Оценка экологического риска, связанного с выбросами в приземную атмосферу высотных источников доменного производства металлургического комбината


Введение

На конференции ООН по устойчивому развитию в Рио-де-Жанейро (июнь 2012 г.) было признано, что угрозы неинфекционных заболеваний создают главную опасность устойчивому развитию в XXI в., и сокращение химического загрязнения оказывает положительное влияние на здоровье людей. Анализ стратегических рисков, представляющих угрозу безопасности государства, показал, что одно из первых мест занимают риски, связанные со здоровьем населения [1]. Проблемы совершенствования системы управления качеством окружающей среды на основе использования методологии анализа риска особенно актуальны, так как без их решения можно прогнозировать отставание страны в области создания современных механизмов эффективного регулирования процессов, обеспечивающих безопасность здоровья населения [2]. На сегодняшний день остаются актуальными исследования, направленные на оценку возможных изменений воздействия на условия проживания населения такого экологического фактора, как загрязнение приземной атмосферы урбанизированных территорий.

Материалы и методы

Для расчета рисков немедленного действия и хронической интоксикации, связанных с выбросами высотных источников доменного производства крупного предприятия черной металлургии г. Новокузнецка -- Западно-Сибирского металлургического комбината (ЗСМК), были выбраны точки воздействия для расчета приземных концентраций. В каждом административном районе города были выбраны точки на границах и в центре жилой зоны. Для Центрального района города было выбрано две точки, совпадающие с центром жилой зоны, -- пересечение улицы Кирова с проспектом Металлургов и микрорайон Цирка. Из-за территориальных особенностей в Орджоникидзевском районе было выделено по две точки на границе и в центре жилой зоны -- в Новобайдаевском и Абашевском микрорайонах. Указанные точки для расчета приземных концентраций представлены в таблице 1.

Расчет приземных концентраций был произведен на базе "Методики расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий (ОНД-86)" с использованием унифицированной программы расчета загрязнения атмосферы "Эколог" (вариант "Базовый", версия 3.0 (w)). Переход от максимальных расчетных концентраций атмосферных примесей к среднегодовым концентрациям осуществлялся при помощи расчетного блока "Средние", входящего в состав модели "Эколог". Результат -- вычисленные для каждой из 14 рецепторных точек максимальные и среднегодовые концентрации 13 атмосферных примесей, имплицированные с риском немедленного действия и риском хронической интоксикации. Оценка риска немедленного действия проводилась в соответствии с "Методическими рекомендациями по оценке риска здоровью населения от загрязнения атмосферного воздуха" [3, 4]. Характеристика риска хронической интоксикации осуществлялась в соответствии с методиками, предложенными А. П.Щербо, А. В.Киселевым и соавторами [5, 6].

Результаты и обсуждение

Риск здоровье выброс доменный

Основной удельный вес в выбросах доменного производства занимают взвешенные вещества, оксид углерода, диоксид серы, сероводород, оксиды азота. Основное количество взвешенных веществ уносится из доменной печи доменным газом. Выход доменного газа рассчитывают по материальному балансу плавки, его величина -- от 2000 до 2500 м3/т чугуна. Вынос взвешенных веществ из доменных печей, работающих с обычным давлением, составляет 50-150 кг/т чугуна, а из печей, работающих с повышенным давлением, -- 25-75 кг/т чугуна. В доменном производстве на всех печах организована очистка доменного газа от колошниковой пыли. Выброс пыли с доменным газом составляет 0,02 % от общего количества образовавшейся пыли. При выпуске шлака и чугуна выделяется диоксид серы (0,15-0,2 кг/т чугуна). Сероводород сопутствует доменному газу, и значительная его часть поглощается щелочной водой в процессе мокрой очистки газа. Некоторое количество сероводорода выделяется при мокрой грануляции шлака. Оксиды азота образуются при сжигании доменного газа в воздухонагревателях, их количество зависит от температуры сжигания топлива. В состав доменного газа при выплавке чугуна на каменноугольном коксе входят углекислый газ и оксид углерода, метан, водород и азот.

Новокузнецк является крупным центром черной металлургии, алюминиевой и угольной промышленности Западной Сибири. Близкое расположение промышленных и селитебных зон в городе обусловило высокий риск контакта населения с вредными аэрогенными факторами. Город расположен в низинной местности, расчлененной реками Томь и Кондома. На северо-западе, северо-востоке и юге города располагаются возвышенности с высотами до 380 м. Промышленная площадка Западно-Сибирского металлургического комбината имеет ширину 4,5 км, протяженность 9 км, расположена на правом берегу р. Томь, на сравнительно удаленном расстоянии от крупных жилых массивов. В Сибири антициклональная погода в зимний период сохраняется длительное время, что определяет высокую повторяемость слабых ветров, приземных инверсий температуры и застоев воздуха в приземном слое. В этих условиях загрязненный воздух скапливается в пространстве речных долин. Доменное производство металлургического комбината обладает рядом стационарных источников с высотами выброса 10-50 м. При выбросах с высотными трубами значительные концентрации вредных веществ создаются при опасной скорости ветра 4-6 м/с. Средняя скорость ветра в г. Новокузнецке составляет 2,8-3 м/с и при превышении этого уровня концентрации загрязняющих веществ, отходящих от высотных источников, в приземном слое воздуха резко возрастают.

На границе санитарно-защитной зоны (тв1) расчетная максимальная концентрация оксида железа, имплицированная с выбросами доменного производства ЗСМК, составила 0,022 мг/м3, диоксида серы -- 0,091 мг/м3, оксида углерода -- 0,489 мг/м3, бенз(а)пирена -- 0,000003 мг/м3, неорганической пыли с содержанием диоксида кремния менее 20 % -- 0,011 мг/м3. Максимальные концентрации диоксида серы в селитебных зонах города установлены на уровне более высоком, чем концентрация данного загрязнителя на границе санитарно-защитной зоны. Так, в жилой зоне Новоильинского района (тв3) максимальный рассчитанный уровень загрязнения диоксидом серы, обусловленный выбросами доменного производства, составил 0,58 мг/м3, в жилой зоне Заводского района (тв5) -- 0,61 мг/м3, в центре селитебной зоны Центрального района (тв7 и тв8) -- 1,42 мг/м3 и 1,37 мг/м3 соответственно. Для других примесей, входящих в состав рассматриваемых выбросов, расчетные концентрации максимальны именно на границе санитарно-защитной зоны, что обусловлено характеристиками дымовых труб доменного производства. Так, на границе Новоильинского и Заводского районов (тв2 и тв4) максимальная концентрация оксида углерода определена на уровне 0,107 мг/м3, неорганической пыли -- 0,0023 мг/м3, оксида железа -- 0,0046 мг/м3.

При сопоставлении расчетных концентраций с нормативными показателями нами установлено, что на границе санитарно-защитной зоны (тв1) металлургического комбината кратность превышения максимально разовой ПДК по бенз(а)пирену составила 3,0 раза. В центре селитебной зоны Новоильинского района кратность превышения по диоксиду серы определена в 1,15 раза; Заводского района -- в 1,22 раза; Центрального -- в 2,73-2,83 раза. Максимальные концентрации остальных атмосферных примесей, входящих в состав рассматриваемых выбросов, не превышали своих гигиенических нормативов. Риск немедленного действия, имплицированный с максимальными расчетными концентрациями загрязнителей, составил в жилой зоне Новоильиского и Заводского районов 0,023 (в долях единицы), Кузнецкого района (тв10) и Новобайдаевского микрорайона (тв12) -- 0,136, Абашевского микрорайона (тв14) -- 0,157. Максимальный уровень риска немедленного действия отмечается в центре селитебной зоны Центрального района города (тв7 и тв8) -- 0,242 (в долях единицы). Значение риска показывает в районах долю населения, которая в момент достижения максимальных концентраций могла бы испытывать неблагоприятные рефлекторные реакции -- ощущение запаха, раздражающий эффект. Риск немедленного действия при комбинированном воздействии ряда загрязняющих веществ определяется максимальным риском отдельной примеси среди всех воздействующих ингредиентов [4]. В полученных нами результатах максимальный уровень риска зарегистрирован по диоксиду серы. И именно этот загрязнитель определяет уровень суммарного риска немедленного действия, связанного с выбросами доменного производства, по всем точкам воздействия в г. Новокузнецке.

В таблице 2 приведены кратности превышения приемлемого уровня рассчитанными значениями риска немедленного действия по точкам воздействия, а также суммарные уровни риска.

Суммарный риск немедленного действия превышает приемлемый уровень на границе и в центре селитебной зоны Центрального и Орджоникидзевского районов, в селитебной зоне Кузнецкого района. Таким образом, уровень риска немедленного действия, имплицированного с выбросами доменного производства ЗСМК, является неприемлемым в 8 из 14 рассматриваемых нами точках воздействия.

Исчисленные нами среднегодовые концентрации на границе санитарно-защитной зоны ЗСМК составили по оксиду железа 0,01 мг/м3, диоксиду серы -- 0,043 мг/м3, оксиду углерода -- 0,23 мг/м3, бенз(а)пирену -- 0,0000014 мг/м3, неорганической пыли -- 0,005 мг/м3. Среднегодовые концентрации диоксида серы определены в жилой зоне Новоильинского района -- 0,27 мг/м3 (тв3), Заводского -- 0,29 мг/м3 (тв5), Центрального -- 0,64-0,66 мг/м3 (тв7 и тв8). На границе санитарно-защитной зоны кратность превышения среднесуточной ПДК составила по бенз(а)пирену 1,4 раза, диоксиду серы -- 0,85 раза, оксиду железа -- 0,26 раза. В селитебных зонах превышение среднесуточного гигиенического норматива отмечено только по диоксиду серы: в Новоильинском районе -- в 5,45 раза, в Заводском -- в 5,77, Центральном -- в 12,86-13,35, Кузнецком -- в 10,04, Орджоникидзевском -- в 9,93-11,02 раза.

Суммарный риск хронической интоксикации как результат длительного воздействия среднегодовых концентраций 13 токсичных веществ, входящих в состав рассматриваемых выбросов, на границе санитарно-защитной зоны ЗСМК установлен в размере 0,097 (в долях единицы). В селитебной зоне Новоильинского района уровень хронического риска исчислен как 0,197, Заводского -- 0,206, Центрального -- 0,393-0,404, Кузнецкого -- 0,323, Орджоникидзевского -- 0,320-0,347. На границе санитарно-защитной зоны вклад бенз(а)пирена в риск хронической интоксикации составил 51,0 %, диоксида серы -- 32,6 %, оксида железа -- 9,9 %, оксида углерода -- 4,5 %, неорганической пыли -- 1,3 %. Отмечается резкое снижение удельного веса бенз(а)пирена, оксидов железа и углерода в риске, установленном для селитебных зон города. Так, удельный вес бенз(а)пирена в риске, исчисленном для жилой зоны Новоильинского района, составил 2,7 %, для Заводского -- 2,4 %. Данная динамика сопровождается резким увеличением удельной доли диоксида серы: до 95,8 % -- в Новоильинском районе, до 96,4 % -- в Заводском, до 99,8 % -- в Кузнецком и Орджоникидзевском районах.

В таблице 3 приведены кратности превышения приемлемого уровня исчисленными значениями риска хронической интоксикации по точкам воздействия и суммарные уровни риска.

Суммарный хронический риск превышает приемлемый уровень во всех рассматриваемых нами точках воздействия. Так, на границе санитарно-защитной зоны металлургического комбината превышение составляет 1,94 раза, в селитебной зоне Новоильинского района -- 3,94, Заводского -- 4,12, Центрального -- 7,85-8,08, Кузнецкого -- 6,45, Орджоникидзевского -- 6,4-6,95 раза. Таким образом, необходима разработка природоохранных проектов, направленных на снижение поступления в атмосферу компонентов выбросов доменного производства ЗСМК, в первую очередь, диоксида серы.

Выводы

    1. На территории ряда селитебных зон г. Новокузнецка создается повышенный уровень риска неблагоприятных рефлекторных реакций (немедленного действия), связанный с выбросами доменного производства металлургического комбината. Ингредиентом выбросов, обусловливающим превышение приемлемого уровня риска, является диоксид серы. 2. Во всех рассматриваемых точках воздействия на территории г. Новокузнецка уровень риска неспецифических токсических эффектов (хронической интоксикации) превышает приемлемый уровень. На границе санитарно-защитной зоны основной вклад в формирование повышенного уровня риска вносит бенз(а)пирен. В селитебной зоне удельный вес бенз(а)пирена в риске резко падает, а доля диоксида серы в вероятности формирования экологически обусловленной заболеваемости повышается.

Список литературы

    1. Рахманин Ю. А., Синицына О. О. Состояние и актуализация задач по совершенствованию научно-методологических и нормативно-правовых основ в области экологии человека и гигиены окружающей среды // Гигиена и санитария. -- -- № 6. -- С. 4-10. 2. Авалиани С. Л., Безпалько Л. Е., Бобкова Т. Е., Мишина А. Л. Перспективные направления развития методологии анализа риска в России // Гигиена и санитария. -- 2013. -- № 1. -- С. 33-35. 3. Киселев А. В., Саватеева Л. А. Методические рекомендации по оценке риска здоровью населения от загрязнения атмосферного воздуха. -- СПб.: ДЕЙТА, 1995. -- 54 с. 4. Киселев А. В., Фридман К. Б. Оценка риска здоровью. -- СПб.: ДЕЙТА, 1997. -- 100 с. 5. Щербо А. П., Киселев А. В., Негриенко К. В., Мироненко О. В., Филатов В. Н. и др. Окружающая среда и здоровье: подходы к оценке риска. -- СПб.: СПб МАПО, 2002. -- 376 с. 6. Щербо А. П., Киселев А. В. Оценка риска воздействия факторов окружающей среды на здоровье. -- СПб.: СПб МАПО, 2005. -- 92 с.

Похожие статьи




Оценка экологического риска, связанного с выбросами в приземную атмосферу высотных источников доменного производства металлургического комбината

Предыдущая | Следующая