2. Атмосферный воздух

1. Качество атмосферного воздуха

Атмосферный воздух – это природная смесь газов приземного слоя атмосферы за пределами жилых, производственных и иных помещений, сложившаяся в ходе эволюции Земли. У поверхности земли воздух на 78% состоит из азота, на 21% – из кислорода, менее чем на 1% – из аргона. В воздухе возможно незначительное содержание углекислого газа, водорода, гелия, неона и других элементов.

Соотношение тех или иных веществ в составе воздуха определяет его качество. От качества воздуха зависит здоровье людей, состояние растительного и животного мира, прочность и долговечность любых конструкций, зданий, сооружений. Состав воздуха формируется в зависимости от природных климатических условий и под воздействием антропогенных факторов.

Загрязнение атмосферного воздуха – нарушение норм качества воздуха вредными газообразными компонентами, пылью и другими специфическими веществами, связанными с промышленными выбросами. Загрязнение может быть локальным, региональным и глобальным. Масштабы загрязнения обусловлены мощностью выброса и характером воздушных потоков.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) – предельно допустимая концентрация примеси, установленная Минздравом России

Предельно допустимый выброс – норматив предельно допустимого выброса вредного (загрязняющего) вещества в атмосферный воздух, который устанавливается для стационарного источника загрязнения атмосферного воздуха с учетом технических нормативов выбросов и фонового загрязнения атмосферного воздуха при условии непревышения данным источником гигиенических и экологических нормативов качества атмосферного воздуха, предельно допустимых (критических) нагрузок на экологические системы, других экологических нормативов.

Основными источниками загрязнения атмосферы являются природные, производственные и бытовые процессы.

Мониторинг атмосферного воздуха – система наблюдений за состоянием атмосферного воздуха, его загрязнением и за происходящими в нем природными явлениями, а также оценка и прогноз состояния атмосферного воздуха, его загрязнения.

Основными показателями качества атмосферного воздуха, характеризующими воздействие на природную среду, являются:

критические нагрузки – потоки массы загрязняющих веществ в единицу времени в объект окружающей среды);

критические уровни концентрации загрязняющих веществ – максимальные значения концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, которые не приводят к вредным воздействиям на структуры и функции экосистем в долговременном плане. Основные критерии опасности загрязнения воздуха основаны на санитарно-гигиеническом нормативе «Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ».

Анализ динамики состояния атмосферного воздуха осуществляется на основе трех показателей:

 НП – наибольшая повторяемость (в процентах) превышения ПДК любого вещества (далее – НП);

 СИ – стандартный индекс загрязнения: наибольшая измеренная концентрация примеси, деленная на ПДК (далее – СИ);

 ИЗА – суммарный индекс загрязнения атмосферы, который рассчитывается по пяти наиболее распространенным вредным веществам (пыли, диоксиду серы, оксиду углерода, диоксиду азота и формальдегиду) с учетом их класса опасности, стандарта качества и средних уровней загрязнения воздуха (далее – ИЗА).

Мониторинг качества атмосферного воздуха на территории города Новосибирска ведет Западно-Сибирский территориальный центр мониторинга загрязнения природной среды Западно-Сибирского межрегионального территориального управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (далее – Западно-Сибирский ЦМС).

Значения уровня загрязнения атмосферного воздуха на основании документов Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды следующие:

Таблица 2.1 – Оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха

Уровень загрязнения	Значение ИЗА	Значение СИ	Значение НП, %
низкий	< 5	< 1	< 10
повышенный	5–6	1–4	10–19
высокий	7–13	5–10	20–49
очень высокий	≥ 14	> 10	> 50

Заключение о качестве атмосферного воздуха принимается по самому высокому значению одного из показателей.

Наблюдения за уровнем загрязнения атмосферы осуществляют на стационарных постах. Стационарный пост предназначен для обеспечения непрерывной регистрации содержания загрязняющих веществ или регулярного отбора проб воздуха для последующего анализа. Наблюдательная государственная сеть в г. Новосибирска включает в себя десять стационарных постов наблюдения (рис. 2.1).

 Посты подразделяются на «региональные фоновые» (пост № 47), «городские фоновые» в жилых районах (посты №№ 24, 26, 54), «промышленные» вблизи предприятий (посты №№ 18, 19, 25) и «авто» вблизи автомагистралей или в районах с интенсивным движением транспорта (посты №№ 1, 21, 49). Это деление является условным, так как сложившаяся застройка города не позволяет сделать четкого их разделения.

Условные обозначения:

▲ – стационарные посты ЦГМС:

1 – ул. Советская, 30 (Центральный район)

18 – ул. Ползунова, 15 (Дзержинский район)

19 – ул. Станционная, 12 (Ленинский район)

21 – ул. Ельцовская, 2а (Заельцовский район)

24 – ул. Объединения (Калининский район)

25 – ул. Горбаня (Кировский район)

26 – ул. Линейная, 33(Заельцовский район)

47 – ул. Новоморская, 28 (Советский район)

49 – пр. Лаврентьева, 16 (Советский район)

54 – ул. Первомайская, 190 (Первомайский район)

Рис. 2.1. Схема размещения постов наблюдения государственной сети

мониторинга в г. Новосибирске

Измерения концентраций проводятся по следующим загрязняющим веществам: аммиаку, взвешенным веществам, диоксиду серы, диоксиду азота, оксиду углерода, саже, фенолу, формальдегиду, 3,4-бенз(а)пирену, фтористому водороду и др. (табл. 2.2).

Таблица 2.2 – Среднегодовые концентрации загрязняющих веществ в г. Новосибирске, доли ПДК

Наименование загрязняющего вещества	2004	2005	2006	2007	2008
3,4-бенз(а)пирен	3,1	2,8	2,6	1,8	2,1
Аммиак	0,8	1,1	1,5	0,8	0,9
Формальдегид	1,7	1,7	2,7	2,2	7,3
Диоксид азота	1,1	0,8	1,3	1,4	3,0
Фтористый водород	1,0	0,8	1,0	0,8	0,6
Сажа	0,6	0,5	0,3	0,3	0,3
Оксид углерода	0,7	0,7	0,7	0,6	0,6
Фенол	1,0	0,7	1,0	-	1,3
Взвешенные вещества	1,7	1,4	1,6	1,3	1,4

Исходя из анализа динамики среднегодовых концентраций, можно сделать вывод, что за последние пять лет в г. Новосибирске наблюдается устойчивое снижение уровня загрязнения атмосферного воздуха по саже.

По сравнению с 2004 годом в атмосфере города снизилась концентрация бенз(а)пирена, фтористого водорода, оксида углерода, взвешенных веществ возросла концентрация фенола, диоскида азота, формальдегида, аммиака.

Загрязнение атмосферного воздуха отдельными веществами в 2004-2008 гг. характеризовалось следующим образом.

Взвешенные вещества. Взвешенные вещества представляют собой разнородную смесь органических и неорганических веществ: пыль, золу, сажу, дым, сульфаты, нитриты, соединения металлов и пр. Они образуются в результате сгорания всех видов топлива, при производственных процессах, при автотранспортном движении.

Среднегодовые концентрации взвешенных веществ за 5 лет наблюдений превышали ПДК, в среднем по городу составляли 1,5 ПДК. Среднегодовая концентрация в целом по городу в 2008 году составила 1,4 ПДК.

Наибольшее загрязнение наблюдалось в 2008 году на посту № 54 в Первомайском районе, среднегодовая концентрация составила 1,8 ПДК. Максимальные разовые концентрации зафиксированы здесь в июле и составили 6,8 ПДК.

Рис. 2.2. Максимальные концентрации взвешенных веществ в долях ПДК

по справкам Западно-Сибирского ЦМС 2006-2008 гг.

Бенз(а)пирен. Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), одним из которых является бенз(а)пирен, поступают в атмосферу при неполном сгорании различных видов топлива, в том числе от автотранспорта, при выработке электрической и тепловой энергии. Большое количество содержится в выбросах предприятий черной металлургии.

Среднегодовые концентрации по городу превышали ПДК, отмечается тенденция к снижению концентраций за пятилетний период примерно в 1,5 раза и составили 2,5 ПДК. Среднегодовая концентрация в целом по городу в 2008 году составила 2,1 ПДК.

Наибольшее загрязнение наблюдалось в 2008 году на посту № 1 в Центральном районе, среднегодовая концентрация здесь составила 2,4 ПДК. Максимальная из среднемесячных концентраций зафиксирована в декабре 2008 года на посту № 21 в Заельцовском районе.

Оксид углерода. Поступает в атмосферу в основном от предприятий теплоэнергетики, металлургии и автотранспорта в результате неполного сгорания топлива.

Среднегодовые концентрации за пятилетний период составили 0,66 ПДК и отмечается тенденция к снижению концентраций. Среднегодовая концентрация в целом по городу в 2008 году составила 0,6 ПДК.

Максимальная из разовых концентраций зафиксирована в размере 2,0 ПДК в декабре 2008 года на постах № 54 в Первомайском районе, № 47 в Советском районе, № 26 в Заельцовском районе.

Диоксид азота. Поступает в атмосферу с выбросами предприятий металлургии, теплоэнергетики, транспорта. Образуется в процессе сгорания органического топлива при высоких температурах в виде оксидов азота, которые трансформируются в диоксид азота. Диоксид азота и оксид азота играют сложную и важную роль в фотохимических процессах, происходящих в тропосфере и стратосфере под влиянием солнечной радиации и являющихся причиной образования фотохимического смога и высоких концентраций приземного озона и формальдегида.

Среднегодовые концентрации по городу превышали ПДК, отмечается тенденция к увеличению концентраций за пятилетний период примерно в 2,7 раза и составили 1,5 ПДК. Среднегодовая концентрация в целом по городу в 2008 году составила 3,0 ПДК.

Наибольшее загрязнение в 2008 году зафиксировано на посту № 19 в Ленинском районе, среднегодовая концентрация здесь превысила в 3,4 раза ПДК. Максимальная из разовых концентраций зафиксирована в марте 2008 года на посту № 21 в Заельцовском районе (3,9 ПДК).

Рис.2.3. Максимальных концентраций диоксида азота в долях ПДК

по справкам Западно-Сибирского ЦМС 2006-2008 гг.

Формальдегид. Образуется при неполном сгорании жидкого топлива, поступает в атмосферу также в смеси с другими углеводородами от предприятий черной металлургии и др. Формальдегид поступает в атмосферу не только от промышленных и природных источников, но и образуется в результате цепи химических реакций взаимодействия углеводородов с оксидами азота. Поэтому его высокие концентрации могут создаваться вследствие общего высокого загрязнения атмосферного воздуха города.

Средняя продолжительность жизни формальдегида зависит от погодных условий и может быть более длительной при высокой солнечной активности и менее длительной – при облачности.

Среднегодовые концентрации по городу превышали ПДК и составили 3,1 ПДК, отмечается тенденция к их снижению за пятилетний период примерно в 4,2 раза.

Максимальная из разовых концентраций зафиксирована в феврале 2008 года на посту № 26 в Заельцовском районе – 2,3 ПДК.

ГУ «ГГО им. А.И. Воейкова» при оценке загрязнения атмосферы г. Новосибирска за 2008 г. на основе анализа материалов мониторинга ГУ Новосибирский ЦГМС-РСМЦ, данные по концентрациям формальдегида признаны сомнительными и исключены при определении списка наиболее загрязненных городов России.

Рис. 2.4. Максимальные концентрации формальдегида в долях ПДК

по справкам Западно-Сибирского ЦМС 2005-2008 гг.

Среднегодовые концентрации фенола в среднем по городу за 5 лет составляли 1,0-1,3 ПДК. Отмечается тенденция к незначительному увеличению концентраций за пятилетний период и среднее значение составляет 0,8 ПДК. Среднегодовая концентрация в целом по городу в 2008 году составила 1,3 ПДК.

Рис. 2.5. Максимальные концентрации фенола в долях ПДК

по справкам Западно-Сибирского ЦМС 2006-2008 гг.

Наибольшее загрязнение наблюдалось в 2008 году на посту № 24 в Калининском районе, среднегодовая концентрация здесь составила 1,7 ПДК.

Среднегодовые концентрации аммиака в среднем по городу за 5 лет составляли 0,8-0,9 ПДК. Отмечается тенденция к незначительному увеличению концентраций за пятилетний период и среднее значение составляет 1 ПДК. Среднегодовая концентрация в целом по городу в 2008 году составила 0,9 ПДК. Наибольшее загрязнение наблюдалось в 2008 году на посту № 19 в Ленинском районе, среднегодовая концентрация здесь составила 3,4 ПДК.

Рис. 2.6. Максимальные концентрации аммиака в долях ПДК

по справкам Западно-Сибирского ЦМС 2006-2008 гг.

За период 2005- 2008 гг. отмечена тенденция роста уровня загрязнения атмосферы города диоксидом /оксидом азота, фенолом, формальдегидом.

Рис. 2.7. Динамика индекса загрязнения атмосферы

города Новосибирска

По критериям Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, уровень загрязнения атмосферного воздуха оценивается как высокий (СИ 7,9 , НП 11,9% для фенола, ИЗА 8,56).

Проведен сравнительный анализ с крупными промышленными городами Российской Федерации показателя загрязнения атмосферного воздуха ИЗА за 2001 – 2007 годы.

Рис. 2.8. Сравнительная динамика изменения индекса загрязнения атмосферы городов Российской Федерации

Таким образом, при оценке динамики загрязнения атмосферного воздуха г. Новосибирска, по результатам наблюдений на стационарных постах, выявлено, что уровень загрязнения воздуха за весь период наблюдений существенно снизился в 90-х годах прошлого века, и из категории очень высокое перешел в высокое загрязнение.

Высокое значение ИЗА, обусловлено, высокими концентрациями формальдегида, 3,4-бенз(а)пирена и диоксида азота. Как показывают исследования, источниками поступления этих вредных веществ в атмосферу являются как стационарные, так и передвижные источники.

Величина стандартного индекса СИ (максимальная за год концентрация, измеренная в городе в течение года) уменьшилась от 10,7 в 2004 году до 7,9 в 2008 году.

Высокое загрязнение атмосферного воздуха города напрямую связано с выбросами автотранспорта. Большую роль в формировании высоких уровней загрязнения также играют неблагоприятные метеорологические условия, которые способствуют накоплению примесей в приземном слое. Поэтому для предотвращения роста загрязнения в периоды НМУ необходимо проводить мероприятия по снижению выбросов как от стационарных, так и передвижных источников загрязнения.

Атмосферные осадки, выпавшие в течение года, имели в 26,8% случаев слабощелочную, в 20,3% случаев – нейтральную, в 42% случаев – равновесную, в 2,9% случаев – щелочную реакцию.