Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

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.

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)