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 0,9% – из аргона. Кроме этих газов в атмосферном воздухе содержится незначительное количество углекислого газа, водорода, неона, гелия, озона и пр. По современным данным, состав атмосферного воздуха постоянен до высоты 60 км.

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 – поступление в атмосферный воздух или образование в нем вредных (загрязняющих) веществ в концентрациях, превышающих установленные государством гигиенические и экологические нормативы качества атмосферного воздуха. Загрязнение может носить природный характер или быть техногенным (т.е. связанное с промышленными выбросами, выбросами от автотранспорта, а так же в результате выбросов от хозяйственной и иной деятельности человека). Загрязнение может быть локальным, региональным и глобальным. Масштабы загрязнения обусловлены мощностью выброса и характером воздушных потоков.

Гигиенический норматив качества атмосферного воздуха - критерий качества атмосферного воздуха, который отражает предельно допустимое максимальное содержание вредных (загрязняющих) веществ в атмосферном воздухе и при котором отсутствует вредное воздействие на здоровье человека.

Экологический норматив качества атмосферного воздуха - критерий качества атмосферного воздуха, который отражает предельно допустимое максимальное содержание вредных (загрязняющих) веществ в атмосферном воздухе и при котором отсутствует вредное воздействие на окружающую среду. Экологические нормативы качества атмосферного воздуха вводятся для конкретных территорий Российской Федерации с целью сохранения на них естественных экосистем, природных ландшафтов и природных комплексов. Новосибирск не входит в число территорий, для которых вводятся экологические нормативы.

В настоящее время нормирование выбросов вредных веществ в атмосферу (установление нормативов ПДВ (ВСВ) для источников загрязнения) основано на необходимости соблюдения гигиенических нормативов качества атмосферного воздуха населенных мест (ПДКм.р., ПДКс.с., ОБУВ), утвержденных Минздравом России.

Предельно допустимые концентрации (ПДК) – это такие концентрации, которые не оказывают на человека и его потомство прямого или косвенного воздействия, не ухудшают его работоспособность, самочувствие, а также санитарно-бытовые условия жизни.

Различают максимально разовую предельно допустимую концентрацию (ПДКм.р.) и среднесуточную предельно допустимая концентрацию (ПДКс.с.). В случае отсутствия ПДКм.р. и ПДКс.с. уровень загрязнения атмосферного воздуха оценивают по ориентировочно безопасному уровню воздействия (ОБУВ).

Предельно допустимый выброс (ПДВ) – 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.

Временно согласованный выброс (ВСВ) - временный лимит выброса вредного (загрязняющего) вещества в атмосферный воздух, который устанавливается для действующих стационарных источников выбросов с учетом качества атмосферного воздуха и социально - экономических условий развития соответствующей территории в целях поэтапного достижения установленного предельно допустимого выброса.

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».

Охрана атмосферного воздуха - система мер, осуществляемых органами государственной власти Российской Федерации, органами государственной власти субъектов Российской Федерации, органами местного самоуправления, юридическими и физическими лицами в целях улучшения качества атмосферного воздуха и предотвращения его вредного воздействия на здоровье человека и окружающую среду.

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 – интегральный индекс загрязнения атмосферы, учитывающий несколько примесей (ИЗА₅ в Новосибирске в 2009 году рассчитывался по бенз(а)пирену, формальдегиду, аммиаку, взвешенным веществам и диоксиду азота). Величина ИЗА рассчитывается по значениям среднегодовых концентраций, поэтому он характеризует уровень хронического, длительного загрязнения воздуха.

Значения уровня загрязнения атмосферного воздуха определены на основании документов Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды и представлены в таблице 2.1.

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.

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).

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 городе Новосибирске 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 городе 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 городе Новосибирске, доли ПДКс.с.

Наименование загрязняющего вещества	Среднегодовые концентрации по годам, доли ПДКс.с.
	2005	2006	2007	2008	2009
3,4 бенз(а)пирен	2,8	2,6	1,8	2,1	2,4
Аммиак	1,1	1,5	0,8	0,9	1,8
Формальдегид	1,7	2,7	2,3	-	2,3
Диоксид азота	0,8	1,3	1,4	3,0	1,4
Оксид азота	0,2	0,5	0,5	1,3	0,7
Фтористый водород	0,8	1,0	0,8	0,6	0,6
Сажа	0,5	0,3	0,3	0,3	0,3
Оксид углерода	0,7	0,7	0,6	0,6	1,1
Фенол	0,7	1,0	-	1,3	0,9
Взвешенные вещества	1,4	1,6	1,3	1,4	1,4

По диоксиду серы среднегодовые концентрации значительно ниже ПДКс.с. В 2005 - 2006 годах наблюдается тенденция снижения диоксида серы с 0,12 доли ПДКс.с. до 0,08 доли ПДКс.с.

Исходя из анализа динамики среднегодовых концентраций, можно сделать вывод, что с 2005 года в городе Новосибирске снизились концентрации бенз(а)прирена, водорода фтористого, сажи.

По сравнению с 2008 годом в атмосфере города снизились среднегодовые концентрации по следующим веществам:

- двуокиси азота на 53%;

- оксида азота на 46%;

- фенола на 31%.

Концентрации взвешенных веществ, сажи и водорода фтористого остались на уровне данных 2008 года.

Увеличение концентраций произошло по аммиаку в два раза, оксиду углерода на 83%, бенз(а)пирену на 14%.

Загрязнение атмосферного воздуха отдельными веществами в период с 2005 по 2009 гг. характеризовалось следующим образом.

Взвешенные вещества представляют собой сумму твердых органических и неорганических веществ, таких как: пыль, зола, сажа, бенз(а)пирен, соединения металлов и пр. Они образуются в результате сгорания всех видов топлива, при различных технологических процессах, от работающих двигателей автотранспорта.

Среднегодовые концентрации взвешенных веществ за 5 лет наблюдений превышали ПДК с.с. и изменялись незначительно (1,3 ПДК с.с. - 1,6 ПДК с.с.). Наибольшие среднегодовые концентрации отмечались в 2006 году, наименьшие - в 2007 году.

Рис. 2.2. Среднегодовые концентрации взвешенных веществ в долях ПДК с.с. по данным Западно-Сибирского ЦМС 2005-2009 гг.

Среднегодовая концентрация в целом по городу в 2009 году составила 1,4 ПДК. Наибольшее загрязнение данной примесью наблюдалось на посту № 54 в Первомайском районе, где среднегодовая концентрация составила 2,6 ПДКс.с.

По месяцам концентрации в 2009 году распределились следующим образом:

Рис. 2.3. Среднемесячные концентрации взвешенных веществ в долях ПДК с.с. по данным Западно-Сибирского ЦМС 2009 г.

Наибольшие концентрации наблюдались в апреле и мае, далее идет снижение концентраций и с августа по сентябрь концентрации находятся на одном уровне, после чего опять наблюдается снижение концентраций. Как видно из графика, увеличение уровня загрязнения атмосферного воздуха взвешенными веществами происходит в весеннее время, когда, во-первых, сходит снеговой покров, а во-вторых, увеличивается количество автомобилей.

Поскольку, практически все посты находятся вблизи автомагистралей и дорог, увеличение можно объяснить тремя причинами:

- первая – выбросы от двигателей работающего автотранспорта и механизмов;

- вторая – это почвенная пыль и песчаные смеси, используемые для посыпки дорог в зимнее время;

- третья – «тоннельный эффект» загрязнения городских автомагистралей, т. е. ограничение свободного рассеивания загрязняющих веществ за пределами автотрасс, обусловленное наличием вдоль них высоких строений, лесополос.

Максимальная разовая концентрация взвешенных веществ была зафиксирована в Первомайском районе на посту № 54 в сентябре и составила 8,8 ПДК м.р.

Рис. 2.4. Максимальные концентрации взвешенных веществ в долях ПДК м.р. по данным Западно-Сибирского ЦМС 2007-2009 гг.

Уровень загрязнения взвешенными веществами атмосферы города остается повышенным.

Бенз(а)пирен (3,4 бензпирен) входит в группу полиядерных ароматических углеводородов с конденсированными кольцами (ПАУ). Бенз(а)пирен образуется при неполном сгорании углеводородного твердого, жидкого и газообразного топлива. Почти все количество ПАУ в атмосфере абсорбировано поверхностью взвешенных частиц. В атмосфере идентифицировано более 500 ПАУ. Большинство измерений проводится по бенз(а)пирену. Фоновый уровень бенз(а)пирена (за исключением периода лесных пожаров) может быть практически нулевым. В настоящее время среднегодовые концентрации бенз(а)пирена в воздухе большинства городов укладываются в диапазон 1-10 нг/м³. Обоснованность применения бенз(а)пирена в качестве индикатора ПАУ весьма проблематична. Его обнаружение свидетельствует лишь о факте загрязнения окружающей среды этими соединениями. Для получения реальной картины необходимо знать концентрацию 16 приоритетных веществ, которые формируют фоновое содержание ПАУ в атмосферном воздухе: нафталина, аценафталина, аценафтена, антрацена, флуорена, фенантрена, флуорантена, пирена, хризена, тетрафена, 3,4-бензфлуорантена, 11,12-бензфлуоран-тена, 3,4-бензпирена, 1,12-бензперилена, 2,3-о-фениленпирена, 1,2,5,6-ди-бензантрацена. Индикаторами промышленных выбросов являются пирен, флуорантен, 1,12-бензперилен, 3,4-бензфлуорантен и 2,3-о-фениленпирен; индикаторами выбросов двигателей внутреннего сгорания – 1,12-бензпе-рилен, 3,4-бенз-флуорантен и 2,3-о-фениленпирен (первый обычно преобладает).

Концентрации бенз(а)пирена за последние 5 лет изменялись в пределах 1,8 ПДК с.с. - 2,8 ПДК с.с. Наибольшие среднегодовые концентрации отмечались в 2005 году, наименьшие – в 2007 году.

Рис. 2.5. Среднегодовые концентрации бенз(а)пирена по данным

Западно-Сибирского ЦМС 2005-2009 гг.

Среднегодовая концентрация в целом по городу в 2009 году составила 2,4 ПДК с.с. Наибольшая среднегодовая (2,8 ПДК с.с.) и максимальная из среднемесячных (4,5 ПДК с.с. - февраль) концентрации наблюдались в Заельцовском районе на посту № 21.

Оксид углерода (СО₂) встречается везде, где существуют условия для неполного сгорания веществ, содержащих углерод, а также при взаимодействии СО₂ с раскаленным углем. Входит в состав различных газовых смесей (природных газов, коксовых, генераторных и т.д.). В Новосибирске оксид углерода поступает в атмосферу в основном от автотранспорта, предприятий теплоэнергетики и металлургии.

Среднегодовые концентрации за предыдущие четыре года с 2005 по 2008 г.г. не менялись и составляли 0,7 ПДК с.с. В 2009 году наблюдается рост концентраций оксида углерода, в целом по городу среднегодовая концентрация составила 1,1 ПДК с.с.

Максимальная из разовых концентраций - 4,2 ПДК м.р. зафиксирована в Советском районе на посту № 47 в марте.

Окислы азота поступают в атмосферу с выбросами предприятий теплоэнергетики, металлургии, автотранспорта. Они образуются в процессе сгорания органического топлива при высоких температурах в виде оксидов азота, которые затем частично (60-80%) 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.

Концентрации оксида азота в 2009 году по всем постам и среднегодовая концентрация в целом по городу не превысили 1,0 ПДКс.с. Максимальная из разовых концентрация данной примеси наблюдалась в Ленинском районе на посту № 19 в апреле и составила 2,0 ПДК м.р.

Среднегодовые концентрации диоксида азота по городу за пятилетний период превышали ПДК с.с. С 2005 по 2008 г.г. отмечалась тенденция к увеличению концентраций. В 2009 произошло снижение концентрации по сравнению с 2008 годом в 2 раза и среднегодовая концентрация в целом по городу составила 1,4 ПДК с.с.

Рис. 2.6. Среднегодовые концентрации диоксида азота в долях ПДК с.с.

по данным Западно-Сибирского ЦМС 2005-2009 гг.

Наибольшее загрязнение в 2009 году зафиксировано на посту № 54 в Первомайском районе и на посту № 21 в Заельцовском районе, среднегодовые концентрации здесь превысили в 1,9 раза и в 1,8 ПДК с.с. соответственно. Максимальная из разовых концентраций зафиксирована в марте на посту № 21 в Заельцовском районе (3,1 ПДК м.р.).

Рис.2.7. Максимальные концентрации диоксида азота в долях ПДК м.р.

по данным Западно-Сибирского ЦМС 2007-2009 гг.

Формальдегид образуется при неполном сгорании жидкого топлива. Также поступает в атмосферу с выбросами промышленных предприятий использующих формальдегид в своей деятельности (например, при производстве мебели). Кроме того, источниками формальдегида в атмосфере являются:

- фотохимические реакции превращения метана (и, возможно, других углеводородов) в атмосферных слоях;

- лесные, торфяные и городские пожары; свалки бытовых и промышленных отходов;

- выделение из содержащих его материалов (древесные плиты, фенопластики).

Формальдегид содержится в табачном дыму.

Кроме того, установлено, что при влажности воздуха более 50% в летнее время, а также в холодные дни зимой концентрации формальдегида значительно ниже, чем в сухую погоду при одинаковом уровне локализации. Это может быть связано с его переходом под действием воды или при низких температурах в другие соединения. Концентрации формальдегида значительно возрастают в летние месяцы при высокой интенсивности солнечной радиации.

За последние пять лет среднегодовые концентрации формальдегида по городу превышали ПДК с.с. и варьировали в пределах 1,7‑2,6 ПДК с.с. Минимальные среднегодовые концентрации были в 2005 г., после чего, в 2006 году произошло увеличение концентраций на 53%. В 2007 г. концентрации уменьшились на 11,5 % по сравнению с 2006 годом.

Рис. 2.8. Среднегодовые концентрации формальдегида в долях ПДК с.с.

по данным Западно-Сибирского ЦМС 2005-2009 гг.

Среднегодовые концентрации формальдегида по городу в 2009 г. остались на уровне 2007 года и составили 2,3 ПДК с.с., что ниже показателей 2006 года.

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

Максимальная из разовых концентраций зафиксирована в феврале 2009 года на посту № 26 в Заельцовском районе – 2,0 ПДК м.р. За пятилетний период наблюдается снижение значения СИ.

Рис. 2.9. Максимальные концентрации формальдегида в долях ПДК м.р.

по данным Западно-Сибирского ЦМС 2005-2009 гг.

Среднегодовые концентрации фенола в среднем по городу за 5 лет составляли от 0,7 до 1,3 ПДКс.с. В 2009 году среднегодовая концентрация фенола в целом по городу не превысила 1 ПДК с.с., что ниже показателей 2008, 2007 и 2006 г.г.

Рис. 2.10. Среднегодовые концентрации фенола в долях ПДК с.с. по данным Западно-Сибирского ЦМС 2005-2009 гг.

Максимальные из разовых концентраций данной примеси - 3,0 ПДК м.р. зарегистрированы в январе и феврале в Калининском районе на посту 24. Максимально-разовые концентрации фенола, зафиксированные в 2009 году по месяцам, представлены на рисунке:

Рис. 2.11. Максимальные концентрации фенола в долях ПДК м.р.

по данным Западно-Сибирского ЦМС 2007-2009 гг.

При сравнении максимально-разовых концентраций очевидно, что в 2009 году по сравнению с предыдущими годами произошло снижение максимальной из разовых концентраций. Так, в 2007 г. наблюдалось превышение максимально-разовой концентрации в 4,4 раза; в 2008 г. ‑ в 7,9 раз; в 2009 – в 3 раза.

Среднегодовые концентрации аммиака в среднем по городу за 5 лет варьировали в пределах 0,8-1,8 ПДК. Отмечается тенденция к увеличению концентраций за пятилетний период и среднее значение составляет 1,2 ПДК с.с. Среднегодовая концентрация в целом по городу в 2009 году составила 1,8 ПДК с.с. Наибольшее загрязнение наблюдалось на посту № 21 в Заельцовском районе, среднегодовая концентрация здесь составила 2,9 ПДК с.с. На этом же посту в мае отмечена максимальная из разовых концентрация, равная 5,5 ПДК м.р. Распределение максимальных концентраций по месяцам в 2007-2009 гг. представлено на рис. 2.12.

Рис. 2.12. Максимальные концентрации аммиака в долях ПДК м.р.

по данным Западно-Сибирского ЦМС 2007-2009 гг.

За период 2007 - 2009 гг. отмечена тенденция роста уровня загрязнения атмосферы города оксидом углерода, диоксидом/оксидом азота, аммиаком, формальдегидом.

По критериям Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, уровень загрязнения атмосферного воздуха оценивается как высокий (СИ - 8,8 , НП - 25,6% для взвешенных веществ, ИЗА₅ - 11,24).

Значение ИЗА₅, обусловлено, высокими концентрациями формальдегида, 3,4-бенз(а)пирена и аммиака.

Величина стандартного индекса СИ (максимальная за год концентрация, измеренная в городе в течение года) уменьшилась от 10,6 в 2005 году до 8,8 в 2009 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.

Оценивая динамику загрязнения атмосферного воздуха за длительный период, следует отметить, что уровень загрязнения воздуха за период наблюдений на стационарных постах с 1991 по 2009 годы существенно снизился и в 90-х годах прошлого века перешел из категории «очень высокое» в «высокое» загрязнение. За последние 10 лет значения ИЗА₅ варьируются в пределах от 8,88 до 13,03.

Динамика индекса загрязнения атмосферного воздуха города Новосибирска в период с 1991 г. по 2009 г. представлена на рис. 2.13.

Рис. 2.13. Динамика индекса загрязнения атмосферы

города Новосибирска

При проведении сравнительного анализа суммарного индекса загрязнения атмосферного воздуха - ИЗА₅ в крупных городах Сибирского Федерального округа, таких как: Барнаул, Новокузнецк, Бийск и Томск следует отметить, что город Новосибирск среди перечисленных выше городов является наиболее «чистым» (табл. 2.3.).

Таблица 2.3 – Суммарный индекс загрязнения атмосферного воздуха-ИЗА₅ в крупных городах Сибирского Федерального округа

Город	Суммарный индекс загрязнения атмосферного воздуха-ИЗА5 по годам
	2005	2006	2007	2008	2009
Новосибирск	9,7	12,12	8,88	-*	11,24
Новокузнецк	19,8	15,9	22,07	20,99	18,29
Барнаул	14,59	13,9	16,52	15,8	12,33
Бийск	9,67	17,6	11,53	12,92	13,04
Томск	12,7	16,82	12,25	10,85	10,0

*Примечание: Использование показателя ИЗА₅ для оценки качества атмосферного воздуха г. Новосибирска за 2008 год исключено в соответствии с письмом Государственного учреждения «Главная геофизическая обсерватория им. А. И. Воейкова» от 20.05.2009 г № 833

Рис. 2.14. Сравнительная диаграмма изменения индекса загрязнения

атмосферы городов СФО

Атмосферные осадки, выпавшие в течение 2009 года, имели слабощелочную реакцию в 81,6 % случаев, нейтральную – в 16,3 % случаев и слабокислую реакцию - в 2,1 % случаев.