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

В статье представлены результаты исследования по оценке риска воздействия на здоровье населения выбросов высотных источников доменного производства крупного предприятия черной металлургии г. Новокузнецка — Западно-Сибирского металлургического комбината. Приведены результаты иден­тификации опасности для здоровья, связанные с конкретными компонентами промышленных выбро­сов; результаты оценки риска хронической интоксикации для населения, проживающего в различных селитебных зонах города. Установлены кратности превышения приемлемого риска, вклады отдельных загрязнителей в формирование риска. 

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

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 Западно­Сибирского 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 Новоиль-инского 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, Аба-шевского 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.