 0,02 -0,03 -0,05 -0,06 0,16 0,03 -0,21 0,07

Март 0,17 0,11 0,36 0,21 -0,27 -0,22 -0,13 -0,09 0 0,03 -0,01 -0,16

Апрель 0,3 0,36 0,32 0,29 0,06 0,07 -0,01 0,04 -0,12 -0,27 -0,1 -0,21

Май 0,3 0,11 0,39 0,28 -0,25 0,06 0,14 -0,04 -0,3 -0,19 -0,45 -0,34

Июнь 0,21 0,16 0,42 0,52 -0,24 0,06 -0,09 0,06 -0,37 -0,19 -0,15 -0,15

Июль 0,3 0,26 0,55 0,52 -0,22 -0,15 -0,18 -0,26 -0,24 -0,44 -0,4 -0,35

Август 0,29 0,3 0,31 0,43 -0,08 0,06 -0,04 -0,32 -0,24 -0,39 -0,22 -0,21

Сентябрь 0,34 0,3 0,58 0,56 -0,37 -0,24 -0,18 -0,34 -0,17 -0,34 -0,34 -0,38

Октябрь 0,17 0,07 0,3 0,44 -0,21 -0,11 -0,14 -0,18 -0,11 0,13 -0,16 -0,09

Ноябрь -0,38 -0,21 -0,03 -0,19 -0,01 0,07 -0,1 -0,05 -0,19 -0,34 -0,31 -0,09

Декабрь 0,12 0,02 0,21 -0,09 0,1 -0,1 0,06 -0,06 -0,18 -0,11 -0,08 -0,08

Таблица 3.7

Степень корреляционных связей (%) между концентрациями формальдегида и

метеопараметрами

Степень и направленность корреляционной * связи Температура воздуха Скорость ветра Относительная влажность воздуха

1.00 7.00 13.00 19.00 1.00 7.00 13.00 19.00 1.00 7.00 13.00 19.00

Средняя положительная 41,6 29,2 66,7 58,3 12,5 8,4 8,3 4,1 8,3 8,3 4,2 12,5

Средняя отрицательная 4,2 0 7,2 0 29 12,5 21 29,1 25 33,3 25 25

* - корреляция сильной степени при г > 0,7; средней степени - при г от 0,30 до 0,70

Сероводород. Вещество второго класса опасности, является одним из главных специфических веществ для города Липецка, что обусловлено, в

первую очередь, деятельностью металлургического комбината «НЛМК». Эмиссия сероводорода связана с доменным производством и промышленной площадкой по переработке шлаков. На производстве применяется технология водного охлаждения отработанных металлургических шлаков, в результате чего в атмосферу выделяется большое количество сероводорода. НЛМК внедрил в свое производство технологию безводного охлаждения шлаков, что должно снизить эмиссию сероводорода, но на данном этапе, указанная технология используется лишь частично и не позволяет сократить выбросы до безопасных объемов, в результате чего концентрации сероводорода в городе остаются на высоком уровне. Помимо «НЛМК», вклад в эмиссию сероводорода вносят городские очистные сооружения МУП «Липецкая станция аэрации».

Одной из характерных черт эмиссии сероводорода в городе является тот факт, что в отличии от высоких выбросов многих загрязняющих веществ, отходящих от комбината, выбросы сероводорода поступают в атмосферу от низких источников. В результате чего газ распространяется в приземном слое атмосферы и концентрации сероводорода воздействуют непосредственно на жителей города и окружающую среду. Также расположение площадки по переработке шлаков, городских очистных сооружений и доменных цехов характеризуется непосредственной близостью друг к другу (в районе ПНЗ №4), в результате чего происходит наложение нескольких источников загрязнения и усиление воздействия загрязнителя.

На мониторинговой сети города Липецка сероводород контролируется на всех 5-ти ПНЗ, что позволяет проанализировать основные зоны загрязнения. Наибольшее количество превышений предельно допустимых концентраций сероводорода фиксируется на ПНЗ № 4 (Тракторный район) и на ПНЗ № 3 (район НЛМК). Все два ПНЗ расположены в левобережном районе города вблизи «Новолипецкого металлургического комбината», к тому же, ПНЗ № 4 расположен в зоне наложения всех основных источников эмиссии сероводорода. В результате чего, в 2021 году на этих двух ПНЗ зафиксировано 48 превышений (38 и 10 на ПНЗ № 4 и № 3 соответственно) из 53 в городе с максимальными концентраци-

ями 9,4 долей ПДКм.р. (ПНЗ № 4). В зону воздействия попадают также жилые районы правобережной части города, расположенные на расстоянии до 5 км от площадки по переработки шлаков (районы, прилегающие к ПНЗ № 8). Однако концентрации сероводорода на расстоянии 4-5 км от основного источника эмиссии снижаются и не превышают максимальных 2 ПДК, что позволяет выделить основную зону загрязнения сероводородом в городе Липецке - левобережные районы, прилегающие к «НЛМК», в особенности Тракторный район (ПНЗ № 4), где фиксируются наиболее частые случаи превышения ПДК и наиболее высокие концентрации (до 9,4 долей ПДК). Ощутимое влияние также прослеживается на расстоянии 4-5 км от главных источников эмиссии сероводорода. Остальные части города, расположенные вне этой зоны загрязнения, характеризуется как чистые в отношении сероводорода. Однако не исключается совокупность факторов, таких как значительный объем залпового выброса и неблагоприятное направление ветра в сторону жилых массивов, способствующих переносу загрязнителя и на большее расстояние.

В годовом ходе концентраций наибольшее количество превышений приходится на летние месяцы, в суточном - на ночные и утренние часы (таблица 3.8).

Таблица 3.8

Годовая и суточная динамика концентраций сероводорода в атмосферном воздухе, количество превышений по месяцам и времени суток (в 2021 г.)

месяц I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Всего

время

01:00 1 1 1 1 - 4 3 3 - 1 - 1 16

07:00 1 2 1 1 2 4 2 10 - - - - 23

13:00 - 1 - 1 - - - 1 - - - 1 4

19:00 1 1 - 1 - 3 2 2 - - - - 10

Всего 3 5 2 4 2 11 7 16 0 1 0 2 53

Сезонная динамика концентраций может определяется уменьшением потенциала рассеивания атмосферы в летние месяцы за счет увеличения количества дней со штилевой погодой, при которых создаются условия для накопления примесей в приземном слое атмосферного воздуха. Суточная динамика может определятся тем же фактором метеоусловий, а также внутренним графиком работы самого предприятия (установить зависимость с последним не представляется возможным в виду отсутствия подобных данных).

Комплексная характеристика загрязнения атмосферы. Исходя из полученных данных и проведенного покомпонентного анализа загрязнения атмосферного воздуха в городе Липецке нами была проведена комплексная оценка загрязнения воздушной среды с учетом всех исследуемых загрязнителей (Катм).

Полученные расчетные данные показали, что значения коэффициента за-

грязнения атмосферы находятся в пределах от 0,40 до 4,10 (рисунок 3.17).

Рис. 3.17. Пространственное распределение загрязнения атмосферы в городе

Липецке

Наибольшие значения коэффициента загрязнения атмосферы наблюдаются в левобережном промышленном районе города, на территориях, прилегающих к металлургическому комбинату с юго-запада (Тракторный район) и севера (пр-т Мира, ул. 9 мая), а также к востоку (ул. Передельческая). Такие значения получены для точек № 31 (2), 36 (2,15),37 (4,1), 41 (3,5), 42 (3,1), 43 (3,65), 44 (2,65), 45 (2,55), 46 (2). Для правобережной части города повышенные значения коэффициента загрязнения атмосферы характерны для крупных узлов улично-дорожной сети: точки № 24 (2,53 - р-н Автовокзала), 51 (2,45 - перекресток «Кольцо трубного завода»), 55 (2,62 - р-н Ж/Д вокзала).

Наименьшими значениями коэффициента загрязнения атмосферы (менее 0,5) характеризуются западные и серые районы города, удаленные от крупных стационарных источников загрязнения и крупных транспортных автомагистралей.

Разные районы города (правобережный и левобережный), в связи с особенностями размещения и влияния основных источников загрязнения атмосферы, отличаются и различной степенью воздействия отдельных поллютантов на общее загрязнение. Для выявления преобладающей роли каждого компонента в озвученных выше районах города нами был проведен корреляционный анализ между коэффициентом загрязнения атмосферы (Катм) и исследуемыми поллю-тантами (таблица 3.9).

Таблица 3.9

Степень корреляционных связей (%) между коэффициентом загрязнения атмосферы и отдельными загрязнителями

Показатель га Ш2 SO2 Фенол Формальдегид H2S

Левобережный район

Коэффициент 0,38 0,62 0,33 0,67 0,77 0,79

загрязнения Правобережный район

атмосферы 0,64 0,65 0,21 0,85 0,75 0,48

(Катм) Город в целом

0,69 0,57 0,38 0,67 0,70 0,78

Для всей территории города наибольшую значимость в загрязнение атмосферы вносят сероводород (г = 0,78), формальдегид (г = 0,70), оксид углерода (г = 0,69) и фенол (г = 0,67). Для левобережного промышленного района, где располагается главное промышленное ядро города («НЛМК») явную преобладающую роль в загрязнении атмосферы играет сероводород (г = 0,79) и формальдегид (г = 0,77). Данный факт объясняется наличием источников эмиссии сероводорода в городе, таких как шлакопереработка, доменное производство и городская станция аэрации.

В правобережном районе значение сероводорода снижается и преобладающую роль играют фенол (г = 0,85) и формальдегид (г = 0,77), основными источниками которых в этой части города является городской автотранспорт.

Таким образом, оценка аэротехногенного загрязнения воздушной среды на территории города Липецка показывает, что основную нагрузку на состояние воздушной среды оказывают специфические вещества (формальдегид, фенол, сероводород). Несмотря на небольшие объемы выбросов данных поллю-тантов, их присутствие в атмосфере города характеризуется концентрациями в разы превышающими допустимые.

Годовая динамика всех загрязняющих веществ, за исключением оксида углерода, характеризуется явной тенденцией к увеличению концентраций в теплый период года. В холодный период концентрации загрязнителей снижаются за счет лучшей рассеивающей способности атмосферы в эти периоды. Единственным веществом, чьи концентрации в холодный период выше, чем в теплый является оксид углерода, что связано с интенсификацией работы объектов ТЭК.

Оценка суточной динамики по имеющимся данным осуществлена для формальдегида и сероводорода и показывает увеличение концентраций формальдегида в дневные (13.00) и, в особенности, в вечерние часы (19.00). Концентрации сероводорода достигают и превышают предельно допустимых уровней в ночные (1.00) и утренние часы (7.00).

В пространственном аспекте можно выделить основные районы города наиболее подверженные аэротехногенному загрязнению. Такими территориями являются левобережные районы (Тракторный и район НЛМК), непосредственно прилегающие к «Новолипецкому металлургическому комбинату». Также загрязненными являются районы, прилегающие к основным участкам дорожной сети с интенсивным трафиком, где часто образование заторов. Такими участками являются перекресток Кольца трубного завода, пр. Победы, пл. Победы, пр. Мира, ул. Циолковского, ул. Папина, Воронежское шоссе в месте пересечения с ул. Ударников.

3.4. Содержание тяжелых металлов в почвенном покрове

В результате отбора и анализа проб почвы на содержание исследуемых тяжелых металлов в целом превышений ПДК не обнаружено. Максимальные значения были получены для цинка в точках № 5 (0,5 ПДК), № 4 (0,4 ПДК) и № 9 (0,4 ПДК). Также, немного повышен фон (в районе 0,3 ПДК) в точке № 19, 11 и 12 - точки к югу и востоку от НЛМК. Относительно повышенное содержание цинка в основном приурочена к точкам, лежащим в 2-4-х километровой зоне от границ основной промышленной площадки города (НЛМК). В остальных точках, на большем удалении и, наоборот, вблизи границ предприятия, значения цинка колеблются в районе 0,1 ПДК.

Полученные значения свинца показывают повышение концентраций элемента в районе 0,6 ПДК. Максимальные концентрации получены в точке № 5 (0,6 ПДК). Также, повышенное содержание свинца наблюдалось в точках № 8 и 19 (0,5 ПДК).

Кадмий и ртуть показывают равномерное распространение по территории города и лежат в значениях концентраций до 0,2 ПДК для ртути и 0,2 значений для кадмия.

По результатам исследования превышений предельно допустимых концентраций тяжелых металлов не зафиксировано, однако выявлены точки, с

наибольшими значениями сразу по двум элементам: точка № 5 (ул. Механизаторов), расположенная на расстоянии 4 км от НЛМК (к западу) показывает наибольшие значения по цинку и свинцу (0,5 и 0,6 ПДК соответственно). Точка № 19, расположенная в пределах 1,5 км от границ металлургического комбината в жилом районе (к югу). Остальные точки не показывают значимого повышения уровня концентраций тяжелых металлов в почве, в том числе и транспортные точки.

Расчет показателя суммарного загрязнения почвы тяжелыми металлами (СПЗ) показывает, что наибольшие значения получены для точек № 5 (ул. Механизаторов) и № 19 (ул. Краснозаводская, Тракторный район) - значения 1,3 и 1 соответственно. Данные значения также указывают на низкое содержание исследуемых тяжелых металлов в почве (СПЗ <15) и определяют небольшое повышение фона вокруг «НЛМК» (рисунок 3.18).

Необходимо отметить, что по результатам проведенных исследований на территории города Липецка и прилегающих территорий других авторов [14, 49, 80], также установлено повышение концентраций тяжелых металлов в 2-4-х километровой зоне от НЛМК, превышений ПДК также не зафиксировано.

Таким образом, в результате проведенного исследования содержания тяжелых металлов в верхнем слое почвы города Липецка превышений предельно допустимых уровней загрязнения не зафиксировано. Максимальные значения фиксировались для цинка и свинца на уровне 0,5 и 0,6 ПДК соответственно в точках, удаленных на 2-4 километра от главной промышленной площадки города (НЛМК). При удалении на расстояние около 5,5-6 км от металлургического комбината концентрации тяжелых металлов снижаются до незначительных уровней. Транспортные точки, расположенные на примагистральных территориях, не показали повышенных значений.

Одним из факторов низкого содержания тяжелых металлов в почвенном покрове городских почв может являться оптимальное расположение главной промышленной площадки - НЛМК, относительно основных жилых и админи-

стративных районов, а также благоприятные географические условия территории.

Рис. 3.18. Показатель СПЗ почвы на территории города Липецка

Новолипецкий металлургический комбинат расположен в левобережной промышленной части города Липецка (восточная часть) в зоне понижения рельефа, в то время как основной жилой и административный массив расположен на высоком правом берегу. Концентрация промышленности в этой зоне незначительная, а основным антропогенных фактором воздействия на окружающую среду является автотранспорт. Эти два района разделены относительной буферной зоной - рекой Воронеж, которая протекает через всю территорию города.

В дополнение к этому важным фактором является преобладающий западный перенос воздушных масс, в результате чего движение воздуха характеризуется направлением с территории районов жилой и административной за-

стройки в сторону промышленного ядра. В периоды смены направления розы ветров и движения воздушных масс в обратном направлении на пути загрязняющих веществ становятся естественные преграды в виде крупных водных объектов (река Воронеж и Матырское водохранилище), а также повышения рельефа на высоту до 50 метров. Отчасти это подтверждается наибольшими фоновыми значениями исследуемых тяжелых металлов в точке № 5, которая расположена на вершине склона правого берега реки Воронеж. Максимальное осаждение исследуемых загрязняющих элементов именно на этих территориях может свидетельсвовать о значительном влиянии естественных географических факторов на процессы загрязнения городской среды тяжелыми металлами.

Для контроля состояния почв города Липецка необходим дальнейший систематический мониторинг почвенного покрова на всей территории города, включая парковые, селитебные, промышленные зоны. Важной задачей является составление и ведение карт состояния городских почв, выявление экологически неблагоприятных участков города по этому показателю. Результаты такой работы могут стать важным фактором принятия управленческих решений при проектировании и городском строительстве, организации эколого-медицинских мероприятий и выборе направлений развития промышленности и транспортной сети города.

3.5. Биоиндикация состояния городской среды

Состояние окружающей среды в промышленных городах создает определенную специфику для развития живых организмов в условиях городской среды. Загрязнение природных компонентов под воздействием промышленности и автотранспорта обусловливает периодический или постоянный техногенный стресс для городских растительных сообществ. Данная антропогенная нагрузка может оказывать негативное и угнетающее воздействие на жизнедеятельность растений, которое выражается в различной степени отклонения от нормы развития растительных организмов. Проявление данного воздействия может отра-

жать степень загрязнения окружающей среды и показывать реакцию живых организмов на такое загрязнение [41-43, 115, 128].

Нами было проведено исследование изменения морфометрических параметров листовых пластинок тополя итальянского РвриЫя \talica на основе анализа флуктуирующей асимметрии листа, а также оценивалась площадь листовой пластинки (методика отбора и анализа образцов описана в Главе 2).

По результатам исследования было установлено, что на территории города Липецка в изученных точках интегральных показатель флуктуирующей асимметрии, не учитывая фоновое значение в точке № 6, варьирует в диапазоне от 0,066 до 0,095, что соответствует 11-У баллов по шкале оценки. Фоновая точка, расположенная в микрорайоне «Елецкий» (юго-западная часть города), и удаленная от всех крупных источников загрязнения как промышленного, так и транспортного воздействия, показывает значение в 0,062, что также соответствует II баллу и является минимальным показателем на территории города.

Наибольшие значения флуктуирующей асимметрии листьев были получены в точках № 4, 13 и 14 - более 0,089, что соответствует У баллу и оценивается как критическое состояние растительного сообщества репрезентативного вида. Также, высокие показатели были зафиксированы в точках № 2, 5, 8, 17 и 21 - 0,08, но не более 0,089. Данные значения соответствуют IV баллу по шкале оценки и свидетельствуют о существенных отклонениях от нормы.

Точки с критическими показателями расположены в левобережном районе города в зоне непосредственного прилегания к главным промышленным источникам загрязнения (№ 4 - агломерационное производство «НЛМК» и Липецкая ТЭЦ-2; № 13 - шлакопереработка «НЛМК» и городская станция аэрации; № 14 - коксохимическое производство «НЛМК»). Одними из главных загрязнителей в этом районе являются сероводород и диоксид серы. Данные вещества имеют довольно ощутимый токсический эффект для растительных организмов, чем может объяснять высокие показатели в морфометрических отклонениях листовых пластинок в данном районе города.

Точки, характеризующиеся существенным отклонением от нормы (IV балл), также расположены в непосредственной зоне влияния источников за-

грязнения (№ 2 - «Липецкцемент»; № 5, 17 - «НЛМК»; № 8, 21 - транспортное воздействие). Воздействие цементного завода, промышленной площадки «НЛМК», а также максимально загруженные участки дорожно-транспортной сети города (точка № 8 - перекресток ул. Циолковского и ул. Космонавтов, № 21 - перекресток «КТЗ») вероятно оказывают прямое влияние на развитие и состояние живых организмов, располагающихся в зоне непосредственного воздействия источников загрязнения.

Остальная территория города характеризуется значениями интегрального показателя флуктуирующей асимметрии на уровне II (начальное отклонение от нормы) и III баллов (среднее отклонение от нормы). Минимальные же значения получены в точках № 11, 18 и 20, включая фоновую точку на территории города № 6, которые располагаются на максимальном удалении от источников загрязнения (как правило, жилые микрорайоны на западных и северных окраинах города). Показатели асимметрии в этих локациях находится на уровне II балла - начальная степень отклонения от нормы.

Помимо оценки интегрального показателя флуктуирующей асимметрии нами был проведен расчет площади листовой пластинки в каждой исследуемой точке. Максимальная площадь листовой пластинки зафиксирована в точке № 6 (31,8 см2), минимальная - в точке № 4 (16,5 см2). Безусловно, на развитие листовой пластинки оказывают воздействие различные факторы среды, но одним из весомых является угнетающее влияние загрязнения природных компонентов. Полученные результаты измерений исследуемых образцов представлены в таблице 3.10.

Для попытки оценки степени зависимости между показателем асимметрии и площадью листовой пластинки был проведен корреляционный анализ для данных параметров, который показал отрицательную корреляционную связь (г) средней силы: г = -0,59.

Данный результат позволяет предположить, что с увеличением площади листвой пластинки происходит снижение признаков морфометрического отклонения от нормы. Нужно отметить, что такой же результат был получен и другими исследователями [42, 115]. Распределение исследуемого репрезента-

тивного древесного вида в зависимости от изменения морфометрических параметров листовых пластинок представлено на рисунке 3.19.

Таблица 3.10

Показатели морфометрических параметров листовых пластинок тополя итальянского Рври1т \talica на территории города Липецка

№ точки Местоположение точки Показатель асимметрии Степень отклонения от нормы (в баллах) Площадь листовой пластинки, см2

1 ул. Карла Маркса («Нижний парк») 0,071 III 19,1

2 район ЗАО «Липецкцемент» 0,084 IV 23,2

3 Перекресток ул. Липовская и ул. Семашко 0,078 III 22,5

4 ул. Передельческая 0,091 V 16,5

5 ул. Алмазная, 22 0,082 IV 18,6

6 ул. Хренникова (мкрн. «Елецкий») 0,062 II 31,8

7 Перекресток Пр-т Победы и ул. Водопьянова (р-он автовокзала) 0,072 III 23,1

8 Перекресток ул. Циолковского и ул. Космонавтов 0,081 IV 24,2

9 ул. Гагарина, 106 (Ж/Д вокзал) 0,075 III 20

10 Заводская площадь, 2 (р-н «Свободный сокол») 0,073 III 24,1

11 Мкрн. Сселки 0,069 II 25,2

12 ул. Ленина (Верхний парк) 0,074 III 22,4

13 ул. Краснознаменная, 2Б (Тракторный район) 0,095 V 18,3

14 ул. Металлургов (коксохимическое про-во) 0,092 V 20,3

15 ул. Левобережная, 1 0,078 III 20,8

16 Пр-т Победы, 10 0,077 III 25,1

17 ул. Невского, 27 0,081 IV 19,1

18 Мкрн. «Университетский» 0,067 II 22,9

19 Перекресток ул. Катукова и пр-т Победы (площадь Танкистов) 0,071 III 20

20 Мкрн. Матырский 0,066 II 20,3

21 Перекресток ул. Московская и Циолковского («КТЗ») 0,088 IV 18,7

Таким образом, проведенное биоиндикационное исследование на территории Липецка показало, что наибольшие отклонения от нормального развития морфометрических параметров листовых пластинок тополя итальянского Рори-¡ш \talica наблюдаются в зонах непосредственного воздействия главных источников загрязнения. Все значения, соответствующие критическому (V балл) и существенному (IV балл) уровням отклонения от нормы развития приурочено к районам прилегания ПАО «НЛМК» (в левобережной части города), а также наиболее загруженных участков дорожно-уличной сети (в правобережной).

Рис. 3.19. Показатель флуктуирующей асимметрии листовых пластинок тополя

итальянского Populus italica

3.6. Интегральная оценка состояния окружающей среды

Окружающая среда представляет собой систему взаимосвязанных природных компонентов, оказывающих непосредственное перекрестное влияние. Исходя из этого, оценка состояния окружающей среды должна основываться на анализе одновременно нескольких компонентов среды и носить комплексный характер. Для данного вида анализа была проведена интегральная оценка состояния окружающей среды в городе Липецк^ базирующаяся на результатах проведенных исследований и натурных измерений. После наложения сетки на тематические карты, в узлах которой были определены точки (77 точек, метод описан в Главе 2) и съемки значений по всем исследуемым природным компонентам, нами был произведен расчет интегрального показателя, характеризующего различный уровень загрязнения окружающей среды на территории города в пространственном аспекте.

В ходе оценки, включающей данные о загрязнении атмосферного воздуха, содержании тяжелых металлов в городских почвах и биоиндикационных реакциях растительности, были получены следующие результаты. Значения интегрального показателя состояния окружающей среды варьируют на территории Липецка в значениях от 1,4 до 5,4 (рисунок 3.20). Наибольшие значения, отражающие высокий и повышенный уровень загрязнения городских территорий, приурочены к южным частям левобережного промышленного района города (значения более 5 - Тракторный район), где сконцентрированы основные производственные мощности (коксохимическое, доменное и сталелитейное производства «НЛМК»). Также, одним из важнейших факторов, влияющих на высокое загрязнение в этом районе, является эмиссия сероводорода, основные источники которого также расположены в этой городской локации (шлакоперера-ботка «НЛМК» и городская станция аэрации). Непосредственное прилегание к основным промышленным площадкам и наложение нескольких источников загрязнения оказывает прямое воздействие на эти территории, что отражается в комплексной интегральной оценке и подтверждается данными о загрязнении

атмосферного воздуха и биоиндикационной реакций растительных организмов на данной территории.

Также, повышенные значения интегрального показателя (от 4,1 до 5) получены для восточной части левобережного района, где также присутствует влияние основной промплощадки города (в первую очередь, агломерационное производство «НЛМК») и крупного объекта энергетики (Липецкая ТЭЦ-2). Необходимо отметить, что содержание, по крайней мере исследуемых, тяжелых металлов в почве не превышает установленных предельно допустимых уровней на всей территории города. Однако значения в 2-4-х километровой зоне вокруг металлургического комбината, хоть и незначительно, превышают общий городской фон.

Заметно увеличение значений интегрального показателя в центральных районах правобережной части города, где сконцентрированы крупные участки дорожно-уличной сети, что объясняется воздействием, в первую очередь, городского транспорта. Показатель интегрального индекса в 4,1-5 характерен для территории, где отмечается наиболее высокий дорожный трафик. К таким участкам относятся: перекресток улиц Гагарина и Циолковского («Кольцо трубного завода»), перекресток улиц Циолковского и Космонавтов, перекресток улиц Терешковой, Советской и пр-та Победы (площадь Победы, район «Центрального рынка»), улица Папина, участок улицы Московская до перекрестка с улицей Вермишева.

Наименьшие значения интегрального показателя (от низкого до пониженного уровня загрязнения) характерны для районов города, удаленных от основных стационарных источников загрязнения и загруженных участков дорожной сети - западные, северные и северо-восточные районы города.

Значения интегрального показателя, характеризующие высокий и повышенный уровень загрязнения в городе в точках, полученных путем наложения сетки, представлены в таблице 3.11.

Для определения компонентов, вносящих наибольший вклад в значения интегрального показателя, нами был произведен расчет коэффициента корреля-

ции между результатами интегральной оценки и всеми исследуемыми компонентами (таблица 3.12).

Рис. 3.20. Интегральная оценка состояния окружающей среды города Липецка

Значения коэффициентов корреляции показывают, что наиболее значимыми при характеристике общего загрязнения городского среды Липецка являются сероводород (H2S) и оксид углерода (CO), также весомая роль играют диоксид азота (NO2) и показатель флуктуирующей асимметрии, характеризующий ответные реакции древесной растительности на загрязнение среды. Загрязнение почвенного покрова имеет меньшее значение, по сравнению с остальными показателями загрязнения. В целом в городе Липецке наблюдается сфокусированный характер формирования зон экологического риска, приуроченный к территории расположения НЛМК и мелкоочаговые пятна в районах концентрации внутригородской автотранспортной инфраструктуры правобережного сектора города.

Таким образом, основными районами с повышенным и высоким уровнем загрязнения окружающей среды на территории города Липецка являются южные и восточные части левобережного промышленного района, прилегающие

Таблица 3.11

Значения интегрального показателя в наиболее загрязненных районах города

№ Район города Воздуш- Поч- Флуктуирую- Значение ин- Бал

точ- ная среда ва щая асимметрия тегрального л

ки показателя

Правобережье

24 Район перекрестка «Кольцо трубного завода» 2,43 0,4 1,42 4,25 IV

25 ул. Папина 2,07 0,7 1,16 3,93 III

Левобережье

28 ул. Краснознаменная (район городской станции аэрации) 2,34 0,4 1,53 4,27 IV

35 ул. Металлургов (район коксохи-ма) 2,77 0,4 1,48 4,65 IV

36 ул. Ильича 2,89 1 1,55 5,44 V

43 ул. Марии Расковой 2,9 0,4 1,31 4,61 IV

44 ул. Тимирязева 2,27 0,4 1,50 4,17 IV

45 ул. Волгоградская 2,13 1 1,53 4,66 IV

60 ул. Передельче-ская 1,90 0,8 1,47 4,17 IV

67 Грязинское шоссе (район агло-фабрики и Липецкой ТЭЦ-2) 1,82 0,8 1,51 4,13 IV

68 Грязинское шоссе (район агло-фабрики и Липецкой ТЭЦ-2) 1,83 0,8 1,48 4,11 IV

Таблица 3.12

Корреляционная связь между интегральным показателем и исследуемыми

компонентами

Показатель га Ш2 SO2 Фенол Фор- гид H2S Zn Pl Флук-ая асимметрия

Интегральный показатель 0,82 0,78 0,55 0,63 0,71 0,86 0,47 0,5 0,78

к главным промышленным источникам загрязнения, а также районы примыкания к наиболее крупным участкам дорожно-уличной сети правобережной части города. Полученные данные позволяют заключить, что левобережная промышленная часть города находится под прямым воздействием «НЛМК», а правобережные районы сосредоточения основных жилых и административных массивов подвергаются, в первую очередь, влиянию автотранспорта в наиболее загруженных участках центральных районов.

Выводы

1. Проведенная геоэкологическая диагностика состояния городской среды показала, что основными загрязняющими веществами в городе являются оксид углерода, диоксид серы и окислы азота. К специфическим веществам относятся фенол, формальдегид и сероводород. Проведенные натурные измерения концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе и анализ фондовых данных Липецкого ЦГМС позволили установить, что систематические превышения максимально разовых ПДК характерны для фенола (до 8,6 ПДК), формальдегида (до 2,5 ПДК) и сероводорода (до 9,4 ПДК). Значения, превышающие ПДК, фиксировались, главным образом, в промышленной зоне и на крупных участках УДС. Превышения по остальным веществам практически не фиксировались, а если и имели место, то носили разовый и локальный характер. Все исследуемые вещества, за исключением оксида углерода, имеют тенденцию к увеличению концентраций в теплый летне-осенний период года. По формальдегиду была выявлена зависимость загрязнителя от метеопараметров, которая показала прямую связь с температурным показателем и обратную с си-

лой ветра и влажностью воздуха. Анализ внутрисуточной динамики концентраций формальдегида показывает увеличение концентраций в дневные и вечерние часы. Полученные данные могут служить основой прогноза техногенного загрязнения воздушной среды при различных синоптических ситуациях.

2. Выполненное исследование почвенного покрова на содержание тяжелых металлов не выявило превышений допустимых уровней. Однако наблюдается определенное увеличение общего фона на в 2-4-х километровой зоне от НЛМК, в среднем в 1,5-2,4 раза от регионального фона.

3. Результаты биоиндикационных исследований показали явное отклонение от нормы морфометрических параметров листовых пластинок на территориях, непосредственно прилегающих к металлургическому комбинату, а также в некоторых примагистральных районах. Величина отклонения в среднем составляет около 40-45 % от регионального фона.

4. Расчет интегрального индекса состояния окружающей среды показал высокий уровень техногенного загрязнения в промышленном левобережном районе, где расположена основная промышленная площадка города (НЛМК). Также, повышенным уровнем загрязнения характеризуются центральные районы правобережной части города, где сосредоточены наиболее загруженные участки улично-дорожной сети. Таким образом, предложенный авторский метод расчета интегрального геоэкологического показателя состояния городской среды показал вполне приемлемую адекватность и надежность его применения для геоэкологической диагностики состояния среды обитания крупного центра металлургической промышленности.

ГЛАВА 4. ГЕОИНФОМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ОЦЕНКИ И ФОРМИРОВАНИЯ ЗОН

ЭКОЛОГИЧЕСКИХ РИСКОВ С ОБОСНОВАНИЕМ СИСТЕМЫ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ НАСЕЛЕНИЯ

Присутствие в атмосферном воздухе загрязняющих веществ в концентрациях, превышающих референтные уровни воздействия, может обусловливать возникновение широкого спектра экологически обусловленных заболеваний. Повышенные уровни содержания поллютантов создают потенциальную опасность для городского населения как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе. При хроническом воздействии загрязнителей на организм, превышающим адаптационный потенциал последнего, токсические и мутагенные эффекты, присущие тем или иным загрязняющим веществам, вызывают накопительный эффект и необратимые последствия для здоровья человека.

При оценке воздействия поллютантов на здоровье население принято осуществлять расчет экологических рисков и учитывать канцерогенные и неканцерогенные эффекты [99]. При оценке рисков для населения города Липецка использовался данный подход и потенциальная опасность, обусловленная присутствием в атмосферном воздухе загрязнителей. Опасность оценивалась с точки зрения, как канцерогенности некоторых веществ, так и возможности возникновения неканцерогенных токсических эффектов.

4.1. Оценка канцерогенных рисков для здоровья населения

Из всех исследуемых компонентов, загрязняющих воздушную среду, канцерогенным эффектом обладает формальдегид, что обусловливает его потенциальную опасность и априорную необходимость контроля содержания данного вещества в воздушном бассейне города.

Индивидуальный риск. На основе данных Липецкого ЦГМС о концентрациях формальдегида на постах наблюдения за атмосферой (ПНЗ) был прове-

ден расчет рисков возникновения канцерогенных эффектов, связанных с присутствием в атмосферном воздухе формальдегида с учетом дифференциации рисков по районам расположения ПНЗ, сезонам года и возрасту населения: взрослое население - старше 18 лет; детское население - 0-14 лет (таблица 4.1.).

Таблица 4.1

Расчетные результаты канцерогенного риска для взрослого населения _города Липецка_

Сезон Концентрация, мг/м3 ADD SF CR

ПНЗ № 2 (ул. Титова, район перекрестка Кольца трубного завода)

Зима 0,0073 0,003 0,00091 0,046 4,21*10-5

Весна 0,008 0,003 0,00099 0,046 4,62*10-5

Лето 0,013 0,003 0,00162 0,046 7,47*10-5

Осень 0,01 0,003 0,00124 0,046 5,71*10-5

Среднее значение риска 5,51 *10-5

ПНЗ № 4 (ул. /» гр и и \ коммунистическая, Тракторный район)

Зима 0,0067 0,003 0,00083 0,046 4,02*10-5

Весна 0,008 0,003 0,00099 0,046 4,64*10-5

Лето 0,013 0,003 0,00162 0,046 7,47*10-5

Осень 0,01 0,003 0,00124 0,046 5,71*10-5

Среднее значение риска 5,45*10-5

ПНЗ № 6 (ул. Ушинского, район Свободный Сокол)

Зима 0,007 0,003 0,00087 0,046 3,83*10-5

Весна 0,007 0,003 0,00087 0,046 4,02*10-5

Лето 0,012 0,003 0,00149 0,046 6,89*10-5

Осень 0,0095 0,003 0,00118 0,046 5,45*10-5

Среднее значение риска 5,09*10-5

ПНЗ № {о 8 (ул. 60 лет СССР, 23 мкрн.)

Зима 0,007 0,003 0,00087 0,046 4,02*10-5

Весна 0,007 0,003 0,00087 0,046 4,02*10-5

Лето 0,012 0,003 0,00149 0,046 6,89*10-5

Осень 0,01 0,003 0,00124 0,046 5,71*10-5

Среднее значение риска 5,16*10-5

Среднее значение риска по городу 5,31*10-5

Полученные результаты для взрослого населения представлены в таблице 4.1, для детского - в таблице 4.2.

Таблица 4.2

Расчетные значения канцерогенного риска для детского населения

города Липецка

Сезон Концентрация, мг/м3 ADD SF CR

ПНЗ № 2 (ул. Титова, район перекрестка Кольца трубного завода)

Зима 0,0073 0,003 0,00085 0,046 3,91*10-5

Весна 0,008 0,003 0,00093 0,046 4,29*10-5

Лето 0,013 0,003 0,00152 0,046 6,97*10-5

Осень 0,01 0,003 0,00117 0,046 5,36*10-5

Среднее значение риска 5,13*10-5

ПНЗ № 4 (ул. Коммунистическая, Тракторный район)

Зима 0,0067 0,003 0,00078 0,046 3,75*10-5

Весна 0,008 0,003 0,00093 0,046 4,29*10-5

Лето 0,013 0,003 0,00152 0,046 6,97*10-5

Осень 0,01 0,003 0,00117 0,046 5,36*10-5

Среднее значение риска 5,11*10-5

ПНЗ № 6 (ул. Ушинского, район Свободный Сокол)

Зима 0,007 0,003 0,00082 0,046 3,59*10-5

Весна 0,007 0,003 0,00082 0,046 3,75*10-5

Лето 0,012 0,003 0,0014 0,046 6,43*10-5

Осень 0,0095 0,003 0,00111 0,046 5,09*10-5

Среднее значение риска 4,76*10-5

ПНЗ № 8 (ул. 60 лет СССР, 23 мкрн.)

Зима 0,007 0,003 0,00082 0,046 3,75*10-5

Весна 0,007 0,003 0,00082 0,046 3,75*10-5

Лето 0,012 0,003 0,0014 0,046 6,43*10-5

Осень 0,01 0,003 0,00017 0,046 5,36*10-5

Среднее значение риска 4,82*10-5

Среднее значение риска по городу 4,96*10-5

Канцерогенный риск в городе Липецке как для взрослого, так и для детского населения находится в пределах второго диапазона критериев референт-ности - предельно допустимый риск, вызывающий беспокойство. Такие показатели, связанные с наличием в воздухе формальдегида, свидетельсвуют о повышенном воздействии поллютанта на здоровье городского населения и могут потенциально обусловливать дополнительные случаи возникновения онкологических заболеваний в год, что является негативным фактором, учитывая повсеместность и неизбежность такого ингаляторного воздействия на организм.

В пространственном отношении наиболее высокие риски, относительно всей территории города, характерны для Тракторного района (ПНЗ №4), расположенного в левобережной части Липецка вблизи НЛМК, а также для района, прилегающего к ПНЗ № 2, вблизи одного из наиболее оживленных перекрестков города (Кольцо трубного завода). Не изученной остается ситуация для прилегающих территорий в районе ПНЗ № 3 (ул. Невского), так как контроль концентраций формальдегида здесь не осуществляется. Однако результаты собственных натурных измерений и наличие в непосредственной близости НЛМК по аналогии с ПНЗ №4, дает возможность предположить, что канцерогенные риски могут находится на уровне оценок для Тракторного района (ПНЗ №4), расположенного также в левобережной части города в зоне непосредственного влияния НЛМК.

Полученные расчетные результаты дают возможность оценить и сезонное воздействие формальдегида. Во всех районах города канцерогенный риск наиболее велик в теплый период года (летний и осенний сезон) с максимальными значениями в летний период. Минимальные же значения приходятся на зимние месяцы. Такие показатели непосредственно связаны с годовой динамикой концентраций формальдегида, максимальные значения которых фиксируются в теплый период года.

Популяционный риск. Важным показателем при оценке канцерогенного риска является понимание того количества людей, у которых могут проявиться потенциальные канцерогенные эффекты от присутствия в атмосферном воздухе

канцерогена и выразиться в конкретном количестве случаев онкологических заболеваний. Для этой цели нами был произведен расчет популяционного канцерогенного риска, определяющего число случаев онкозаболеваний в год от воздействия формальдегида. Оценка проводилась для каждого ПНЗ, по которому был рассчитан индивидуальный риск с учетом количества населения, проживающих в прилегающих к ПНЗ зонах. Показатель количества населения опиралось на данные официальных экспертных оценок, которые показывают массив населения города, сконцентрированного в этих районах [73]. Популяцион-ный риск был рассчитан по среднегодовым значениям концентраций формальдегида на конкретных ПНЗ. Результаты расчетов представлены в таблице 4.3.

Таблица 4.3

Значения популяционного канцерогенного риска для населения города Липецка

ПНЗ Значения индиви- Численность населения Значения популяци-

дуального риска под воздействием, чел. онного риска, случаи заболеваний в год

ПНЗ №2 5,51 *10-5 72 000 5-6

ПНЗ №4 5,42*10-5 35 000 2-3

ПНЗ №6 5,09*10-5 39 000 2-3

ПНЗ №8 5,16*10-5 52 000 3-4

Полученные результаты показывают, что наибольшее количество потенциальных случаев возникновения онкологических заболевания у населения, связанных с присутствием в воздушной среде города формальдегида, характерны для ПНЗ № 2 и составляет 5-6 дополнительных случаев в год. Данный район располагается вблизи самого загруженного участка дорожной сети города (перекресток «Кольцо трубного завода»), что может обусловливать наиболее высокие показатели рисков.

Остальные районы расположения ПНЗ характеризуются меньшим показателем этого параметра - на уровне 2-4-х случаев. Нужно отметить, что для ПНЗ № 4, где фиксируется, наравне с ПНЗ № 2, максимальное значение концентраций формальдегида, значения популяционного риска невелики, но это обуслов-

лено меньшим количеством населения, проживающего на данной территории и не делает эти районы более безопасными с точки зрения воздействия формальдегида.

4.2. Оценка неканцерогенных рисков для здоровья населения

Помимо канцерогенных эффектов, загрязняющие атмосферу вещества обладают общим токсическим действием. Загрязнение воздушной среды пол-лютантами может создавать опасность для здоровья населения города и вызывать риск развития экологически обусловленных заболеваний. Потенциальные риски развития токсических эффектов для населения города Липецка, не связанные с канцерогенными эффектами, оценены для 6 различных веществ по разным районам города, где расположены ПНЗ мониторинговой сети гидрометеослужбы.

Индивидуальный риск. Воздействие загрязняющих веществ на организм может определяться как острое: когда разовая концентрация вещества превышает референтные значения и может вызывать быструю ответную реакцию, так и хроническое: при длительном воздействии вещества/веществ в повышенных концентрациях с отстроченным реакционным ответом. Неканцерогенные риски, выраженные в виде коэффициента опасности (HQ), представлены в таблицах 4.4 - 4.8.

Анализ полученных значений неканцерогенного риска для района города, прилегающего к ПНЗ № 2 показывает, что риск возникновения токсических эффектов, связанных с острым воздействием почти всех поллютантов находится на низком уровне и характеризуется как «допустимый риск». Минимальные значения характерны для фенола, сероводорода и оксида углерода. Для формальдегида (HQ = 2,3), полученные значения определяются как «опасный риск».

Неканцерогенные риски, связанные с хроническим воздействием загрязняющих веществ, имеют наибольшие значения для формальдегида (HQ = 2) и

определяются как «опасный риск». «Риск, вызывающий беспокойство» характерен для диоксида азота (0,85), такие значения являются предельно допустимыми.

Таблица 4.4

Расчетные значения неканценрогенного риска для здоровья в районе расположения ПНЗ № 2 (ул. Титова, район перекрестка Кольца трубного завода)

Вещество HQ острый HQ хронический

HQ критические органы/системы HQ критические органы/системы

Оксид углерода 0,12 сердечнососудистая система, развитие 0,23 кровь, сердечнососудистая система, развитие, ЦНС

Диоксид азота 0,36 органы дыхания 0,85 органы дыхания, кровь

Сероводород 0,06 органы дыхания 0,5 органы дыхания

Фенол 0,01 глаза, органы дыхания 0,5 сердечнососудистая система, почки, ЦНС, печень, органы дыхания

Формальдегид 2,3 органы дыхания, глаза 2 органы дыхания, глаза, иммунитет

Наибольшие значения коэффициента опасности при остром воздействии в районе ПНЗ № 3 характерны для диоксида серы (2,27) и определяются как «опасный риск» и относится, в первую очередь, к территории вблизи агломерационного производства НЛМК, где были зафиксировано превышение в 3 ПДКм.р. Риск по данному веществу можно отнести к ситуативным, так как последующие натурные измерения и данные с ПНЗ в этом районе не фиксировали превышения по диоксиду серы. Однако факт превышения вблизи основного источника SO2 требует внимательного контроля за ситуацией в этом районе.

При хроническом воздействии значения риска находятся на уровне, характеризующимся как «допустимый риск» по всем измеряемым веществам. Наибольшие значения получены для диоксида азота (0,6), сероводорода и фенола (по 0,5 соответственно). Однако неясной остается ситуация с формальде-

гидом, так как отбор проб для измерения концентраций на ПНЗ № 3 не осуществляется.

Таблица 4.5

Расчетные значения неканценрогенного риска для здоровья в районе расположения ПНЗ № 3 (ул. Невского, район НЛМК)

Вещество HQ острый HQ хронический

критические органы/системы HQ критические органы/системы

Оксид углерода 0,2 сердечнососудистая система, развитие 0,3 кровь, сердечнососудистая система, развитие, ЦНС

Диоксид азота 0,36 органы дыхания 0,6 органы дыхания, кровь

Сероводород 0,3 органы дыхания 0,5 органы дыхания

Фенол 0,01 глаза, органы дыхания 0,5 сердечнососудистая система, почки, ЦНС, печень, органы дыхания

Диоксид серы 2,27 органы дыхания 0,2 органы дыхания, смертность

Показатели неканцерогенного риска в районе Тракторного завода города Липецка (ПНЗ № 4), связанного с острым воздействием, определяются как «опасный риск» и связаны с присутствием в атмосферном воздухе формальдегида (HQ = 2,5). Также на границе предельно допустимого риска находятся значения для сероводорода, что связано с наибольшими максимальными концентрациями данного поллютанта в этой части города. Минимальны значения для диоксида азота, фенола и оксида углерода.

Оценка неканцерогенных рисков, связанных с хроническим воздействием, показала, что наибольшие значения коэффициента опасности характерны для формальдегида (HQ = 2) и сероводорода (HQ = 1,5) и определяются как «опасный риск». Значения для остальных веществ лежат в пределах допустимого риска.

Таблица 4.6

Расчетные значения неканценрогенного риска для здоровья в районе расположения ПНЗ № 4 (ул. Коммунистическая, Тракторный район)

Вещество HQ острый HQ хронический

HQ критические органы/системы HQ критические органы/системы

Оксид углерода 0,11 сердечнососудистая система, развитие 0,23 кровь, сердечнососудистая система, развитие, ЦНС

Диоксид азота 0,11 органы дыхания 0,6 органы дыхания, кровь

Сероводород 0,75 органы дыхания 1,5 органы дыхания

Фенол 0,01 глаза, органы дыхания 0,5 сердечнососудистая система, почки, ЦНС, печень, органы дыхания

Формальдегид 2,5 органы дыхания, глаза 2 органы дыхания, глаза, иммунитет

Таблица 4.7

Расчетные значения неканценрогенного риска для здоровья в районе расположения ПНЗ № 6 (ул. Ушинского, район Свободный Сокол)

Вещество HQ острый HQ хронический

HQ критические органы/системы HQ критические органы/системы

Оксид углерода 0,04 сердечнососудистая система, развитие 0,25 кровь, сердечнососудистая система, развитие, ЦНС

Диоксид азота 0,02 органы дыхания 0,75 органы дыхания, кровь

Сероводород 0,06 органы дыхания 0,5 органы дыхания

Фенол 0,001 глаза, органы дыхания 0,35 сердечнососудистая система, почки, ЦНС, печень, органы дыхания

Формальдегид 0,6 органы дыхания, глаза 1,6 органы дыхания, глаза, иммунитет

Для района расположения № 6 риски, связанные с острым воздействием, характеризуются как «допустимые» для всех веществ. Хроническое воздействие наиболее неблагоприятно по содержанию формальдегида (HQ = 1,6). На границе допустимого риска находится диоксид азота.

Для территорий города, прилегающих к району ПНЗ № 8 «опасный риск», как при остром воздействии, так и при хроническом, связан с формальдегидом (1,6). Неканцерогенные риски, связанные с другими веществами, определяются как допустимые. Однако содержание диоксида азота при хроническом воздействии лежит на границе допустимого риска.

Таблица 4.8

Расчетные значения неканценрогенного риска для здоровья в районе расположения ПНЗ № 8 (ул. 60 лет СССР, 23 мкрн.)

Вещество HQ острый HQ хронический

HQ критические органы/системы HQ критические органы/системы