Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Эколoro-географические показатели качества окружающей среды 9
1.1. Экологическая ситуация в Сибирском регионе 9
1.2. Влияние природно-климатических условий на уровень загрязнения атмосферы 15
1.3. Мониторинг окружающей и природной среды 22
1.4. Влияние метеорологических факторов на уровень загрязнения атмосферы городов Республики Хакасия 33
1.5. Экологическая характеристика промышленных предприятий на территории республики 41
ГЛАВА 2. Характеристика объекта и методов исследования 48
2.1. Характеристика Абакано-Черногорского промышленного района 48
2.2. Характеристика методов исследования 52
ГЛАВА 3. Основные источники загрязнения объектов окружающей среды пол и цикл и чески ми ароматическими углеводородами (ПАУ) 64
3.1. Естественные источники полициклических ароматических углеводородов ...66
3.2 Антропогенные источники полициклических ароматических углеводородов.67
3.3.Состояние и поведение поли циклических ароматических углеводородов в
окружающей среде 76
ГЛАВА 4. Анализ загрязнения различных сред городов Абакана и Черногорска Республики Хакасия по бенз(а)пирену 93
4.1. Анализ загрязнения атмосферного воздуха городов Республики Хакасия бенз(а)пиреном 93
4.2. Анализ загрязнения снежного покрова и почвы бенз(а)пиреном в районе Абаканской ТЭЦ ОАО «Хакасэнерго» и в г. Абакане с учетом предполагаемых источников загрязнения 99
4.3. Анализ загрязнения снежного покрова и почвы бенз(а)пиреном в
г. Черногорске с учетом предполагаемых источников загрязнения 110
4.4. Оценка влияния автомобильного транспорта и частного жилого сектора на
загрязнение бенз(а)пиреном окружающей среды городов Абакана
и Черногорска 116
4.5. Оценка степени техногенной преобразованности территории 119
4.6. Влияние атмосферных загрязнений на здоровье человека 123
ГЛАВА 5. Радиационная обстановка в Республике Хакасия 131
5.1. Техногенное загрязнение 137Cs территории Республики Хакасия вследствие ядерных испытаний на Семипалатинском полигоне 135
5.2. Минусинский угольный бассейн как источник загрязнения окружающей среды 142
5.3. Анализ золы на содержание радиоактивных элементов 147
5.4. Расчетный выход бенз(а)пирена при сжигании в котельных установках углей различных месторождений 152
5.5. Использование бурых углей на Абаканской ТЭЦ ОАО «Хакасэнерго» 157
5.6. Определение химического состава ископаемых углей и золы Минусинского угольного бассейна 162
Выводы 166
Литература 168
Приложение
- Экологическая ситуация в Сибирском регионе
- Характеристика Абакано-Черногорского промышленного района
- Естественные источники полициклических ароматических углеводородов
- Анализ загрязнения атмосферного воздуха городов Республики Хакасия бенз(а)пиреном
Введение к работе
Оценка геоэкологической обстановки территории необходима для рационального размещения производительных сил и создания наиболее благоприятных условий для проживания населения, а также сохранения здоровья человека.
В настоящее время масштабы влияния на биосферу хозяйственной деятельности человека сопоставимы с масштабами воздействия природных геологических и геохимических процессов. В условиях интенсивной антропогенной нагрузки экологическая безопасность окружающей среды представляется актуальной проблемой, требующей разрешения.
Для Республики Хакасия экологическая напряженность выражается в загрязнении почвы, воды и атмосферного воздуха городов и промышленных центров, необходимости решения проблемы обезвреживания и утилизации промышленных отходов. На сегодняшний день наиболее важным моментом является определение влияния степени загрязненности территории на здоровье населения.
В Абакано-Черногорском промышленном районе республики антропогенные нагрузки превышают установленные нормативы, что способствует созданию критической ситуации, при которой значительно ухудшаются условия проживания населения.
При реализации стратегии экономического развития Республики Хакасия необходимо учитывать допустимый уровень дополнительного антропогенного воздействия. В связи с этим необходим мониторинг загрязняющих веществ, выбрасываемых на территории республики.
Весьма актуальным является исследование степени загрязненности территории такими наименее изученными и наиболее опасными загрязнителями, как полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) - типичный представитель бенз(а)пирен (БП) и радионуклиды (l37Cs, 90Sr, 226Ra, 232Th, 40K), с последующей оценкой их влияния на здоровье населения. Указанные загрязнители являются одними их основных загрязняющих веществ в республике, однако данных по их концентрации и распространенности на сегодняшний день недостаточно. Концентрированию этих загрязняющих веществ способствуют климатические условия территории (часто повторяющиеся температурные инверсии, приводящие к застойным явлениям), а также особенности горных пород, встречающихся в Хакасии.
Экологическая ситуация в Сибирском регионе
В течение ряда лет наша страна, являясь крупнейшей лесной, водной и земельной державой и обладая уникальной минерально-сырьевой базой, жила, да и сейчас продолжает жить за счет богатейших природных ресурсов.
Динамика происходящих процессов в природопользовании и охране окружающей среды на территории Российской Федерации и в ее отдельных субъектах показывает, что за период структурной экономической реформы произошло позитивное изменение экологической ситуации, в основном из-за уменьшения объемов промышленного производства, а также по целому ряду других причин, в частности из-за введения в действие с января 1991 г. экономического механизма платы за выбросы, сбросы загрязняющих веществ и размещение отходов.
Как в мире, так и в нашей стране, из всех отраслей экономики на окружающую среду наибольшее влияние оказывает энергетика. Ее техногенное воздействие на биосферу весьма многопланово: выбросы вредных ингредиентов в атмосферный воздух, изменение речных (бассейновых) экосистем при гидротехническом строительстве, загрязнение земель и образование промышленных отходов [1].
По состоянию на 1 января 2001 г. именно энергетика является основным источником эмиссии загрязнений в субъектах Российской Федерации, и эта тенденция прослеживается на протяжении ряда лет (табл. 1.1). Следует сказать, что ее промышленные выбросы в атмосферу способствуют выпадению кислотных дождей. Это наносит значительный ущерб окружающей среде, сельскому хозяйству, городским сооружениям, историческим и архитектурным памятникам.
По данным Госкомстата России, в 2000 г. объемы выбросов в атмосферу по стране от предприятий энергетики составили 98% к уровню 1999 г. - 3,85 млн. т., в том числе выбросы от ТЭС - 3,49 млн. т., от самостоятельных котельных - 89,94 тыс. т. Наиболее характерными загрязняющими веществами являются диоксид серы (39 % от общего объема выбросов), твердые вещества (30 %), оксиды азота (24 %). В результате реализации природоохранных мероприятий, в том числе подавления образования оксидов азота в топочных камерах котлов, несколько вырос показатель улавливания и обезвреживания вредных веществ. Он составил 87,4%, что на 6,2% выше среднего уровня в промышленности страны.
По данным Госкомстата России, на предприятиях электроэнергетики в 2000 г. образовалось 8,19 млн. тонн токсичных отходов (99 % к уровню предшествующего года). Наиболее низкие показатели в отрасли по степени переработки и обезвреживания токсичных отходов IV класса опасности.
Электроэнергетика вносит заметный вклад в изменение качества атмосферного воздуха, на нее приходится четвертая часть всех выбросов от промышленных стационарных источников (табл. 1.2 ).
По оценкам специалистов Министерства природных ресурсов и Минэнерго России, в электроэнергетике образуется 7 % объема токсичных промышленных отходов. По данным Госкомстата России, в 2000 г. их образовалось более 120 млн. т.
По данным Росгидромета в большинстве городов измеряются концентрации от 5 до 25 веществ. В 1999 г. в России насчитывалось 195 городов с населением 64,5 млн. человек (44 % населения России), в которых средние за год концентрации одного или нескольких загрязняющих веществ в атмосферном воздухе превышали ПДК. Проблему промышленного загрязнения в городах создают главным образом высокие концентрации бенз(а)пирена, взвешенных веществ, диоксида азота, сероуглерода, формальдегида.
Список, в который включены города России с самым высоким уровнем загрязнения атмосферного воздуха (индекс загрязнения более 14), насчитывает 22 города с общей численностью населения 13 млн. человек (табл. 1.3). В 79 городах уровень загрязнения воздуха высокий.
Около 65 % всех выбросов от стационарных источников приходится на европейскую часть России. Это результат деятельности промышленных предприятий Уральского, Северного и Центрального районов. Наибольшая суммарная плотность выбросов на единицу площади имеет место в Уральском, Центральном и Центрально - Черноземном районах. По объему выбросов вредных веществ в атмосферный воздух от стационарных источников бесспорным «лидером» является Красноярский край, на втором месте — Свердловская область.
Наибольший объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу в расчете на одного жителя отмечается в Ямало-Ненецком автономном округе (1079 кг), наибольшее количество токсичных отходов - в Кемеровской области (4752 кг) Рис. 1.1. [2].
О положительных тенденциях в экономике Российской Федерации можно судить и по увеличению техногенных нагрузок на биосферу: 2000 г. характеризовался (по сравнению с 1999 г.) увеличением промышленных выбросов в атмосферу на 3,5 %, увеличением сброса загрязненных сточных вод на 1,1 %, а также возрастанием промышленных токсичных отходов на 21,8 %.
Многие проблемы природопользования следует решать на уровне субъекта Федерации, что обеспечит лучшие условия проживания населения, позитивно изменит социально-психологический климат, повысит степень ответственности органов государственного управления и местного самоуправления [2].
Характеристика Абакано-Черногорского промышленного района
В работе объектом исследования выступает территория Республики Хакасия, главным образом, Абакано-Черногорский промышленный район.
Предметом исследования является определение степени загрязненности различных сред (воздух, почва, снежный покров) исследуемой территории приоритетными экотоксикантами.
Абакано-Черногорский промышленный район находится на территории Усть-Абаканского района Республики Хакасия (рис. 2.1).
Краткая характеристика Усть-Абаканского района: население — 24411 чел.; число хозяйств - 8281; сельских администраций — 12; населенных пунктов - 38; предприятий-природопользователей - 94; количество больничных учреждений -6; количество образовательных учреждений - 50.
Ресурсы подземных вод: из всех муниципальных образований в республике подавляющая часть водоотбора приходится на урбанизированный, индустриально развитый и имеющий большое население Усть-Абаканский район, который в сутки использует 192,92 тыс. м воды. Разведанные эксплутационные запасы 1739,5 тыс.м /сутки, из них израсходовано - 11%; на душу населения приходится всего 2,1 тыс. м3 потенциальных эксплутационных ресурсов подземных вод (2004г.).
Минерально-сырьевые ресурсы: в Усть-Абаканском районе наиболее представлены следующие месторождения: молибденово-медные, бентонитовых глин, гипса, боритов, золота, фосфоритов, каменного угля, а также общераспространенных полезных ископаемых.
Рыбные ресурсы: основным рыбохозяйственным водоемом является Красноярское водохранилище, уловы по всем видам рыб составили 150,1 тонн (2004 г.).
Отходы производства и потребления: количество санкционированных свалок - 23 ед., общая площадь — 3970 га; общий объем отходов - 504 тыс. м ; общая масса отходов- 293 млн. тонн (2004г.) Экология и природные ресурсы: общая площадь земель лесного фонда 18809 га; из них: лесных земель — 17879 га; вырубки - 129 га; пустыри и прогалины - 80 га; естественные редины - 43 га; нелесных земель - 930 га; пастбища - 258 га; воды - 6 га; болота —512 га; прочие земли- 154 га [59]. Общая характеристика климата Устъ-Абаканскогорайона
Усть-Абаканский район включает пгт Усть-Абакан в сочетании с городами Абаканом и Черногорском. Они составляют единый промышленный узел с общей инфраструктурой.
Климат рассматриваемой территории — резко континентальный с холодной зимой и теплым летом. Среднегодовая температура - положительная и равна +0,2 градуса. Наиболее продолжительным сезоном является зима.
С началом весны в годовом ходе отмечается общее понижение давления и разрушение антициклона, активизируются процессы циклонической деятельности, что способствует усилению скорости ветра и увеличению вероятности рассеивающей способности атмосферы.
Летом устанавливается термическая депрессия или поле пониженного давления с малыми барическими градиентами. Осадков выпадает немного за год 300-350 мм, их максимум приходится на июль-август (55-65 мм). Самым теплым месяцем является июль. Средняя месячная температура воздуха составляет +19,9 С.
Повторяемость направления ветров и штилей приведены в табл. 2.1. Наиболее четко западный перенос выражен зимой, когда в тропосфере преобладают западные, а у земли юго-западные потоки, которые в течение года являются преобладающими- Повторяемость юго-западного ветра составляет 28 %, и наиболее часто эти ветры отмечаются с октября по февраль [54]. Опасными направлениями ветра по условиям загрязнения атмосферного воздуха для жилых районов города Абакана является западное (13 %) и северозападное (4 %) [55].
Летом сказывается влияние речных долин и Красноярского водохранилища, в Абакане и Усть-Абакане чаще наблюдаются ветры северного направления (29 %). Средняя годовая скорость ветра составляет 2,0 м/с. Наибольшая скорость отмечается в мае (4,1 м/с), а в апреле, июне, октябре и ноябре от 3,3 до 4,0 м/с. Штили чаще наблюдаются в декабре и январе. Вероятность застоев воздуха (0-1 м/с) и слабых ветров (2-3 м/с) в сумме составляет 69 %. Чаще застои воздуха отмечаются в зимние месяцы (декабрь-февраль), их вероятность составляет 62-70 %, чему способствует высокая повторяемость приземных инверсий. В среднем за год отмечается 270 дней с инверсиями и изотермией. Наибольшее число дней с приземными инверсиями температуры наблюдается в декабре и январе до 29 дней в месяц. Весной и летом количество инверсий сокращается. В среднем за год приземные инверсии мощностью 300 м составляют 56 % (зимой 66 %) от общего количества, в том числе 31 % инверсий имеют мощность более 500 м (зимой 43 %) [54].
Таким образом, высокая повторяемость штилей и слабых ветров в сочетании с инверсиями температур в зимний период обусловливает наиболее неблагоприятные метеорологические условия для рассеивания вредных веществ в атмосфере Усть-Абаканского района [54].
Естественные источники полициклических ароматических углеводородов
Изучение природных источников канцерогенных ПАУ имеет практический интерес для оценки влияния деятельности человека на загрязнение окружающей среды этими веществами. Для определения «фонового» естественного уровня проводятся измерения содержания ПАУ в биосферных заповедниках и сельскохозяйственных районах: природный уровень бенз(а)пирена составляет для почвы 5-10, для растений - 1-5 мкг/кг сухого вещества, воды пресноводных водоемов -0.0001 мкг/л, донного песка - 1.0-3.0 мкг/кг сухого вещества [76].
Фоновое содержание бенз(а)пирена в воздухе биосферных заповедников зависит от района расположения заповедника. Так, на архипелаге Северная Земля среднее арифметическое за месяц содержание бенз(а)пирена изменяется от 0,002 до 0,008 нг/м . В Центральной и Восточной Европе содержание бенз(а)пирена в летнее время составляет 0,04-0,09 нг/м , в зимние месяцы - 0,9-3,6 нг/м , на ледниках Памира в летний период - 0,08 нг/м3. В Восточной Сибири и на Дальнем Востоке содержание бенз(а)пирена летом равно 0,03 нг/м , зимой - 0,08 нг/м . Сопоставление отношений концентраций ПАУ в фоновых районах мира выявило постоянные значения для следующих ПАУ: пирен/флуорантен - 0,9-1,1; бенз(Ь)флуорантен/бенз(Ы)перилен - 0,8-1,2; тетрафен/флуорантен — 0,7-1,4 [73].
Отклонение этих значений от единицы может характеризовать уровень антропогенного воздействия на природную среду.
К природным источникам ПАУ относятся извержения вулканов, гидротермальные источники, лесные пожары. Например, во время извержения вулкана Толбачик в 1975-1976 гг. было вынесено на поверхность и в атмосферу 4,26-10 т твердых пород и 1,06 10 т вулканических газов. Концентрация бенз(а)пирена в выбросах составляла 0.1-6.1 мкг/кг. Содержание бенз(а)пирена в пеплах вулканов было следующим: вулкан Тятя - 0,3-0,4, Плоский Толбачик — 5,4-6,1 мкг/кг; в образцах лавы и шлаковых бомбах Плоского Толбачика - 0.45-4.4 мкг/кг [76]. При лесных пожарах качественный состав ПАУ не отличается от состава ПАУ, выделяющихся от антропогенных источников, и представлен незамещенными или одно-, двузамещенными алкильными производными пирена, бенз(а)пирена, бенз(Ы)перилена, коронена, фенантрена, флуорена, антрацена.
Другим источником «фонового» загрязнения почвы является миграция ПАУ из газонефтяных залежей [77]. В районах с промышленными залежами нефти и газа содержание ПАУ на поверхности на 1-2 порядка выше, чем в районах, не содержащих нефтяных залежей. Из незамещенных ПАУ в сырой нефти преимущественно содержатся перилен и фенантрен. Основная часть ПАУ представлена моноалкилпроизводными фенантрена, пирена, хризена, что обусловлено протеканием процесса образования нефти в течение длительного времени.
Основные источники поступления ПАУ в окружающую среду связаны с различными процессами переработки горючих ископаемых. К ним относятся предприятия по производству кокса, цветных и черных металлов, ТЭЦ и ГРЭС. В крупных городах заметный вклад в общий уровень загрязнения ПАУ вносит автомобильный транспорт. Рис 3.1. Среднегодовые концентрации БП в атмосферном воздухе городов России [78]
На рисунке концентрации БП показаны в мкг/м -10" .Из карты видно, что в Европейской части России редко наблюдаются высокие концентрации БП. Наибольшие средние концентрации отмечаются в основном в городах Восточной Сибири, где превышают рекомендованные ВОЗ значения в 7-14 раз. Восточная Сибирь, характеризуется неблагоприятными условиями для рассеивания выбросов вредных веществ, особенно поступающих от низких источников [78].
Сжигание топлива
При сжигании любого вида топлива (газа, дров, угля, нефти) образуются ПАУ. Считается, что на первом этапе происходит деструкция топлива с образованием относительно простых радикальных частиц, рекомбинация которых приводит к образованию ПАУ [79].
При термической обработке древесины образование бенз(а)пирена начинается при 250-300 С, достигает максимума при 300-350 С, затем снижается при температурах 450-500 С и вновь возрастает при 550-600 С, что указывает на наличие двух маршрутов образования ПАУ.
При пиролизе древесины ели, березы, ольхи, бука при разных температурах (200-600 С) и времени контакта содержание бенз(а)пирена изменяется от 0,02 до 8 мкг/г абсолютно сухой древесины (а.с.д.). Перегрев парогазовой смеси приводит к резкому росту содержания бенз(а)пирена, например, в случае ели при 660 С и березы при 700 С содержание бенз(а)пирена увеличивается до 95,5 и 39,2 мкг/г ах.д. соответственно образующиеся при сжигании древесины ПАУ либо выделяются с дымовыми газами, либо адсорбируются на частицах сажи.
Анализ продуктов сжигания природного газа показал, что в процессе горения образуются незамещенные ПАУ, такие как дибенз(а,с)пирен, бенз( і)перилен, дибенз(а,Ь)антрацен, дибенз(а,с)антрацен, бенз(а)пирен, бенз(1с)флуорантен, пицен, перилен, антрацен и др. [80]. Исследовано образование ПАУ при сжигании природного газа в зависимости от условий сжигания и типов горелок. Показано, что концентрация ПАУ изменяется по длине пламени горелки, достигая максимума при времени пребывания в камере сгорания 0,24-0,28 сек. При этом времени сгорания и коэффициенте избытка воздуха, равном 1,03, концентрации ПАУ С 2оН 12-С 2ФН 14 составляли 15-40 мкг/м , а сумма концентраций всех ПАУ — 8000 мкг/м3. Увеличение времени сгорания до 0,6-0,65 с. приводит к разрушению 77-86% ПАУ. Рост коэффициента избытка воздуха в зоне горения сопровождается уменьшением содержания бенз(а)пирена. Так, при коэффициентах избытка воздуха 0,92, 1,0, 1,03 и 1,39 содержание бенз(а)пирена составляет 38; 30; 20 и 11 мкг/м соответственно. Введение паров воды в зону горения сопровождается уменьшением выхода ПАУ примерно в 3 раза.
Анализ загрязнения атмосферного воздуха городов Республики Хакасия бенз(а)пиреном
В крупных городах России, где уже имеются институты медико-экологических проблем и оценки риска здоровью, центры экологической эпидемиологии, экологической безопасности, прикладываются большие усилия для изучения рисков нарушения здоровья различных групп населения под влиянием атмосферного загрязнения. С загрязнением воздуха связывают болезни органов дыхания, особенно острые респираторные инфекции, бронхит, пневмония, бронхиальная астма.
Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха в Республике Хакасия являются предприятия электроэнергетики, металлургии и автомобильный транспорт. У предприятий легкой, микробиологической, пищевой промышленности основной вклад в загрязнение атмосферного воздуха вносят котельные этих предприятий. Наибольший вклад в загрязнение атмосферного воздуха в Республике Хакасия создают города Абакан, Черногорск, Саяногорск. Основными загрязняющими веществами являются: пыль, окислы азота и углерода, формальдегид, бенз(а)пирен, а в г. Саяногорск — фтор и его соединения.
Образованию бенз(а)пирена в атмосферном воздухе городов Республики Хакасия способствуют:
1. выбросы четырех ингредиентов (оксид углерода, оксиды азота, диоксид серы и сероводород);
2. горение углистой массы при недостатке кислорода (отопительные котельные, Абаканская ТЭЦ);
3. климатические условия, в которых находится Республика Хакасия (часто повторяющиеся температурные инверсии, приводящие к застойным явлениям в атмосфере) [51, 52, 105].
Основной вклад в загрязнение атмосферного воздуха вносят следующие предприятия г. Абакана: Абаканская ТЭЦ; Абаканские тепловые сети; ООО АПК «МаВР»; г. Черногорска: АО «Искож»; ОАО «Черногорское энергоуправление»; Опытно-механический завод; АО «СиТекс»; Черногорский завод АТИ; МУП «Энергетик»; г. Саяногорска: ОАО «Саянский алюминиевый завод»; ТОО «Тепловик»; АО «Саянмрамор».
Значительный вклад в загрязнение атмосферного воздуха Республики Хакасия вносит автотранспорт, его доля в общей массе выбросов в разные годы составляет до 77% [51-53].
Среди широкого круга органических загрязнителей окружающей среды ПАУ вызывают наибольшую тревогу в связи с их канцерогенностью. Включение ПАУ в перечень приоритетных загрязняющих веществ основано на их распространенности, устойчивости, токсичности и миграционной подвижности. Эта группа канцерогенных веществ часто встречается в окружающей среде, поскольку основные источники ПАУ связаны с производством тепла, энергии, переработкой угля, нефти и выбросами автотранспорта [97].
Результаты мониторинга атмосферного воздуха по бенз(а)пирену (БП)
Особенностью загрязнения воздуха большинства населенных пунктов является то, что они находятся в зоне высокого потенциала загрязнения атмосферы.
Наблюдения за состоянием загрязнения атмосферного воздуха в Республике Хакасия в проводились Хакасским ЦГМС Государственной службы по мониторингу загрязнения окружающей среды Росгидромета на 4 стационарных постах в городах Абакан, Черногорск и Саяногорск. Методическое руководство сетью осуществлялось Красноярским центром по мониторингу загрязнения окружающей среды Среднесибирского УГМС. Сеть ГСН работает в соответствии с требованиями РД 52.04.186-89. Состояние атмосферного воздуха в г. Абакане
Наблюдения проводятся на 2-х стационарных постах государственной службы по мониторингу загрязнения окружающей среды. Посты наблюдения загрязнения атмосферы (ПНЗ) условно отнесены на категории: «автомагистраль» - ПНЗ № 3; «жилой» - ПНЗ № 2.
