Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,736

ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ ТЭЦ-2 Г. ХАБАРОВСКА

Новороцкая А.Г. 1
1 Институт водных и экологических проблем ДВО РАН
В работе представлены результаты мониторинга атмосферного воздуха в районе стационарного поста наблюдений загрязнения атмосферного воздуха (ПНЗ № 2) в г. Хабаровск по следующим показателям: взвешенным веществам, диоксиду серы, оксиду углерода, диоксиду азота, сероводороду, фенолу, саже, формальдегиду, хрому. Приведены среднемесячные и среднегодовые концентрации примесей и метеорологические параметры (число дней с атмосферными осадками, скорость ветра, повторяемость: приземных, приподнятых инверсий температуры, слабых ветров, застоев воздуха, туманов) за 2011 г. Дана сравнительная оценка состояния атмосферного воздуха в районе ПНЗ № 2 со средними показателями по г. Хабаровскe и усредненными данными стационарных постов на территории РФ. В результате данных мониторинга в исследуемом районе установлено, что уровень загрязнения атмосферы пылью и оксидом углерода отмечен на уровне 1,2–1,0 ПДК, по другим примесям – незначителен. В атмосферном воздухе ПНЗ № 2 отмечено превышение ПДК по средней концентрации формальдегида до 3,7 раз, причем его максимальное содержание характерно для летнего периода (июнь – август) 2011 г., что в основном связано с его природным происхождением в загрязненной атмосфере города (за счет фотохимических реакций). Содержание ароматических углеводородов (бензол, ксилолы, толуол, этилбензол, хлорбензол) в пункте наблюдений превышало ПДК в 1,3–4,0 раза из-за близкого расположения станции в зоне влияния выбросов Хабаровского нефтеперерабатывающего завода. По результатам корреляционного анализа установлена тесная линейная связь между повторяемостью метеопараметров: застоев воздуха/ приземных инверсий температуры, застоев воздуха/ ветров со скоростью 0–1 м/с, ветров со скоростью 0–1 м/с/ туманов; и обратная связь между повторяемостью застоев воздуха/ приподнятых инверсий температуры, ветров со скоростью 0–1 м/с/ приподнятых инверсий с достоверностью 99 %, что согласуется с условиями рассеивания примесей в атмосфере.
атмосферный воздух
примеси
концентрация
ПДК
ТЭЦ
метеорологические параметры
выбросы
1. Рябова Т.В. Проблемы и перспективы развития тепловой энергетики в России / Т.В. Рябова, А.В. Жаворонок // Экономические науки и прикладные исследования: сборник науч. трудов XII междунар. науч.-практ. конф. (Томск, 17–21 ноября 2015 г.). – Томск: Изд-во ТПУ, 2015. – Т. 2. – С. 424–431.
2. РД 52.04.186-89. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. – М.: Гидрометеоиздат, 1991. – 693 с.
3. Новороцкий П.В. Климатические условия загрязнения атмосферного воздуха Хабаровского края / П.В. Новороцкий. – Хабаровск: Институт водных и экологических проблем ДВО АН СССР, 1992. – 56 с.
4. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03. Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов (с изменениями на 25 апреля 2014 года) [Электронный ресурс]. – URL: http://dpo-stbt.ru/library/sanitarnye-normy-i-pravila/sanitarno-zashchitnye-zony-i-sanitarnaya-klassifikaciya-predpriyatiy-sooruzheniy-i-inyh-obektov-s (дата обращения: 17.11.2017).
5. Государственный доклад о состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2011 году. URL: http://www.mnr.gov.ru/upload/iblock/a76/gosdoklad2011.pdf (дата обращения: 17.11.2017).
6. Государственный доклад о состоянии и об охране окружающей среды Хабаровского края в 2011 году / ред. В.М. Шихалев. – Хабаровск: ООО «Амурпринт», 2012. – 266 с.
7. Акционерное общество «Дальневосточная генерирующая компания» [Электронный ресурс] // Структура бизнеса: сайт. – URL: https://dvgk.ru/page/4 (дата обращения: 16.11.2017).
8. РАО Энергетические Системы Востока. Музей развития энергетики Дальневосточного федерального округа [Электронный ресурс] // Хабаровская ТЭЦ-2: сайт. – URL: http://museum.rao-esv.ru/power_facilities/154/ (дата обращения: 26.10.2017).
9. Ежегодник состояния загрязнения атмосферы в городах на территории России за 2011 г. – СПб.: ФГБУ «ГГО» Росгидромета, 2012. – 234 с.
10. Гигиенические нормативы. ГН 2.1.6.1338-03. Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест: – М., 2003 (с изменениями на 12 января 2015 года). – 330 с.
11. Вуколов Э.А. Основы статистического анализа. Практикум по статистическим методам и исследованию операций с использованием пакетов STATISTICA и EXCEL, 2008. URL: http://institutiones.com/download/books/1934-osnovy-statisticheskogo-analiza-vukolov.html (дата обращения: 17.11.2017).
12. Безуглая Э.Ю. Исследование химических процессов в атмосфере по данным мониторинга в городах / Э.Ю. Безуглая, И.А. Воробьева, М.В. Полуэктова // Труды Главной геофизической обсерватории им. А.И. Воейкова. – 2010. – № 561. – С. 164–184.
13. Безуглая Э.Ю. Возможности оценки высоких концентраций формальдегида при изменении температуры воздуха / Э.Ю. Безуглая, М.С. Загайнова, Т.П. Ивлева // Труды Главной геофизической обсерватории им. А.И. Воейкова. – 2012. – № 565. – С. 89–102.
14. Ежегодник состояния загрязнения атмосферы в городах на территории России за 2015 г. – СПб.: ФГБУ «ГГО» Росгидромета, 2016. – 255 с.

Качество воздушной среды является одним из определяющих условия жизни населения фактором. Тепловые электростанции (ТЭС) вырабатывают более 2/3 электроэнергии страны. Больше всего загрязняющих веществ (ЗВ) (в виде оксидов углерода, азота, диоксида серы, золы, сажи, оксидов металлов, фенола, сероводорода, формальдегида, хлора, аммиака и др.) выбрасывается на ТЭС и теплоэлектроцентралях (ТЭЦ), работающих на угле или мазуте, меньше всего – на природном газе, в последнем случае выбросы в основном представлены оксидами азота [1], при нарушении технологического цикла режима горения газа возможно поступление в атмосферу углеводородов, в том числе – ароматических, канцерогенных [2]. В атмосфере происходит: трансформация ЗВ и образование новых более токсичных веществ из относительно неопасных примесей в результате химических реакций [1], рассеивание и перенос, определяемые метеопараметрами и рельефом местности. Максимумы загрязнения атмосферы обнаруживаются в зависимости от скорости ветра: при слабом ветре (0–1 м/с) и наличии низких источников ЗВ и при ветре 5–6 м/с и высоких выбросах [3]. Работающие на газовом и газо-мазутном топливе (в качестве резерва) ТЭЦ с тепловой мощностью от 200 Гкал и выше – как предприятия третьего класса опасности – должны иметь санитарно-защитную зону не менее 300 м, они являются мощными источниками загрязнения атмосферы [4].

В 58 % городов РФ более половины населения (55,1 млн человек) проживает в условиях высокого и очень высокого уровня загрязнения атмосферного воздуха. В Хабаровском крае доля городского населения, проживающих в аналогичных условиях, – значительно выше (77 %) (третье место среди субъектов РФ) [5].

Хабаровск – краевой центр Хабаровского края, крупный промышленный центр Дальнего Востока с разнообразным и сложным рельефом. Площадь города – 386 км2, население – 578 тыс. человек (по состоянию на 2011 г.) [9, с. 204]. ТЭЦ-1, ТЭЦ-3, Дальневосточная генерирующая компания, предприятия по производству кокса, нефтепродуктов (нефтеперерабатывающий завод) и ядерных материалов внесли основной вклад в выбросы от стационарных источников г. Хабаровска. Доля автотранспорта в суммарном выбросе ЗВ – около 1/2 всех выбросов [6, с. 6]. Климат в г. Хабаровске – муссонный, потенциал загрязнения атмосферы – повышенный [9, с. 204]. В городе из-за неблагоприятных климатических условий (высокой повторяемости: ветров со скоростью 0–1 м/с, штилей, застоев воздуха, приземных и приподнятых инверсий температуры) создаются неблагоприятные условия для рассеивания ЗВ в атмосфере, перенос их в районы жилой застройки, уровень загрязнения атмосферного воздуха – высокий (в 2011 г. ИЗА = 13,4) за счет повышенных средних концентраций взвешенных веществ и бенз(а)пирена [6, с. 7]. Хабаровская ТЭЦ-2 (далее ТЭЦ-2) является структурным подразделением Хабаровской теплосетевой компании – филиала ОАО «Дальневосточная генерирующая компания» [7].

Начало работы ТЭЦ-2 – 1934 г. (изначально – городская электростанция, с 1960 г. переименована в связи с переходом на теплофикационный режим). Суммарная установленная мощность теплоэнергии, вырабатываемой девятью котлоагрегатами, – 610 Гкал/час. С 1934 по 2007 гг. на ТЭЦ-2 было несколько реконструкций, связанных с использованием вида топлива: сперва она работала на дровах, далее – на угле, с 1970-х гг. – на мазуте, с 2008 г. – на природном газе сахалинского шельфа (после переоборудования котлов в 2007 г. к его приему) и мазуте (в качестве резерва) [8]. Использование газа значительно повысило экономические показатели предприятия и позволило оздоровить экологическую обстановку в центре города.

Цель работы – оценка состояния атмосферы г. Хабаровск в зоне влияния ТЭЦ-2 в районе стационарного поста наблюдений загрязнения атмосферного воздуха (пункта наблюдения загрязнения – ПНЗ № 2, далее ст. 2, относящаяся к «промышленному» типу [9, c. 205]) с учетом метеопараметров в сравнении с состоянием атмосферы города (в целом) и городов на территории РФ в 2011 г. по содержанию основных и специфических ЗВ: взвешенных веществ (ВВ), диоксида серы, оксида углерода, сероводорода, фенола, сажи, формальдегида, хрома.

Материалы и методы исследования

В работе приведены среднемесячные и годовые данные ФГБУ «Хабаровский ЦГМС-РСМЦ» для ст. 2 за 2011 г. (имеющаяся в распоряжении автора информация представляет интерес в связи с переходом ТЭЦ-2 на газ и особенностями метеорологических параметров года), средние концентрации ЗВ в атмосфере г. Хабаровск [6, с. 6–7] и городов РФ по данным стационарных постов [9, c. 10]). Сеть Росгидромета работает в соответствии с требованиями РД 52.04.186-89 [2]. Загрязнение воздуха оценивалось по значениям концентраций примесей: средних (qср) и максимальных разовых (qм). Концентрации сравнивались с ПДК: средние – со среднесуточными (ПДКс.с.), максимальные из разовых - с максимальными разовыми (ПДКм.р.). Степень загрязнения оценивалась при сравнении фактических концентраций с предельно допустимой концентрацией (ПДК) [9, с. 14; 10]. Оценки качества атмосферного воздуха с учетом его воздействия на здоровье городского населения по ПДК ЗВ для воздуха населенных мест [10]. Корреляционный анализ проведен с помощью программы EXCEL-2010 [11]. Роза ветров г. Хабаровска (для января, июля, среднегодовая) приведена в [9, c. 205].

Станция 2 находится в северо-западной части города по ул. Забакайльской, 10 (рис. 1). Вблизи находятся 2–5 этажные жилые и административные дома, в 500 м на юго-запад от ст. 2 расположена ТЭЦ-2 (5), в 200–250 м - бензоколонка (4) и автомагистраль, в 700 м северо-западнее - завод «Дальдизель» (1), в 100 м и 800 м северо-восточнее - нефтебаза, нефтеперерабатывающий завод (2) и газораздаточная станция (3) соответственно. В 300 м от ст. 2, между речным портом (6) и ТЭЦ-2 на берег Амура выходят технологические трубопроводы для налива нефтепродуктов в танкеры и транспортные баржи. В 400 м на запад проходит автомагистраль с интенсивным движением автотранспорта (ул. Тихоокеанская) и железная дорога. Жилые дома и промышленные предприятия отапливаются центральным отоплением. В месте отбора проб воздуха покрытие почвы – непылящее. В районе жилого массива, вблизи поста, имеются групповые посадки деревьев и кустарников.

nov1.tif

Рис. 1. Схема расположения ПНЗ № 2

Результаты исследования и их обсуждение

В табл. 1 приведены метеорологические характеристики года наблюдений и многолетние данные [9, c. 204] г. Хабаровска.

Корреляционный анализ проведен для проверки взаимной зависимости двух переменных (расчет коэффициента парной корреляции – r). Значения r (между повторяемостью метеопараметров): застоев воздуха/приземных инверсий температуры – 0,71, застоев воздуха/ветров со скоростью 0–1 м/с – 0,85 и ветров со скоростью 0–1 м/с/туманов – 0,62; застоев воздуха/приподнятых инверсий температуры (–0,72) и ветров со скоростью 0–1 м/с/приподнятых инверсий (–0,79) с достоверностью 0,99, что характеризует тесную связь между параметрами. 2011 г. характеризовался наибольшей повторяемостью слабых ветров и приподнятых инверсий по сравнению со среднемноголетними данными в 2,1 и 1,7 раз соответственно (табл. 1). В теплый период ветра со скоростью 0–1 м/с и туманы повторялись в 1,7 и 9 раз чаще, чем в зимний период (наряду с ростом на 25 % повторяемости приземных инверсий по сравнению с летним), что создало наиболее неблагоприятные условия для рассеивания ЗВ. Сумма АО в 2011 г. – 117,7 % от Н: за холодный период (январь – март, ноябрь, декабрь) выпало 88 мм (10,6 % от годового количества и 104,8 % от Н), причем максимальное количество осадков выпало в ноябре и декабре – в 1,4 и 1,7 раз больше Н; за теплый период (апрель – октябрь) – 742 мм (89,4 % от годового количества и 119,5 % от Н) за счет увеличения осадков в сентябре и августе – до 2,2 и 1,6 Н. Среднегодовые концентрации ЗВ в атмосфере г. Хабаровска (ст. 2) и городов России представлены в табл. 2.

Средние месячные (qср) и максимальные разовые (qм) (приведены в скобках) концентрации ЗВ на ст. 2 в 2011 г. составили (в мг/дм3): ВВ – 0,000–0,290 (0,000–2,000); SO2 – 0,000–0,052 (0,000–0,200); СО – 0,0–3,9 (0,0–9,0); NO2 – 0,000–0,033 (0,000–0,170); формальдегид – 0,000–0,013 (0,000–0,049). Отмечено, что в теплый период года (т.п.: апрель – октябрь) в атмосферном воздухе содержание компонентов выше, чем в холодный (х.п.: ноябрь, декабрь, январь – март): в 1,1, 1,3, 1,6 и 1,7 раз по NO2, ВВ, формальдегиду и СО, соответственно (рис. 2). Средний уровень загрязнения атмосферы на ст. 2 (в ПДКс.с.): пылью – 1,2, СО – 1,0, SO2 и NO2 – по 0,6, формальдегиду – 3,7. Среднегодовые концентрации ВВ, СО, диоксида серы, формальдегида и хрома на ст. 2 в 1,6; 2,3; 4; 1,2 и 4 раза выше, чем в городах России, соответственно (табл. 2). Среднее содержание ВВ и NO2 – в 1,5 и 1,4 раза в атмосферном воздухе Хабаровска (по данным четырех ПНЗ) выше [6. c. 6–7], чем на ст. 2, а СО, SO2, формальдегида – примерно одинаковое. Максимальные концентрации из разовых ст. 2 составили (в ПДКм.р.) для: ВВ, СО, фенола и формальдегида – 4; 1,8; 1,7 и 1,4 соответственно. На ст. 2 отмечены максимальные значения содержания ароматических углеводородов (бензол, ксилолы, толуол, этилбензол, хлорбензол) до 1,3–4,0 ПДК [6, с. 7] ввиду ее расположения в зоне влияния выбросов нефтеперерабатывающего завода. В Хабаровске до 300 дней в году преобладают солнечные дни, что способствует повышению содержания формальдегида в воздухе в результате фотохимических реакций, протекающих в загрязненной атмосфере городов, несмотря на его малые содержания в выбросах предприятий [12, 13].

Таблица 1

Метеорологические характеристики 2011 г. и среднемноголетние данные (Н) (г. Хабаровск)

Метеорологические характеристики

Месяцы

Год

Н

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Сумма осадков, мм

13

8

5

47

65

95

65

249

200

21

33

29

830

705

Осадки, количество дней

15

6

2

13

10

13

8

14

17

11

11

11

131

113

Скорость ветра, м/с

2

3

3

0

2

2

10

2

2

2,6

3

2,4

2,5

3,5

Повторяемость приземных инверсий температуры, %

75

51

28

15

24

24

32

40

23

39

22

52

35

40

Повторяемость застоев воздуха, %

39

13

10

8

12

6

31

24

7

10

8

15

15

14

Повторяемость ветров со скоростью 0–1 м/с, %

51

21

18

16

31

33

67

48

25

22

16

28

31

15

Повторяемость приподнятых инверсий температуры, %

23

42

60

47

47

29

26

26

67

52

68

44

44

26

Повторяемость туманов, %

0

0

0

0

0

2

2,9

2

0,6

1

0,5

0

0,8

0,7

 

Таблица 2

Среднегодовые концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе станции 2 (г. Хабаровск), городов РФ, 2011 г., ПДК, мг/дм3

Наименование

примеси

Среднегодовая концентрация, мг/м3

мг/м3

ЛПВ

Класс

опасности

Хабаровск

города РФ [9]

ПДКс.с.

ПДКм.р.

qср

qср

Азота диоксид

0,022

0,17

0,039

0,308

0,04

0,2

рефл.- рез.

3

Взвешенные вещества

0,184

2,0

0,117

0,989

0,15

0,5

рез.

3

Сера диоксид

0,028

0,20

0,007

0,193

0,05

0,5

рефл.-рез.

3

Оксид углерода

3,0

9,0

1,308

8,664

3

5

рез.

4

Сероводород

0,001

0,006

0,001

0,015

0,008

рефл.

2

Фенол

0,002

0,006

0,002

0,021

0,003

0,010

рефл.-рез.

2

Сажа

0,000

0,001

0,030

0,304

0,05

0,15

рез.

3

Формальдегид

0,011

0,049

0,009

0,076

0,003

0,035

рефл.-рез.

2

Хром1, мкг/м3

0,1

0,3

0,025

0,073

1,5

рез.

1

Примечание: 1 – хром в пересчете на хрома (VI) оксид, прочерк означает отсутствие данных, ЛПВ - лимитирующий показатель вредности, по которому установлены Нормативы: рез. – резорбтивный, рефл. – рефлекторный, рефл.-рез. – рефлекторно-резорбтивный.

nov2.wmf

Рис. 2. Средние концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе станции 2 за холодный и теплый периоды 2011 г.

В целом уровень загрязнений в данном районе (без учета загрязнения пылью) по основным примесям характеризуется как незначительный. Объективную оценку воздействия взвешенных веществ на здоровье населения г. Хабаровска дать невозможно, так как тонкодисперсные частицы пыли (с диаметром 2,5 и 10 мкм), составляющие обычно 40–70 % от общего числа ВВ, способные проникать и накапливаться в легких, в ФГБУ «Хабаровский ЦГМС-РСМЦ» не определяются. Наиболее чувствительны к влиянию таких частиц люди с хроническими нарушениями бронхо-легочной и сердечно-сосудистой систем, с ослабленным иммунитетом, дети и пожилые [14, с. 30].

Выводы

В результате проведенных исследований состояния атмосферного воздуха на ст. 2 установлено превышение ПДКс.с. по взвешенным веществам – в 1,2, оксиду углерода – в 1,0, формальдегиду – в 3,7 раз. В теплый период года содержание диоксида азота, взвешенных веществ, формальдегида и оксида углерода выше, чем в холодный, до 1,1–1,7 раз, но это не связано с влиянием выбросов ТЭЦ-2, которая до 2017 г. работала только во время отопительного сезона. Концентрации диоксидов серы и азота, сероводорода, фенолов, сажи – ниже ПДКс.с.. Максимальные концентрации из разовых на ст. 2 превысили ПДКм.р. по взвешенным веществам, оксиду углерода, фенолу, формальдегиду и ароматическим углеводородам (бензолу, ксилолам, толуолу, этилбензолу, хлорбензолу) в 4; 1,8; 1,7; 1,4 и 1,3–4,0 раз соответственно. Среднее содержание пыли и диоксида азота в атмосферном воздухе Хабаровска (по данным четырех станций) в 1,5 и 1,4 раза выше, чем на ст. 2. Отмечено превышение среднегодовых концентраций диоксида серы и хрома – в 4, СО – в 2,3, ВВ – в 1,6, формальдегида – в 1,2 раз по ст. 2 в сравнении с городами России. Повышенные содержания формальдегида в воздухе на ст. 2 связаны с природными процессами, а ароматических углеводородов – с влиянием выбросов близко расположенного нефтеперерабатывающего завода. Выбросы ТЭЦ-2 при господствующих ветрах юго-западного и северо-восточного направлений не оказывают существенного влияния на загрязнение атмосферного воздуха в данном районе.


Библиографическая ссылка

Новороцкая А.Г. ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ ТЭЦ-2 Г. ХАБАРОВСКА // Успехи современного естествознания. – 2017. – № 12. – С. 215-220;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=36631 (дата обращения: 23.10.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074