Экологический мониторинг городов

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. С. АМАНЖОЛОВА.

ФАКУЛЬТЕТ ЭКОЛОГИИ И ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК

КАФЕДРА ЭКОЛОГИИ И ГЕОГРАФИИ

Дисциплина: Мониторинг окружающей среды

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему: «Экологический мониторинг городов»

Выполнила: Байбосынова Р.Е.

Студентка 4 курса гр. ЭК-10-А

Приняла: Камбарова Ж. Д ст.

преподаватель, магистр географии

2013 г.

Содержание

Введение

Глава 1. Общий экологический мониторинг городской среды(на примере г.Усть-Каменогорск и Алматы)

1.1 Экологическое состояние окружающей среды города Усть-Каменогорска

1.2 Экологическая обстановка города Алматы

Глава 2. Исследование и разработка научно-методической основы экологического мониторинга атмосферного воздуха (на примере г. Темиртау)

2.1 Анализ работы существующей системы экологического мониторинга за качеством атмосферного воздуха

Заключение

Список литературы

экологический мониторинг атмосферный

Введение

В настоящее время на Земле практически не осталось экологических систем, не подверженных в той или иной мере влиянию человека. Влияние человека на экосистемы в процессе техногенеза весьма интенсивно, поскольку своей деятельностью он создает направленные помехи в механизмах естественной обратной связи.

Основное загрязнение атмосферы связано с выбросами от предприятий цветной металлургии, теплоэнергетики, черной металлургии, нефтегазового комплекса и транспорта. Реальность угроз от загрязнения атмосферного воздуха сказывается на ухудшении здоровья населения и деградации окружающей среды. Проблема загрязнения атмосферного воздуха присуща в основном крупным городам и промышленным агломерациям, где проживает около половины населения страны. К наиболее загрязненным отнесены 10 городов, 8 из которых - с высоким уровнем загрязнения воздуха. Причинами высокого уровня загрязнения воздуха в городах являются устаревшие технологии производства, неэффективные очистительные сооружения, низкое качество применяемого топлива, слабое использование возобновляемых источников и нетрадиционных источников энергии. Резкое увеличение числа автомобилей вызывает рост концентрации оксида углерода и диоксида азота к крупных городах (Алматы, Усть-Каменогорск, Шымкент), где среднегодовые концентрации этих веществ превышают предельно -допустимые. Загрязнение воздушного бассейна так же связано с разработкой старых и освоением новых месторождений углеводородного сырья, что приводит к увеличению загрязнения атмосферы сероводородом и меркаптанами. Сжигание на факелах попутного газа сопровождается выбросом в атмосферу большого количества парниковых газов, оксидов серы и азота, вокруг месторождения формируется повышенный тепловой фон. В последние десятилетия в связи с быстрым развитием автотранспорта и авиации существенно увеличилась доля выбросов поступающих в атмосферу от подвижных источников: грузовых и легковых автомобилей, тракторов, тепловозов и самолетов. Согласно оценкам, в городах на долю автотранспорта приходится (в зависимости от развития в данном городе промышленности и числа автомобилей) от 30 до 70 % общей массы выбросов. Основной вклад в загрязнение атмосферы вносят автомобили, работающие на бензине, затем самолеты, автомобили с дизельными двигателями тракторы и другие сельскохозяйственные машины железнодорожный и водный транспорт.

Атмосферный воздух является самой важной жизнеобеспечивающей природной средой и представляет собой смесь газов и аэрозолей приземного слоя атмосферы, сложившуюся в ходе эволюции Земли, деятельности человека и находящуюся за пределами жилых, производственных и иных помещений. Результаты экологических исследований, как в Казахстане, так и за рубежом, однозначно свидетельствуют о том, что загрязнение приземной атмосферы - самый мощный, постоянно действующий фактор воздействия на человека, пищевую цепь и окружающую среду. Результаты специальных исследований, выполненных в Казахстане и за рубежом, показали, что между здоровьем населения и качеством атмосферного воздуха наблюдается тесная положительная связь.

Основные агенты воздействия атмосферу- атмосферные осадки в виде дождя и снега, в меньшей степени смога, тумана. Поверхностные и подземные воды суши имеют главным образом атмосферное питание и вследствие этого их химический состав зависит в основном от состояния атмосферы. Отрицательное влияние загрязненной атмосферы на почвенно-растительный покров связано как с выпадением кислотных атмосферных осадков, вымывающих кальций, гумус и микроэлементы из почв, так и с нарушением процессов фотосинтеза, приводящих к замедлению роста и гибели растений.

Глава 1. Общий экологический мониторинг городской среды(на примере г.Усть-Каменогорска и Алматы)

1.1 Экологическое состояние окружающей среды города Усть-Каменогорска

Восточно-Казахстанская область в силу сложившегося социально-экономического развития является одним из наиболее неблагополучных регионов республики по состоянию окружающей среды, а город Усть-Каменогорск одним из загрязненных городов Казахстана представляющим собой уникальную урбанизированную систему, перенасыщенную предприятиями самой различной технологической ориентации.

В соответствии с нормативно правовым документом по охране окружающей среды (НПДООС), Восточно-Казахстанская область включена в число шести экологически неблагополучных областей Казахстана и отнесена к зоне В по характеру существующих экологических проблем. Это обусловлено концентрацией здесь предприятий горнодобывающей, металлургической и энергетической промышленности.

Деятельность предприятий металлургической промышленности, теплоэнергетики и автотранспорта обусловливает загрязнение атмосферного воздуха. Усть-Каменогорск является городом с наиболее неблагоприятным состоянием атмосферы, доля которого по сравнению с другими промышленными городами области составляет свыше 42%.

По данным Восточно-Казахстанского Гидрометцентра, начиная, с 1997 года в городе Усть-Каменогорске отмечается рост индекса загрязнения атмосферного воздуха. В 1999 году средний индекс загрязнения (ИЗА) составил 17,6 единиц, в 2000 году - 17,8, а в 2001 году средний ИЗА составил 12,8. Для сравнения - второе место занимает Шымкент (индекс загрязнения атмосферного воздуха - 11,3), третье - Лениногорск (индекс загрязнения атмосферного воздуха -10,2). В целом экологическое состояние окружающей среды города Усть-Каменогорска характеризуется следующим образом.

Атмосферный воздух. В условиях слабой вентиляции города (средний процент штиля 48%), с большим количеством транспортных средств и стационарных источников актуальность загрязнения атмосферного воздуха в Усть-Каменогорске не вызывает сомнения.

В городе расположено 169 предприятий, имеющих свыше 3 тыс. стационарных источников наносящих экологический ущерб, как биоценозам, так и населению города. Согласно делению предприятий на категории опасности в зависимости от массы и видового состава, выбрасываемых в атмосферу загрязняющих веществ, к первой категории отнесены 6 предприятий города. Это Усть-Каменогорская МП ОАО “Казцинк”, дающая 74% выбросов, Усть-Каменогорская ТЭЦ, Согринская ТЭЦ, Усть-Каменогорские “Тепловые сети”, АЭС Алтай Пауэр, на долю которых приходится около 23%, ЗАО “Опытный свинцовый завод” и ОАО “УМЗ”. Доля малых предприятий в загрязнении атмосферного воздуха небольшая, но они вместе взятые также вносят свой вклад в загрязнение окружающей среды города.

На состояние приземного слоя воздушного бассейна существенное влияние оказывает и автотранспорт, на долю которого приходится 30% от общего количества выбросов. Основной причиной высокого содержания вредных веществ в выхлопных газах автомобильного транспорта является низкое качество транспортного топлива и отсутствие фильтров по очистке выхлопных газов, а также ухудшение технического состояния подвижного состава автохозяйств и увеличение парков автомобилей в городе.

Из 170 наименований выбрасываемых загрязняющих компонентов, около 20% относятся к первому и второму классу опасности - это свинец, селен, кадмий, мышьяк, фтористый водород, хлор и др. Особенно неблагоприятным является состояние воздушного бассейна Усть-Каменогорска по содержанию сернистого ангидрида.

Среднегодовое превышение предельно-допустимых концентраций по городу составил: по пыли - 2,0 ПДК, диоксида серы - 2,4 ПДК, диоксида азота - 3,3 ПДК, фенола - 2,7 ПДК, неорганических соединений мышьяка - 1,0 ПДК, оксида углерода и хлора - 0,7 ПДК.

Максимальные из разовых концентраций составили: пыли 5,2 ПДК, фенола - 4,9 ПДК, диоксида азота - 4,7 ПДК, оксида углерода - 2,4 ПДК, диоксида серы - 1,1 ПДК, хлора - 1,0 ПДК, формальдегида - 0,9 ПДК.

Высокие концентрации загрязняющих веществ, превышающие ПДК в пять и более раз, наблюдаются особенно в период неблагоприятных метеорологических условий (НМУ). В течение 1 квартала 2002 года высокое загрязнение атмосферного воздуха наблюдалось:

- в целом по городу по содержанию взвешенных частиц до 6,7 среднесуточных ПДК в периоды НМУ 2 степени с 12 по 14 и с 25 по 28 февраля. В эти же дни в районе ст.Защита содержание фенола достигало 5,7 среднесуточных ПДК.

- 28 марта в 13 часов в районе ст.Защита (ПНЗ-7) содержание взвешенных частиц достигло уровня 5,2 максимальноразовых ПДК.

По сравнению с периодом прошлого года увеличилось среднее содержание пыли на 0,7 ПДК, диоксида азота и формальдегида на 0,6 ПДК, мышьяка на 0,3 ПДК; уменьшилось содержание фенола на 0,3 ПДК, диоксида серы на 0,4 ПДК. Содержание оксида углерода и хлора не изменилось.

Наиболее высокий уровень загрязнения всеми примесями отмечается в районе ПНЗ-1 (ул.Рабочая), например, в течение первой декады февраля содержание свинца превышало санитарную норму в 2,8 раза. Также превышение в 1,2 раза по свинцу наблюдалось в течение 2 декады февраля в районе ПНЗ-5 (ул.Урицкого, 30).

Такое состояние атмосферного воздуха в городе Усть-Каменогорске отрицательно сказывается на здоровье населения. Увеличивается заболеваемость верхних дыхательных путей, органов пищеварения, эндокринной системы, системы кровообращения и органов дыхания. В последние годы наблюдается тенденция роста числа раковых заболеваний, лейкемии, новообразований и других угрожающих жизни заболеваний. Положение усугубляется тем, что многие из веществ, присутствующих в атмосферном воздухе обладают так называемым эффектом суммации, когда отрицательное воздействие на организм человека усиливается при совместном присутствии в воздухе таких веществ, как диоксид серы и фтористый водород, диоксид серы и диоксид азота и оксид углерода и др.

В настоящее время за состоянием атмосферного воздуха в городе Усть-Каменогорске ведется мониторинг, осуществляющийся на 5 постах наблюдений за содержанием в воздухе пыли, диоксида серы, диоксида азота; на 4 постах фенола и формальдегида; на 3 постах оксида углерода; на 2 постах хлора, тяжелых металлов, мышьяка и свинца. Содержание других остротоксичных компонентов, таких как бериллий, фтористый водород не контролируется вообще. Мониторинг за выбросами от стационарных источников осуществляется в рамках ведения производственного мониторинга предприятиями. В дни с неблагоприятными метеорологическими условиями проводится работа передвижного поста для отбора проб воздуха в экологически неблагополучных районах города, в которых отсутствуют стационарные посты.

Исходя из этого, город Усть-Каменогорск на протяжении многих лет характеризуется наибольшим уровнем загрязнения атмосферного воздуха среди областных центров Республики Казахстан, несмотря на то, что на всех предприятиях города разрабатываются мероприятия в рамках проектов ПДВ, на выполнение которых расходуется значительное количество средств.

Водные ресурсы. Наиболее загрязненные реки Республики - это реки, протекающие по территории Восточно-Казахстанской области, где самый высокий индекс загрязнения поверхностных вод наблюдается в районах добычи и обогащения полиметаллических руд.

В черте города Усть-Каменогорска расположено 20 выпусков сточных вод. Источниками загрязнения в зоне деятельности предприятий являются промплощадки с производственными цехами, промливневыми стоками, накопителями промотходов. Загрязнение водоносного горизонта свинцом, селеном, кадмием, нитритами распространилось на многие километры в связи, с чем закрыты или подлежат закрытию несколько питьевых водозаборов в Западной части города. С августа 1999 года до конца декабря 2000 года в р.Красноярка с Иртышской промплощадки сбрасывались неочищенные шахтные воды, что привело к постоянному экстремально высокому загрязнению (ЭВЗ) реки цинком. В 2001 году в р.Красноярка было зафиксировано изменение по содержанию цинка от 3,0 ПДК до: в августе 137 ПДК, в ноябре - 159,4 ПДК, в декабре - 125,6 ПДК.

В 2001 году хвостохранилище Березовской обогатительной фабрики эксплуатировалось в аварийном режиме. Объем аварийно сброшенной на рельеф хвостовой пульпы за декабрь 2001 - январь 2002 года составил 3745 кубометров. В результате этого в реке Глубачанка в створе “0,5 километра ниже рудника Белоусовский” в этот период наблюдалось ЭВЗ.

Вследствие длительного влияния множественных очагов техногенного загрязнения на качество подземных и поверхностных вод, долина реки Ульбы подвержена интенсивному загрязнению опасными токсикантами, концентрация которых в подземных водах (в эпицентрах очагов загрязнения) достигает тысяч и десятков тысяч ПДК.

В 2000 году поверхностные воды р.Ульбы были отнесены к 4 классу качества (загрязненным водам) с ИЗВ у левого берега 3,50 и 3,05 у правого берега, а в 2001 году индекс загрязнения воды левого и правого берега составил 2,46 и 2,26, т.е. качество поверхностных вод данного участка реки в 2001 году улучшилось. В 1 квартале 2002 года качество воды отнесено к 4 классу, а ИЗВ=3,80.

Створ “1,45 км выше устья р.Ульба” (левый и правый берег) является наиболее загрязненным. Среднегодовые концентрации загрязняющих веществ в 2001 году составили: по меди 4,86-5,50 ПДК, цинку 4,71-5,37 ПДК, нефтепродуктам 2,03-2,07 ПДК, нитритному азоту 1,40-1,95 ПДК.

В поверхностных водах р.Ульба в 2002 году по сравнению с 2001 годом наблюдается увеличение концентрации меди и взвешенных веществ.

На состав поверхностных вод р.Иртыш оказывает влияние промышленный комплекс Восточно-Казахстанской области. Одним из наиболее загрязненных в 2001 году был створ “0,5 км ниже сброса ТМК”. Средние концентрации у правого и левого берега составили: по меди 3,75-4,75 ПДК, цинку 1,92-3,48 ПДК, нефтепродуктам 2,50-2,17 ПДК, нитритному азоту 1,31-1,37 ПДК. Биохимическая потребность в кислороде (БПК5) превысила норму в трех случаях. Индекс загрязнения для левого и правого берега был равен 1,86 и 2,19 соответственно.

Качество поверхностных вод створа “0,5 км ниже сброса Конденсаторного завода” в 2001 году (ИЗВ=0,84), в сравнении с 2000 годом (ИЗВ=1,39), улучшилось, и, можно сказать, они относятся к чистым водам 2 класса качества. Однако, к сожалению контроль за качеством воды в этом створе проводится только раз в полугодие.

В 1 квартале 2002 года наиболее загрязненным в черте города является створ “0,35 км ниже понтонного моста”.

Состояние поверхностных вод на данном участке реки ухудшилось по сравнению с 2001 годом (ИЗВ для левого и правого берега в 2002 году составил 2,08 и 3,75, а в 2001 1,34 и 2,17). Наблюдается увеличение концентраций меди и цинка; концентрация взвешенных веществ и нитритного азота уменьшилась. БПК5 в створе значительно превысило норму.

Отдельной строкой в ряду проблем загрязнения водного бассейна региона выделяется проблема перегрузки очистных сооружений. Очистка сточных вод в городе осуществляется на Левобережных очистных сооружениях. Сброс стоков после очистки производится в р.Иртыш. Из-за критической ситуации, связанной с недостатком проектной мощности очистных сооружений и затянувшихся сроков строительства третьей очереди очистных сооружений, в Иртыш сбрасываются недостаточно очищенные хозбытовые сточные воды.

Мониторинг за состоянием рек Ульбы и Иртыш в черте города осуществляется лишь раз в квартал, что не способствует своевременному принятию мер по снижению загрязнения водных объектов.

Остается сложной экологическая обстановка на объектах водоснабжения вследствие длительного влияния на качество источников водоснабжения множественных очагов техногенного загрязнения подземных и поверхностных вод. В черте города расположены хвостохранилища ОАО “УМЗ”, золоотвалы Усть-Каменогорской и Согринской ТЭЦ, отвалы металлургического производства МП ОАО “Казцинк”. Токсичные компоненты отходов вымываются в подземные горизонты, загрязняя их токсичными компонентами.

Промышленные и бытовые отходы. На левобережные очистные сооружения г.Усть-Каменогорска поступают не только хозбытовые стоки, но и сбросы промышленных предприятий. В результате, в твердом осадке содержание высокотоксичных металлов в сотни раз превышает их предельно-допустимое содержание в почвах и не позволяет использовать их в качестве органических удобрений. Площадка, где размещен осадок, не имеет водонепроницаемого основания и не обустроена в соответствии с санитарно-экологическими требованиями.

Возрастает количество отходов производства и потребления. Складирование бытовых отходов города осуществляется на свалку в районе Шмелева Лога. Эксплуатация которого ведется с 1957 года без проекта, без водонепроницаемого основания, без планировки. Площадь свалки составляет 20 га и освоена на 85%.

Ежегодно в городе образуется до 65 тыс. тонн ТБО, что составляет 200 кг на человека в год. С каждым годом количество отходов возрастает, а количество пластиковых отходов удваивается. Получение вторичного сырья из отходов сегодня практически не реализуется. Около 30% отходов по весу и 50% по объему составляют различные упаковочные материалы, являющиеся отходами предприятий среднего и малого бизнеса. Из них 13% веса и 30% объема упаковочных материалов составляет пластик. На городскую свалку вывозятся также промышленные отходы предприятий 4 класса опасности. Золошлаковые отходы, представляющие собой отходы от сжигания угля, относятся к 4 классу опасности. Количество золошлаковых отходов в самых крупных золоотвалах ТОО АЕС УК ТЭЦ и ТОО АЕС Согринская ТЭЦ уже превысило их проектные мощности, а строительство новых золоотвалов затягивается, что может обернуться серьезными проблемами не только для самих предприятий, но и для Усть-Каменогорска в целом (вплоть до размораживания теплосетей в осенне-зимний период). Подавляющее большинство более мелких котельных размещают свои отходы на открытых площадках, часто не обустроенных, либо вывозят на мусорные свалки. Вторичное использование ЗШО в качестве строительных материалов крайне незначительно в связи с общим спадом объемов строительства и отсутствием передовых технологий.

Переработка промышленных и бытовых отходов не ведется, за исключением переработки металлургических кеков на ОАО “Казцинк”. Неотъемлемой частью утилизации ТБО должны стать мероприятия по сокращению количества отходов, селективного сбора и сортировки отходов, утилизации из них полезных компонентов.

В результате проведенных исследований установлено критическое состояние почв, водных ресурсов и атмосферного воздуха. Проект нового полигона ТБО был разработан, однако, в связи с изменением СНиП и других регламентирующих документов, проект требует корректировки с последующей перепривязкой объекта на местности.

В связи с ухудшающейся эпидемиологической обстановкой на территории Республики, актуальна проблема захоронения трупов животных. Предполагаемое решение указанной проблемы - строительство скотомогильника.

Радиоэкологическая обстановка. Радиоэкологическими исследованиями проводящимися с 1990 года на большей части площади городской застройки отмечается спокойное гамма-поле интенсивностью в среднем от 11 до 20 мкР/час. Вместе с тем выявлено более 400 радиоактивных аномалий различной степени опасности. Из этого числа 189 аномалий связаны с загрязнением радионуклидами почвогрунтов. 45 очагов радиоактивного загрязнения были ликвидированы ранее, в 2001 году было ликвидировано еще 7 очагов. Наибольшая мощность экспозиционной дозы в оставшихся не дезактивированными очагах достигает 1820 мкР/час. Загрязнения вызваны в основном деятельностью промышленных предприятий и обусловлены торием, ураном и продуктами их распада.

Один из наиболее крупных очагов радиоактивного загрязнения (ОРЗ) расположен на левом берегу реки Комендантки в районе технического университета. Вызван он деятельностью бывшего треста “Калбаолово”, который сбрасывал отходы доводочной фабрики. Загрязнение протягивается на 400 м при ширине 220 м и распространяется на глубину 4-5 м. Мощность экспозиционной дозы (МЭД) гамма-излучения на поверхности почв достигает 360 мкР/час, увеличиваясь с глубиной до 1000 мкР/час. При этом следует отметить, что большинство очагов радиоактивного заражения не были детализированы и изучены на глубину.

Радиоактивные аномалии с мощностью дозы до 1000 и более мкР\час обнаружены на промплощадках и в санитарно-защитных зонах УК МК ОАО “Казцинк”, АО “Ульбинский металлургический завод”, поликлиники по ул.Бурова и в районе южного откоса старого хвостохранилища АО “Ульбинский металлургический завод”. Мощность дозы гамма-излучения с внешней стороны ограды хвостохранилища достигает 5460 мкР\час.

По данным Восточно-Казахстанского облуправления госсанэпиднадзора в грунтах радионуклиды растворяются как в кислой, так и в щелочной среде, загрязняя бассейн подземных вод. Опасность этих очагов состоит также в загрязнении атмосферы радоном, тороном, радиоактивной пылью при ветровом переносе, прямом облучении людей и три выращивании скота и овощей на загрязненных участках.

Следует отметить, что важной проблемой города Усть-Каменогорска является проблема концентрации радона в воздухе жилых, общественных и производственных зданий, а также в источниках водоснабжения. Для снижения загрязнения природной среды в области разработана и утверждена комплексная научно-обоснованная экологическая программа “Рациональное использование и охрана природных ресурсов Восточно-Казахстанской области на 2001-2005 гг.” включающая детальную проработку природоохранных мероприятий, направленных на улучшение качества окружающей среды областного центра. Источником финансирования таких мероприятий планируются в основном собственные средства предприятий-природопользователей, расположенных в городе, а также средства Восточно-Казахстанского фонда охраны окружающей среды, преобразованного в ГУ “ВКО Учреждение по реализации природоохранных программ”.

На природоохранные мероприятия в 2002 году Государственным Учреждением “ВКО Учреждение по реализации природоохранных программ” городу Усть-Каменогорску предполагается выделить 276,147 млн. тенге. Основной упор природоохранных мероприятий сделан на обеспечение населения города чистой питьевой водой в рамках программы “Чистая вода”, озеленение города в соответствии с программой озеленения города Усть-Каменогорска на 2010-2013 годы, а также на проведение мониторинга экологической обстановки в городе.

1.2 Экологическая обстановка города Алматы

Крупнейший город Казахстана Алматы входит в список самых грязных городов мира. Журнал Business Week, оценивая показатели уровня загрязненности воздуха, степени пригодности питьевой воды, степени утилизации и переработки отходов, уровня доступности больничных услуг и медицинских принадлежностей и степени присутствия инфекционных болезней, отдал Алматы четвертое место в списке самых неблагоприятных мест для проживания в мире, причислив город к зоне повышенного риска.

Основной проблемой загрязнения атмосферы города является постоянный рост выбросов загрязняющих веществ автомобильным транспортом, что связано с ростом численности легковых и грузовых автомобилей, объективными трудностями в обеспечении эффективного трафика по магистралям города, автомобильным «пробкам». Пробы воздуха, которые берут алматинские экологические службы, показывают, что в выхлопных газах автомобилей содержится около 200 химических соединений, в том числе канцерогенные полициклические углеводороды.

Накопленные к настоящему времени научные доказательства говорят о том, что наблюдаемое загрязнение окружающей среды в городе Алматы наносит значительный ущерб здоровью и приводит к росту показателей смертности, сокращению примерно на год ожидаемой продолжительности жизни, увеличению заболеваемости и негативному воздействию на нормальное развитие населения.

В последние десятилетия наблюдается увеличение распространенности болезней отдельных нозологических форм, которое обусловлено загрязнением окружающей среды. К таким экозависимым заболеваниям относят новообразования, заболевания эндокринной, мочеполовой системы, системы крови и кроветворных тканей, органов пищеварения, дыхания.

Целью исследования является изучение источников загрязнений г. Алматы в зависимости от объекта (воздух, вода, почва) и анализ влияния загрязнений на здоровье населения.

Работа проводилась на базе Алматинского городского управления охраны окружающей среды в 2012--2013 гг. Были исследованы источники загрязнения окружающей среды города Алматы, проанализированы статистические данные о состоянии здоровья населения, исследовано влияние загрязнений на здоровье, изучены виды патологий, связанных с неудовлетворительным состоянием окружающей среды, рассмотрены существующие и планируемые приемы и методы охраны и защиты окружающей среды города Алматы.

Загрязнение атмосферного воздуха г. Алматы. Загрязнение атмосферного воздуха является главной проблемой самого крупного города Казахстана. По данным Центра гидрометеорологического мониторинга г. Алматы, индекс загрязнения атмосферного воздуха города ИЗА5 за 2011 год составил 9,2 -- один из самых высоких в республике. Наибольший вклад в загрязнение атмосферного воздуха вносит автомобильный транспорт. Алматы является самым густонаселенным городом Казахстана с большим числом автомашин и интенсивным транспортным движением, что неизбежно осложняет экологическую ситуацию. В целом по городу эксплуатируется порядка 700 тыс. единиц автотранспорта, с учетом иногородних и транзитных. По имеющимся данным количество иногороднего транспорта, ежедневно въезжающего на территорию Алматы, в среднем составляет от 90 до 100 тыс. единиц.

Экологическую ситуацию усугубляет техническое состояние имеющегося парка старых легковых автомашин (год выпуска более 10 лет), число которых составляет 80,8 % от зарегистрированных легковых автомобилей. Сейчас в эксплуатации находится более 115 тыс. технически устаревших автомобилей, которые дают до 70 % валового объема выбросов автотранспорта. При этом из всех зарегистрированных легковых автомобилей 99 % используют в виде топлива бензин. Увеличению выбросов вредных веществ в атмосферу от автотранспорта способствует использование низкокачественных горюче-смазочных материалов.

Оценка текущего загрязнения атмосферного воздуха передвижными источниками (автотранспортом) осуществляется на основании требований РНД 211.2.02.11-2004 «Методика определения выбросов автотранспорта для проведения сводных расчетов загрязнения атмосферы городов». Мониторинг экологического состояния воздушного бассейна г. Алматы проводится двумя организациями: РГП «Казгидромет» -- на пяти стационарных и на пяти высотных постах наблюдения, Управлением Госсанэпиднадзора г. Алматы -- в различных точках отбора проб в селитебной зоне и вдоль автомагистральных улиц.

Моделирование рассеивания вредных веществ от передвижных источников показывает, что при расчетных метеорологических условиях поле концентрации с ПДК>2 по группе суммации (NO2+SO2) накрывает практически всю селитебную зону города Алматы, а в его центральной части, вблизи наиболее важных автомагистралей, концентрации резко возрастают до 5--10 и даже до 25 значений ПДК.

Для г. Алматы основными загрязнителями атмосферного воздуха выступают диоксид азота (NO2), диоксид серы (SO2), оксид углерода (CO) и взвешенные вещества, именно они в основном и определяют экологический риск загрязнения атмосферы и негативно влияют на здоровье человека.

Суммарный годовой объем эмиссий загрязняющих веществ в атмосферный воздух от стационарных и передвижных источников выделения, расположенных на территории города, составил в 2012 году более 230 тысяч тонн, из которых порядка 45 тысяч тонн приходится на долю стационарных источников выбросов вредных веществ в атмосферу предприятий и организаций города, индивидуального жилого сектора и ТЭЦ-2.

Главным стационарным источником загрязнения воздушного бассейна города является теплоэнергетический комплекс, выбросы которого превышают объем эмиссий от стационарных источников предприятий теплоэнергетики и промышленности, расположенных непосредственно на городской территории.

Основными причинами загрязнения атмосферного воздуха в городе от стационарных источников являются: устаревшие технологии многих производств; недостаточное количество и невысокая эффективность существующих пылегазоочистных установок; нарушения технологического режима работы; использование в энергетике низкокачественных углей.

В процессе наблюдений за состоянием атмосферного воздуха мы заметили, что ежедневно город Алматы накрывает густой туман -- смог. Это очень сильное загрязнение воздуха, представляющее собой густой туман с примесями дыма и газовых отходов или пелену едких газов и аэрозолей повышенной концентрации. Это большая проблема крупного города, которая отрицательно влияет на здоровье человека. Особенно опасен смог для детей и пожилых людей с ослабленным организмом, страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями и заболеваниями дыхательной системы. Он может стать причиной затруднения дыхания или даже его остановкой, вызывает воспаление слизистых оболочек. Наибольшая концентрация вредных веществ в приземном воздухе наблюдается утром, в течение дня смог поднимается вверх под воздействием восходящих потоков воздуха.

В условиях слабой естественной вентиляции воздушных масс загрязнение атмосферного воздуха оказывает прямое негативное воздействие на здоровье населения. По уровню первичной заболеваемости органов дыхания г. Алматы занимает первое ранговое место среди регионов Казахстана.

Загрязнение водных ресурсов. На территории города Алматы расположены 22 реки и 4 русловых водоема искусственного происхождения. Современное состояние большинства водных объектов и прибрежных территорий г. Алматы не соответствует правовым и нормативным требованиям в области экологии и градостроительства. В наиболее неблагополучном экологическом состоянии находятся участки рек, заключенные в коллекторы и утратившие природную самоочищающую способность.

Кроме того, в воды рек сбрасываются неорганизованные и неочищенные воды частного жилого сектора и многочисленных автомоек, пунктов общественного питания и других объектов малого бизнеса, контроль за этими сбросами фактически не ведется, выявлены случаи накопления тяжелых металлов в поверхностных водах города Алматы.

Алматы, входящий в число городов с плуторомиллионным населением, для своей деятельности как южной столицы, промышленного центра, одного из самых красивых и зеленых городов, пропускает через себя огромное количество воды. Эта вода, побывав на промышленных предприятиях, в учреждениях и организациях, в домах и квартирах жителей, выходит из-под города в виде сточных вод, загрязненных и обогащенных различными элементами: органикой, химикатами, металлами, отходами нефтепродуктов, моющих средств и т. п.

Имеет место и загрязнение подземных вод, являющихся основным источником питьевого водоснабжения Алматы. Основная масса участков загрязнения подземных вод характеризуется повышением минерализации, увеличением жесткости, сульфатов, хлоридов до значений, превышающих предельно допустимые концентрации.

Загрязнение потребляемой воды становится причиной тяжелых заболеваний, течение которых зависит от возраста, общего состояния здоровья, гигиенических условий жизни, а также от характера и количества поступающих в организм с питьевой водой микроорганизмов и химических примесей.

Употребление воды с высокой минерализацией и жесткостью, повышенным содержанием хлоридов, сульфатов и других компонентов солевого состава приводит к распространению среди населения Алматы мочекаменной и желчекаменной болезней, сердечнососудистых заболеваний, патологии пищеварительной системы.

Размещение отходов в окружающей среде. В последние годы проблема обращения с отходами в Казахстане стоит очень остро: грязные улицы, стихийные свалки, переполненные полигоны и отсутствие надлежащего контроля в вопросах обращения с отходами. Накопление ТБО (твердые бытовые отходы) возрастает с каждым годом, достигнув в настоящий момент 325--550 кг/городского жителя в год.

В целом по стране каждый год образуется более 4 миллионов тонн муниципальных отходов, из них -- в Алматы -- 475 тыс. тонн. Ежедневно Алматы производит 1300 тонн мусора, около 200 тонн собирается с улиц города. Основная масса образуемых твердых бытовых отходов вывозится и складируется на территории санкционированных свалок и полигонов. За год здесь набирается более 562 тысяч тонн коммунальных отходов. В общей сложности уже накоплено около 8 млн тонн ТБО. Свалки оказывают воздействие на окружающую среду: отравление грунтовых вод, размножение переносчиков заболеваний, неприятный запах, дым от частых самовозгораний, кроме того приводит: к изъятию больших земельных участков; безвозвратной потере ценных компонентов, содержащихся в отходах; большим транспортным расходам, связанным со значительным удалением свалок и полигонов от города; возрастанию экологической опасности в районах размещения свалок и полигонов (загрязнение почв, подземных и поверхностных вод, атмосферного воздуха); ухудшению санитарно-эпидемиологической обстановки в зоне влияния полигонов и свалок.

Влияние загрязнений на здоровье населения. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), состояние окружающей природной среды влияет на каждого человека, внося в среднем 25--30 % «вклада» в его здоровье . Из многих сотен тысяч органических соединений, около 60 тысяч постоянно влияют на живые организмы, в том числе, и на человека. В настоящее время все известные современной медицине болезни развиваются по четырем моделям экологической, генетической, аккумуляционной и онтогенетической. Во всей совокупности действующих механизмов преобладает экологическая модель происхождения болезней.

Проблема взаимосвязи состояния окружающей среды и здоровья человека в Республике Казахстан с каждым годом приобретает все более актуальный характер. Загрязнение природной среды и ее влияние на здоровье человека имеет связь, которая прослеживается на основании данных по уровню заболеваемости, выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников, сбросу загрязненных сточных вод в водоемы, образование токсичных отходов, доступности населения к питьевой воде.

В выхлопных газах автомобилей содержится около 200 химических соединений. Среди них вещества как безвредные для организма человека (азот N2, кислород O2, водяные пары H2O, углекислый газ CO2), так и весьма токсичные соединения, в том числе канцерогены (вещества, повышающее вероятность возникновения злокачественных новообразований (опухолей).

Угарный газ (CO) является продуктом неполного сгорания автомобильного топлива. Присутствие оксида углерода в атмосферном воздухе не может ощущаться человеком по запаху либо цвету. Оксид углерода считается «вдыхаемым ядом», способным создавать дефицит кислорода в тканях тела, что может вызвать головную боль, головокружение, тошноту, потерю сознания и даже смерть.

Были исследованы поля концентрации оксида углерода в городе Алматы. Итоговые результаты динамики полей концентрации оксида углерода показывают, что имеется практически непрерывный источник выброса в центральной части города, где максимальна интенсивность движения автотранспорта и сосредоточено большое количество мелких и средних предприятий, то есть здесь постоянно присутствует «пятно» максимального загрязнения.

Наличие в воздухе Алматы диоксида азота (NO2) при взаимодействии с углеродами выхлопных газов способствует образования фотохимического тумана -- смога. Диоксид азота представляет собой газ желтовато-бурого цвета, который сильно ухудшает видимость, придает коричневый оттенок воздуху, высокотоксичен, вызывает бронхит, понижает сопротивляемость организма к респираторным заболеваниям. При контакте с влажной поверхностью слизистой оболочки оксиды азота образуют кислоты HNO3и HNO2, которые приводят к отеку легких. Статистические данные показывают, что в Алматы очень высокие показатели заболеваний легочной системы.

Длительный контакт со средой, отравленной выхлопными газами автомобилей, вызывает общее ослабление организма -- иммунодефицит. Кроме того, газы сами по себе могут стать причиной различных заболеваний. Например, дыхательной недостаточности, гайморита, ларинготрахеита, бронхита, бронхопневмонии, рака легких. Кроме того, выхлопные газы вызывают атеросклероз сосудов головного мозга. Опосредованно через легочную патологию могут возникнуть и различные нарушения сердечно-сосудистой системы.

Наибольшее влияние выхлопные газы в Алматы оказывают на водителей и пассажиров автотранспорта, особенно тех, кому подолгу приходится стоять в пробках. Среди пешеходов, больше всех страдают дети, так как наибольшая концентрация вредных веществ происходит в приземном воздушном слое, как раз на уровне дыхательных путей ребенка.

Медики установили прямую связь между ростом числа людей, болеющих аллергией, бронхиальной астмой, раком, и ухудшением экологической обстановки в городе. Достоверно установлено, что такие отходы производства, как хром, никель, бериллий, асбест, многие ядохимикаты, являются канцерогенами, то есть вызывающие раковые заболевания. В результате загрязнения появляются новые, неизвестные ранее болезни. Причины их бывает очень трудно установить .

Некоторые пути решения проблем загрязнения окружающей среды. В целях оздоровления экологической обстановки города Алматы реализуется ряд программ, в т. ч. разработана и реализуется Комплексная программа по снижению загрязнения окружающей среды города Алматы на 2009--2018 гг., которая объединяют комплекс мероприятий, направленных на решение вопросов по снижению выбросов вредных веществ в атмосферу от различных источников, по развитию зеленого фонда города, на охрану водных и почвенных ресурсов, реконструкцию и строительство дорог, транспортных развязок, систем арычного орошения и ливневой канализации и т. п.

Для улучшения качества атмосферного воздуха в Алматы реализуется транспортная стратегия: перевод транспорта на газ: в 2010 году построена первая газозаправочная станция, на маршруты выведены 400 автобусов, работающих на природном газе, ведется оптимизация схем движения общественного транспорта; введена в эксплуатацию 1 линия метрополитена; ведется строительство Восточной объездной дороги и транспортных развязок, осуществляется переход к евростандартам качества бензина.

По инициативе Управления природных ресурсов и охраны окружающей среды города Алматы впервые в Казахстане разрабатывается пилотный проект по установлению целевых показателей загрязнения атмосферного воздуха в Южной столице, для реализации которого разработана Программа достижения целевых показателей загрязнения атмосферы г. Алматы на 2009--2018 годы.

Выводы: В городе Алматы сохраняются проблемы экологического характера, приводящие к: высокому уровню выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, загрязнению и истощению водных источников, земельных ресурсов; низкому объему переработки и утилизации отходов, что способствует их накоплению в окружающей среде; ухудшению здоровья населения. Загрязнение окружающей среды вредными веществами и влияние их на здоровье человека -- это одна из важнейших проблем на сегодняшний день.

Вследствие отсутствия на должном уровне обеспечения безопасности окружающей среды, уровень загрязнения вызывает рост заболеваний органов дыхания, заболеваний злокачественных новообразований, профессиональных патологий.

Глава 2. Исследование и разработка научно-методической основы экологического мониторинга атмосферного воздуха (на примере г. Темиртау)

2.1 Анализ работы существующей системы экологического мониторинга за качеством атмосферного воздуха

Объект исследования - современное состояние воздушного бассейна города Темиртау, анализ работы существующей системы экологического мониторинга за качеством воздушного бассейна, моделирование процессов рассеивания загрязняющих веществ от местных, высотных источников выбросов с целью выявления зоны распространения их на приземные концентрации, для разных сезонов года. Разработка рекомендаций для работы Ситуационного центра.

Объектом научного исследования являлись существующая система мониторинга атмосферного воздуха в г.Темиртау, уровень загрязнения атмосферного воздуха, основные источники загрязнения, моделирование территории загрязнения в зависимости от сезона года и рекомендации по созданию оперативной системы мониторинга.

Результаты исследований за 2011-2012гг:

Для достижения поставленных задач, в первую очередь было необходимо изучить современное состояние загрязнения воздушного бассейна г.Темиртау, выделить основные источники загрязнения, которые имеются в городе, а также провести анализ работы существующей системы мониторинга. При этом не ставилась задача подвергать критике методику или результаты работы существующей системы. Необходимо было ответить на вопрос на сколько эффективно работает система и сто можно сделать для улучшения ее работы.

Соответственно, вся работа делилась на несколько этапов:

1) Анализ современного состояния воздушного бассейна;

2) Изучение основных источников выбросов загрязняющих веществ;

3) Моделирование рассеивания выбросов с предприятий, для определения территорий, где работа этих предприятий сказывается на приземные концентрации, причем для всех сезонов года, для чего необходимо было провести синоптический анализ со случаями, когда наблюдается экстремальные значения ЗВ в городах;

4) Разработка методических рекомендаций, которые могли быть использованы при работе местного Ситуационного Центра.

Анализ данных г.Темиртау показывает, уровень загрязнения воздуха в городе высокий, а в отдельные месяцы - очень высокий. Индекс загрязнения в среднем многолетнем близок к 8, но в отдельные годы может достигать 13. Максимум загрязнения в годовом ходе приходится на осень и вторую половину зимнего периода. Такой ход ИЗА обусловлен годовым ходом ветра, минимум скоростей которого приходится на осень, а в начале зимнего периода его скорости заметно увеличиваются.

Максимальный вклад в уровень загрязнения атмосферного воздуха города Темиртау за последние пять лет вносят фенол и аммиак, причем внутри сезонные колебания могут быть значительными.

Практически круглый год в течение всего периода анализа средние месячные концентрации взвешенных веществ в Темиртау превышали ПДК, во все годы минимум концентраций наблюдался весной в апреле - мае, а максимум в конце лета начале осени

В годовом ходе двуокиси серы наблюдается два слабых максимума в зимний и летний периоды. Весной и осенью имеют место слабые понижения концентраций. Именно весной и осенью имеют место наибольшие скорости ветра. В то же время перечисленные выше отдельные случаи высоких месячных концентраций связи с метеорологическими параметрами не обнаруживают.

Концентрации оксидов азота несколько выше в тёплую часть года, чем в холодную

Концентрации оксидов углерода в течение всего периода наблюдений близки к 1,5 - 2,0 мг/м3, т.е. тяготеют к 0.5 ПДК, исключение составил 2008 г., когда в течение всего года средние месячные концентрации были высокими, а в июле они превысили 1ПДК. Наблюдается слабо выраженный максимум концентраций в летние месяцы.

Концентрации фенола имеют в годовом ходе максимум в зимний период и минимум летом. При этом средние за год концентрации составляют 5ПДК!

Средние месячные концентрации аммиака близки к 2ПДК в течение всего года. Основной его максимум концентраций имеет место весной, а вторичный - осенью.

В течение всего года концентрации сульфатов близки к 0,015мг/м3. Годовой ход практически отсутствует. Некоторое исключение составил 2008 г., когда в зимнее-весенний период концентрации сульфатов составляли 0,17 -0,023мг/м3.

Из выполненного анализа видно, что в Темиртау высокие концентрации имеют взвешенные вещества, фенол и аммиак. Кроме того, временами возможны высокие концентрации также оксидов азота, углерода и двуокиси серы

Роль метеорологических условий в формировании уровня приземных концентраций загрязняющих веществ (ЗВ) известна. При неизменных величинах выбросов в зависимости от метеоусловий приземные концентрации могут изменяться в два и более раз. Сильные ветры независимо от других метеорологических условий могут привести к снижению концентрации ЗВ практически до фонового режима. Штили в сочетании с приземными инверсиями и низкими температурами воздуха могут наоборот увеличить приземные концентрации по сравнению с нормой в несколько раз.

Понятно поэтому, что в данном исследовании нами уделено большое внимание метеорологическим (аэросиноптическим) условиям, при которых имели место экстремальные, в первую очередь экстремально высокие концентрации ЗВ, поскольку именно высокие концентрации опасны для здоровья человека.

Задача решалась двумя путями:

Подбирались статистические данные об экстремально высоких концентрациях ЗВ с одной стороны и метеорологическими условиями у земли - с другой;

Рассматривались аэросиноптические условия, при которых имели место высокие концентрации ЗВ.

Подход ценен тем, что, зная особенности условий, мы, по сути, готовы к прогнозу экстремально высоких концентраций ЗВ, поскольку они связанны с конкретными типами процессов, которые мы рассматриваем, не только качественно, но и количественно.

Поскольку все аэросиноптические ситуации, при которых имели место высокие концентрации ЗВ, рассмотреть невозможно, да и нет необходимости, из-за того, что они повторяются, мы рассмотрели по одному случаю для каждого из сезонов года. Это является пояснением и приложением к таблицам 1.5 - 1.8, в которых содержатся все случаи высоких концентраций с одной стороны и синоптические положения, при которых это имело место - с другой. Затем такие данные статически обобщены.

К отчету прикладывается анализ аэросиноптических ситуаций по одной на каждый сезон года, что представляется достаточным.

На основе данных об объемах загрязняющих веществ, выбрасываемых предприятиями города, и необходимых характеристиках источников выбросов с учетом их координат нами были с помощью программы УПРЗА смоделированы поля рассеяния загрязняющих веществ по сезонам года. Как известно, программа УПРЗА реализует нормативный документ ОНД-86, прошедший многолетние испытания и показавший, что для равнинной и слабо пересеченной местности алгоритмы расчетов, заложенные в программу, дают вполне удовлетворительные результаты. Документ ОНД-86 был разработан на основе многолетних научных исследований и экспериментов по рассеянию атмосферных примесей, выполненных в институтах экспериментальной метеорологии (ИЭМ), институте прикладной геофизики (ИПГ), Главной геофизической обсерватории (ГГО) и некоторых других.

При моделировании учитывался ветер скорость и направление. Распределение средних годовых скоростей ветра в Темиртау такое, что преобладают ветры южных румбов. Однако повторяемость юго-западного и юго-восточного ветров тоже высокая. В отдельные месяцы преобладают северо-восточные ветры, что сказалось на годовой розе ветров. В то же время сильно выраженной повторяемости ветра какого-либо румба нет. Соответственно, это сказалось и на положении зон рассеяния всех загрязняющих веществ. Они несколько вытянуты с юго-запада на северо-восток и смещены по отношению к городу к северо-западу.

Результаты моделирования рассеивания примесей показали, что средние годовые концентрации углерода в городе около 0,6-0,8 ПДК. Они быстро уменьшаются к юго-востоку, 0,05 ПДК наблюдается уже на расстоянии 2-3 км от города и несколько медленнее к северо-востоку и юго-западу. Величина 0,05 ПДК имеет место на расстоянии около 5 км от города.

Средние годовые концентрации двуокиси серы близки к 1,2 ПДК. Соответственно, изолиния 1,0 ПДК располагается в 2-4 км от города, а изолиния 0,05 ПДК - в 8-9 км.

Концентрации средних взвешенных веществ в среднем за год близки к 1,4 ПДК. Изолиния, соответствующая 1 ПДК, проходит за пределами города на расстоянии 2-4 км в зависимости от направления.

Концентрации пыли неорганической близки к концентрациям взвешенных веществ и составляют за год около 1,3 ПДК. Поле рассеяния поэтому сильно напоминает поле рассеяния взвешенных веществ.

Концентрации оксидов азота в среднем за год близки к 0,7 ПДК. На расстоянии 2-4 км от города его концентрации снижаются до 0,5 ПДК, а на расстоянии 6-7 км - до 0,05 ПДК.

При моделировании полей рассеяния загрязняющих веществ нами не учтены выбросы автотранспорта. Необходимых данных для введения в модель не было. К тому же ее официальный вариант и не приспособлен для выполнения таких расчетов.

Анализ данных по другим городам (Усть-Каменогорск, Алматы и др.) позволяет уверенно сделать вывод, что концентрации загрязняющих веществ от автотранспорта в основном зависят от двух факторов: количества автомобилей на дорогах (улицах) и метеоусловий, т.е. условий рассеяния выбросов. Такие факторы как скорость движения, пробки, плотность застройки играют, по крайней мере, для Темиртау, второстепенную роль.

Основными загрязняющими веществами, поступающими от автотранспорта, являются оксид углерода, оксиды азота, а также углеводороды, формальдегид и др. Исходя из количества автотранспорта в городе, можно предположить, что концентрации основных загрязняющих веществ повысились бы следующим образом: оксида углерода - на 0,2 ПДК, оксидов азота - на 0,3 ПДК. Концентрации других загрязняющих веществ вырастут незначительно.

При анализе существующей сети мониторинга в Усть-Каменогорске и Темиртау на предмет качества атмосферного воздуха в городе, показано, что существующая сеть мониторинга позволяет отслеживать только долгопериодные и усредненные изменения концентраций ЗВ. Для обеспечения большего пространственного и временного разрешения требуется увеличение числа пунктов и сроков отбора проб. Несмотря на хорошее качество данных, нынешняя сеть мониторинга, даже при её расширении, не может быть включена в какую бы то ни было оперативную сеть. Для этого потребуется переоборудование пунктов сети автоматическими датчиками измерений всех параметров атмосферы. Кроме того желательно ввести дополнительные измерения - поставить станцию акустического или радиоакустического зондирования. Это существенно улучшило бы качество прогнозов НМУ в каждом из городов. Кроме того, это способствовало бы и более глубокому анализу условий загрязнения.