Сохранение здоровья и увеличение продолжительности жизни населения являются стратегическими задачами государства. Доказано, что загрязнение атмосферного воздуха урбанизированных территорий формирует медико-демографические потери в виде дополнительной заболеваемости, смертности и инвалидизации населения от болезней сердечно-сосудистой системы, злокачественных новообразований и др. [1, 2].

Улучшение состояния среды обитания и, как следствие, медико-демографической ситуации в городах с высоким уровнем техногенного загрязнения определило разработку и реализацию федерального проекта «Чистый воздух». Одним из целевых показателей проекта является снижение выбросов опасных загрязняющих веществ в крупных промышленных центрах не менее чем на 20% совокупного объема выбросов [3–5].

Особое значение приобретает достижение целевых показателей в таком регионе, как Кемеровская область ― Кузбасс, который занимает ведущее место в России по концентрации предприятий углехимии, машиностроения, теплоэнергетики. На долю Кузбасса приходится значительный объем добычи и переработки каменных углей, проката черных металлов, производства ферросилиция, железнодорожных магистральных рельсов. Производственные выбросы предприятий ведущих отраслей промышленности сформировали высокие уровни антропо-техногенного загрязнения окружающей среды, в том числе атмосферного воздуха, в крупных агломерациях ― городах Новокузнецк и Кемерово. Результаты исследований в регионах с неудовлетворительным состоянием воздушной среды свидетельствуют о снижении продолжительности и качества жизни населения [6, 7].

Региональные особенности погодных условий Кемеровской области ― это резко континентальный климат со значительными годовыми и суточными колебаниями температур, инверсиями, преобладанием пониженного давления, слабых ветров в сочетании с интенсивной сезонной солнечной радиацией, способствующей образованию фотохимического смога. До 100 дней в году приходится на неблагоприятные с  точки зрения рассеивания выбросов метеоусловия, отрицательные последствия которых особенно выражены в промышленных центрах [8]. Прежде всего, это обусловлено их расположением в Кузнецкой котловине ― юго-западной части Западной Сибири, а также приближением к месту соединения Кузнецкой впадины с горными массивами Кузнецкого Алатау, Горной Шории и Салаира. Таким образом, климато-географические особенности Кузбасса создают условия, препятствующие рассеиванию загрязняющих веществ в атмосферном воздухе [9].

Кроме того, общей особенностью индустриальных городов Кузбасса являются исторически сложившиеся планировочные решения, из-за которых большинство промышленных предприятий расположено в непосредственной близости от жилой застройки. Сосредоточение значительного количества источников поступления загрязняющих веществ в атмосферный воздух на сравнительно небольшой территории, недостаточная эффективность технологических и санитарно-технических решений свидетельствуют о назревшей необходимости разработки и внедрения комплексных планов реализации мероприятий, направленных на охрану атмосферного воздуха, оценки их результативности и эффективности.

Важными научно-практическими задачами остаются оценка зоны влияния и пространственного распределения выбросов промышленных предприятий, оптимизация контроля и создание достоверной системы мониторинга качества атмосферного воздуха, ориентированной на наблюдение за веществами, отрицательно влияющими на здоровье населения. Особое значение имеет оценка взаимного расположения стационарных и маршрутных постов наблюдения, определение приоритетных компонентов загрязнения, точек воздействия концентраций, представляющих наибольшую опасность для жизни и здоровья населения, выявление районов, наиболее неблагоприятных для проживания [10, 11].

Таким образом, улучшение качества атмосферного воздуха, совершенствование методов его гигиенической оценки имеют большое значение для реализации мероприятий федерального проекта «Чистый воздух» [12, 13].  

Целью исследования было выполнить гигиеническую оценку атмосферного воздуха в рамках реализации мероприятий федерального проекта «Чистый воздух» для совершенствования системы мониторинга воздушной среды промышленных центров Кузбасса.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Объектом исследования были приоритетные по уровню загрязнения атмосферного воздуха территории Кемеровской области ― города Новокузнецк и Кемерово. Г. Кемерово с численностью населения 542 928 человек и площадью 294,8 км² ― это крупный центр химического производства, первый по плотности населения город Кемеровской области. Основные химические предприятия города ― ОАО «Азот», специализирующийся на выпуске аммиачной селитры, азотной кислоты, капролактама, и ООО «Химпром», который специализируется на хлорном производстве (хлор, соляная кислота, каустическая сода) и органическом синтезе (полиэфиры, полипропиленгликоль). 

Одним из крупнейших промышленных центров России является г. Новокузнецк с численностью населения 546 951 человек и площадью 424,27 км², преимущественно специализирующийся на металлургическом производстве и добыче угля. Основу промышленного комплекса составляют металлургический комбинат, заводы черной и цветной металлургии, угольные шахты, теплоэлектростанции.

Оценка санитарно-эпидемиологической ситуации, характеризующей качество атмосферного воздуха и его влияние на здоровье населения, обоснование мероприятий по снижению выбросов и совершенствованию существующей наблюдательной сети выполнены с использованием методических подходов, разработанных в рамках методического обеспечения федерального проекта «Чистый воздух» [14–16]. 

Гигиеническая оценка предусматривала анализ данных социально-гигиенического мониторинга с момента начала реализации мероприятий федерального проекта «Чистый воздух»: за период с 2017 по 2024 г. Для анализа использовали данные об источниках выбросов загрязняющих веществ, их параметры и пространственные характеристики, уровни формируемой экспозиции из проектов нормативов предельно допустимых выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух (ПДВ) промышленных предприятий, включенных в комплексный план по квотированию выбросов.

Оценка динамики выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух проведена с использованием материалов доклада Министерства природных ресурсов и экологии Кузбасса [17].  

Для гигиенической оценки качества атмосферного воздуха использовали результаты инструментальных наблюдений на стационарных постах ЦГМС ― филиала ФГБУ «Западно-Сибирское УГМС». Наблюдательная государственная сеть представлена восемью стационарными постами в каждом городе. Программа наблюдения включала в себя контроль содержания основных загрязнителей атмосферного воздуха и маркерных веществ, наиболее значимых для конкретного производства, характеризующих особенности производственного процесса. Показания приборов снимали каждые 20 минут.

В г. Новокузнецке на стационарных постах автоматическими устройствами в непрерывном режиме осуществлялся контроль таких веществ, как взвешенные вещества, диоксид азота, оксид углерода, диоксид серы, углерод черный (сажа), фенол, формальдегид, свинец, оксид азота, озон, аммиак, сероводород, взвешенные частицы РМ2,5, РМ10. Отбор проб осуществлялся в стандартном режиме по полной программе в 01, 07, 13, 19 ч по местному времени.

В г. Кемерово на стационарных постах отбор проб атмосферного воздуха проводился по неполной программе наблюдения в 07, 13, 19 ч по местному времени. Осуществлялся контроль таких показателей, как фтористый водород, цианистый водород, взвешенные вещества, диоксид азота, оксид углерода, диоксид серы, углерод черный (сажа), фенол, формальдегид, свинец.

Гигиеническую оценку уровня загрязнения атмосферного воздуха в городах выполняли путем сравнения концентраций, полученных в точках расположения постов наблюдений, с предельно допустимыми концентрациями, утвержденными СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания». Показатели разовых результатов соотносили с предельно допустимой максимальной разовой концентрацией (далее ― ПДК_мр), осредненных в течение суток ― с предельно допустимой среднесуточной концентрацией (далее ― ПДК_сс). По результатам наблюдения в течение года выполняли расчет среднегодовой концентрации, которая соотносилась с предельно допустимой среднегодовой концентрацией (далее ― ПДК_сг), так как минимальное количество исследований на стационарных постах составляло более 300 проб каждой примеси в каждой точке.

Для определения степени загрязнения выполняли расчет индекса загрязнения атмосферного воздуха (далее ― ИЗА) ― суммы среднегодовых значений концентраций (в долях ПДК, с соотнесением класса опасности каждого загрязняющего вещества с классом опасности диоксида серы) пяти загрязняющих веществ, которые внесли наибольший вклад в загрязнение атмосферного воздуха города.

На основании расчета суммарного коэффициента опасности в соответствии с МР 2.1.6.0157-19 проведен пространственный анализ влияния предприятий г. Новокузнецка на селитебную территорию. Оценено взаимное расположение маршрутных, стационарных постов наблюдения и предприятий города. Пространственный анализ проведен с помощью программного продукта ArcGIS (ESRI; США) (лицензионное соглашение № 2010RUS7342).

Расчеты проведены с применением математических функций из стандартного пакета MS Excel 2016 (Microsoft; США). Выполнен расчет суммы, среднего значения, тенденции.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Комплексным планом мероприятий по снижению выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух городов Кемерово и Новокузнецка предусмотрено выполнение целевых показателей обеспечения качества воздушной среды и благоприятных условий проживания населения.

При формировании программы и плана действий в рамках проекта «Чистый воздух» использован комплексный подход к реализации технологических, санитарно-технических, планировочных и организационных мероприятий. В целях достижения контрольных результатов федерального проекта «Чистый воздух» в городах Кемерово и Новокузнецк предусмотрены следующие меры: обновление транспортного подвижного состава и его перевод на экологические виды топлива; обеспечение внедрения новых технологических и производственных решений, эффективных методов и сооружений пылегазовой очистки; газификация частного сектора, расселение аварийного жилья, модернизация и капитальный ремонт действующих мощностей теплоэнергетического комплекса; оптимизация мониторинга качества атмосферного воздуха, в том числе модернизация существующей наблюдательной сети, расширение социально-гигиенического мониторинга, повышение автоматизации контроля данных, переоснащение подведомственной Росприроднадзору и Роспотребнадзору лабораторной базы.

По данным регионального министерства экологии и природных ресурсов, работа ведется по 24 мероприятиям. В г. Кемерово совокупный объем выбросов в атмосферный воздух к 2036 г. планируется снизить на 88,165 тыс. тонн или в два раза по сравнению с показателем 2020 г. К концу 2026 г. в г. Новокузнецке совокупный объем выбросов в атмосферный воздух сократится на 83,769 тыс. тонн, то есть на 25,10% от уровня 2017 г. Снижение совокупного объема выбросов опасных загрязняющих веществ к концу 2026 г. составит 51,069 тыс. тонн ― 59,50% от уровня 2017 г.

Кроме того, Росприроднадзором утвержден перечень квотируемых объектов, которые вносят наибольший вклад в загрязнение атмосферного воздуха и для которых установлены предельно допустимые выбросы, разработаны перспективные планы мероприятий по их достижению.

Наибольшая часть выбросов в атмосферный воздух промышленных центров Кузбасса приходилась на промышленные предприятия и коммунальные источники ― 78–94%; на автономные источники теплоснабжения (частные дома) ― 6–21%, доля вклада автотранспорта была ниже 0,5%. Низкие выбросы в частном секторе жилой застройки создают риски загрязнения приземного слоя атмосферы непосредственно в местах постоянного проживания населения. Положение усугубляется при неблагоприятных с  точки зрения рассеивания примесей метеорологических условиях, особенно в холодный период года, когда создается эффект «черного неба» и проявляется отрицательное влияние на здоровье населения.

За период реализации федерального проекта «Чистый воздух» в г. Новокузнецке объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от стационарных источников снизился на 56,6 тыс. тонн (18,1%). Наблюдалось снижение выбросов твердых веществ на 13,6 тыс. тонн (37,7%), жидких и газообразных веществ ― на 43 тыс. тонн (15,5%), в том числе диоксида серы ― на 21,7 тыс. тонн (38,7%), оксида углерода ― на 31,7 тыс. тонн (11,0%), диоксида азота ― на 3,3 тыс. тонн (18,8%) ().

Для г. Кемерово за базовый год, относительно которого оценивали динамику выбросов, был принят 2020 г. Объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от стационарных источников в 2024 г. увеличился на 6,5 тыс. тонн (12,4%). Увеличение наблюдалось для твердых веществ ― на 3,9 тыс. тонн (39,1%), жидких и газообразных веществ ― на 2,6 тыс. тонн (6,2%), в том числе для оксида углерода ― на 0,8 тыс. тонн (5,7%), диоксида азота ― на 2,0 тыс. тонн, или 18,0%.

Для городов Новокузнецк и Кемерово выполнены сводные расчеты загрязнения атмосферного воздуха, определены приоритетные загрязняющие вещества, включенные в программу наблюдения.

В 2024 г. на стационарных постах г. Новокузнецка проведено 1 106 386 измерений содержания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе. Из них 13 654 пробы превышали гигиенические нормативы, что составило 1,23%. Среди разовых концентраций превышение 5 и более ПДК_мр наблюдалось для сероводорода, оксида углерода, от 2 до 5 ПДК_мр ― для диоксида азота, оксида азота, аммиака, взвешенных веществ, формальдегида, фтористых газообразных соединений.

На стационарных постах г. Кемерово снято 56 529 результатов измерений содержания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, из них 217 проб (0,38%) с превышением ПДК. Среди разовых концентраций превышение 5 и более ПДК_мр не зарегистрировано, превышение от 2 до 5 ПДК_мр установлено для диоксида азота, взвешенных веществ, формальдегида, фенола ().

Оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха населенных мест по среднегодовым концентрациям показала, что на стационарных постах в г. Кемерово атмосферный воздух более всего загрязнен бенз(а)пиреном и формальдегидом, среднегодовая концентрация которых превышала ПДК_сг в 2,6–3,1 и 2,0–2,6 раза соответственно. В 2024 г. относительно 2017 г. установлена положительная тенденция роста среднегодовой концентрации в атмосферном воздухе аммиака на 30%, оксида азота (II) ― на 9,5%, оксида углерода ― на 5,3%, формальдегида ― на 28,3%. В указанный период отмечено значительное снижение содержания в атмосферном воздухе гидрохлорида ― на 60,0%, углерода черного (сажи) ― на 66,7%, фенола ― на 30,0%, гидроцианида ― на 20,0%, бенз(а)пирена ― на 16,1% ().

ИЗА в г. Кемерово рассчитывали с учетом концентраций пяти приоритетных загрязнителей: бенз(а)пирена, взвешенных веществ, формальдегида, диоксида азота, аммиака. Так, в 2017 г. ИЗА составлял 10,85, а в 2024 г. ― 10,34 и оценивался как «высокий», при этом темп снижения составил 4,6%.

Оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха по данным стационарных постов наблюдения в г. Новокузнецке показала, что по среднегодовым концентрациям приоритетными загрязнителями атмосферного воздуха являлись бенз(а)пирен с превышением ПДК_сг в 6,0–6,3 раза, формальдегид ― в 1,7–4,0 раза, взвешенные вещества ― в 1,2–1,5 раза, озон ― в 1,3 раза. В 2024 г. относительно 2017 г. наблюдался значительный рост содержания в атмосферном воздухе сероводорода ― в 4,0 раза, оксида азота ― в 3,0 раза, формальдегида ― в 2,4 раза, гидроцианида ― на 20%. В анализируемый период установлено снижение содержания в атмосферном воздухе аммиака на 78,5%, диоксида серы ― на 73,0%, фенола ― на 71,7%, оксида углерода ― на 60,7%, фтористых газообразных соединений ― на 43,3%, взвешенных веществ ― на 15% ().

ИЗА в г. Новокузнецке рассчитывали по пяти приоритетным загрязнителям: бенз(а)пирену, взвешенным веществам, формальдегиду, диоксиду азота, сероводороду. В исследуемый период ИЗА увеличился с 14,9 до 19,3, то есть в 1,3 раза, и был оценен как «чрезвычайно высокий». Значительную тревогу вызвал выраженный прирост приземной концентрации сероводорода ― вещества, не только формирующего неприятный запах, но и вызывающего нарушения здоровья в виде поражения органов дыхания, в ряде случаев средней тяжести и тяжелых.

В отношении промышленных объектов ― источников загрязнения атмосферного воздуха была проведена идентификация опасности, получены суммарные нормированные коэффициенты опасности для каждого предприятия. Последующее ранжирование позволило установить для г. Новокузнецка четыре ведущих предприятия по степени влияния выбросов на здоровье населения ― АО «ЕВРАЗ ЗСМК», АО «РУСАЛ Новокузнецкий алюминиевый завод», АО «Кузнецкие ферросплавы», АО «Кузнецкая ТЭЦ»; для г. Кемерово ― шесть предприятий: ПАО «Кокс», КАО «Азот», «Кемеровская ГРЭС», ООО «Химпром», АО «Ново-Кемеровская ТЭЦ». Все эти объекты включены в Комплексный план мероприятий перспективного снижения выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух в рамках федерального проекта «Чистый воздух» для городов Кемерово и Новокузнецк до 2026 г. и 2036 г. соответственно.

В настоящее время сеть наблюдения за качеством атмосферного воздуха охватывает 90% территории жилых массивов изучаемых объектов. Учитывая, что в г. Новокузнецке реализация федерального проекта «Чистый воздух» осуществлялась в более ранние сроки по сравнению с г. Кемерово, на его примере проведена оценка взаимного расположения стационарных и маршрутных постов наблюдения качества атмосферного воздуха. На основании результатов пространственного распределения суммарного коэффициента опасности, формируемого выбросами промышленных предприятий, определены зоны их влияния (). Установлено, что основная часть жилой территории, находящаяся в зоне влияния выбросов предприятий, охвачена контролем стационарных и маршрутных постов наблюдения. Однако есть жилые территории, на которых отсутствует мониторинг атмосферного воздуха с учетом направления господствующих ветров.

Оценка рациональности расположения стационарных и маршрутных постов наблюдения на основе пространственного анализа показала близость их взаимного расположения ― менее 2 км. Обоснована необходимость изменения дислокации маршрутных постов в сторону увеличения расстояния между ними и организации дополнительных постов наблюдения в зоне влияния источников загрязнения.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Установлено, что в атмосферном воздухе промышленных центров Кузбасса содержатся вещества, обладающие однонаправленным действием, которые при определенных условиях способны отрицательно влиять на здоровье населения. Так, взвешенные вещества, оксид и диоксид азота, диоксид серы, сероводород, фенол, формальдегид, углерод вызывают болезни органов дыхания человека, фенол и формальдегид  ― нарушения зрения [18, 19].  

Полученные результаты свидетельствуют о необходимости оптимизации системы размещения точек мониторинга качества атмосферного воздуха и оценки пространственного распределения формируемых уровней экспозиции и рисков здоровью населения. Значительное загрязнение воздуха на постах наблюдения является основанием для размещения в городе еще одного или нескольких постов наблюдений. Задачей постов наблюдения может являться оценка санитарно-гигиенической ситуации на территории, не обеспеченной адекватными натурными наблюдениями. Выбор места размещения поста наблюдения, корректировка сети существующих постов мониторинга, формирование наиболее обоснованной программы наблюдений ― задачи, которые должны быть решены безотлагательно [19, 20].

Учитывая значимость долевого вклада автономных источников теплоснабжения в формирование уровня загрязнения атмосферного воздуха и один из самых низких уровней газификации Кузбасса в Сибири, целесообразно рассмотреть возможность расширения перечня мероприятий комплексного плана по снижению выбросов, направленных на увеличение газификации частного сектора [21, 22].

Поскольку данные мониторинга являются информационной базой управленческих решений в области охраны окружающей среды и здоровья населения, высокий уровень загрязнения актуализирует и задачу прогноза результативности и эффективности планируемых воздухоохранных мероприятий. При этом важнейшим аспектом такой оценки должен стать анализ достаточности программ и планов действий с позиций достижения желаемого улучшения состояния здоровья населения [23].

ВЫВОДЫ

Гигиеническая оценка загрязнения воздушной среды промышленных центров Кузбасса показала, что в исследуемый период в г. Новокузнецке объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от стационарных источников снизился на 18,1%, а в г. Кемерово увеличился на 12,4%. Индекс загрязнения атмосферы оценен как «чрезвычайно высокий» и «высокий» соответственно.

Обоснованы приоритетные загрязнители для целей мониторинга качества атмосферного воздуха.  Проведена идентификация опасности, установлены ведущие по степени влияния выбросов на здоровье населения предприятия, которые включены в Комплексный план мероприятий федерального проекта «Чистый воздух».

В г. Новокузнецке выполнена оценка взаимного расположения стационарных и маршрутных постов наблюдения за состоянием атмосферы, определены зоны влияния выбросов ведущих предприятий, дана оценка рациональности расположения точек наблюдения.

С учетом отрицательного влияния выбросов промышленных предприятий рекомендованы организация дополнительных постов наблюдения, изменение взаимного расположения стационарных и маршрутных постов в сторону увеличения расстояния между ними.

В рамках реализации федерального проекта "Чистый воздух" проведена гигиеническая оценка, разработаны мероприятия, направленные на совершенствование контроля качества атмосферного воздуха в условиях изменяющейся санитарно-эпидемиологической обстановки и получение своевременной информации об уровнях загрязнениия воздушной среды промышленных центров Кузбасса.