Загрязнение городской атмосферы автотранспортом и экологический риск здоровью населения

Петрухин В.А., Виженский В.А., Донченко В.В. Государственный научно-исследовательский институт автомобильного транспорта (НИИАТ)

Автотранспорт является одним из крупнейших загрязнителей атмосферного воздуха. В России на его долю в середине 90-х годов приходилось 80% выбросов свинца, 59% - оксида углерода, 32% - оксидов азота.

В Российской Федерации насчитывается более 150 городов с превалирующим вкладом выбросов автотранспорта в валовые выбросы (более 50%). В таблице 1 приведен список крупных городов с превалирующим вкладом выбросов автотранспорта в валовые выбросы более 50% при величине выбросов от автотранспорта не менее 50 тыс. тонн в год, и средние концентрации загрязняющих веществ в атмосфере этих городов.

Имеющиеся данные свидетельствуют, что практически во всех перечисленных в таблице 1 городах наблюдаемые содержания оксида углерода определяются выбросами автотранспорта.

Иначе обстоит дело с загрязнением атмосферы оксидами азота. В таких индустриальных центрах, как С.-Петербург, Новосибирск, Ижевск, Самара, выбросы оксидов азота автотранспортом не превышают 30% суммарного выброса этих веществ. Основной вклад в загрязнение окислами азота здесь принадлежит промышленным и энергетическим отраслям экономики.

К числу приоритетных загрязнителей атмосферы, поступающих в городскую атмосферу с отработавшими газами автомобилей, относятся свинец, бенз(а)пирен, летучие углеводороды. На долю первого из них приходится более 50% экономического ущерба от загрязнения атмосферы автотранспортом. Содержание бенз(а)пирена, одного из сильнейших канцерогенов, в атмосфере 17-ти (из 23 перечисленных в таблице 1 городов превышает предельно-допустимые нормы.

Даже в условиях экономического спада загрязнение природных сред в городах, как показывают наблюдения, не уменьшается. Это связано с особенностями автотранспорта как источника выбросов и сбросов загрязняющих веществ в атмосферу, отличающими их от стационарных (промышленных) источников выбросов.

Таблица 1

Города с превалирующим вкладом выбросов автотранспорта в валовые выбросы более 50% при величине выбросов от автотранспорта не менее 50 тыс. тонн в год и загрязнение атмосферы

Специфика подвижных источников загрязнения (автомобилей) проявляется в низком расположении, пространственной распределенности и непосредственной близости к жилым районам. В результате при общей доле транспорта в массовом выбросе загрязняющих веществ в атмосферу, равной 35-60%, доля транспортных средств в загрязнении воздуха в городах достигает 70-90%. Все это приводит к тому, что автотранспорт создает в городах обширные и устойчивые зоны, в пределах которых в несколько раз превышаются санитарно-гигиенические нормативы загрязнения воздуха.

Получение информации о выбросах от автотранспорта в атмосферный воздух (инвентаризация выбросов) осуществляется тремя путями:

- сертификационным и эксплуатационным приборным контролем за выбросами транспортных средств;

- приборными измерениями параметров, характеризующих качество воздуха вблизи объектов транспортной инфраструктуры;

- расчетной инвентаризацией выбросов загрязняющих веществ в атмосферу (для городов и городских регионов, отдельных магистралей и транспортных объектов).

Как показывает анализ, для решения задач, связанных с моделированием загрязнения атмосферы и оценкой экологического риска здоровью населения, наиболее перспективным является использование методов расчетной инвентаризации выбросов.

На основе расчетного моделирования, основанного на имеющейся априорной информации об экологических характеристиках транспортных средств, их техническом состоянии, условиях и режимах эксплуатации, а также данных учета движения и транспортной работы, определяются участки транспортной сети, характеризующиеся наибольшим уровнем воздействия на окружающую среду, рассчитывается мощность выбросов загрязняющих веществ на этих участках.

На основе проведенных исследований в настоящее время НИИАТом разработан комплекс расчетных методик, позволяющих оценить массовый выброс загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных и передвижных источников транспорта. Такие методики разработаны для автотранспортных предприятий, авторемонтных предприятий и станций технического обслуживания, асфальтобетонных заводов, баз дорожной техники, автомагистралей и городских улиц.

Для обеспечения расчетов выбросов разработаны соответствующие компьютерные программы инвентаризации выбросов.

Разработана и реализована в виде компьютерной программы модель транспортного загрязнения атмосферы, в основу которой положена Гауссова схема расчета распространения примесей. Разработанная модель позволяет рассчитывать и строить на карте местности поля концентраций загрязняющих веществ (среднесуточные, максимальные разовые), выбрасываемых автомобилями и другими подвижными источниками. При расчетах элементы транспортной сети с определенной интенсивностью движения транспортных средств представляются в виде линейного источника конечной длины. Перекрестки представляются как площадные источники выброса загрязняющих веществ. В модели учитывается также эффект выведения примесей из атмосферы - осаждения и физико-химическая трансформация.

Адекватность модели была проверена на примере нескольких городов путем сопоставления результатов моделирования с данными регулярных измерений концентраций загрязняющих веществ на стационарных постах, а также в ходе специальных экспериментов вблизи крупных магистралей.

Разработанный комплекс компьютерных программ используется как для оценки воздействия на качество атмосферного воздуха различных действующих объектов транспортной инфраструктуры, так и для моделирования изменения концентраций основных загрязнителей при проведении комплексов различных мероприятий (градостроительных, по организации и регулированию дорожного движения, по улучшению организации перевозок, контролю выбросов транспортных средств и др.). С помощью выше названных моделей рассчитываются необходимые параметры для расчета экологического риска.

Стержнем концепции экологической безопасности в мире признана теория экологического риска. Экологическую опасность можно уменьшать, но нельзя устранить полностью. В этой связи возникает задача определения риска для человека и окружающей среды, включая уровень приемлемого риска.

Процесс принятия решения в условиях риска включает три основных этапа:

1. Оценка риска, которая направлена на идентификацию и количественное выражение рисков, являющихся следствием создания и эксплуатации объектов. Основным результатом должны быть количественные значения последствий, например, увеличение заболеваемости или смертности и их вероятностные распределения в применении к различным группам населения, подвергающегося данному вредному воздействию.

2. Анализ рисков, который имеет своей целью сравнение количественных величин рисков.

3. Управление риском, которое предусматривает перевод аналитических результатов оценки риска в организационно-технические решения. Цель управления риском состоит в определении очередности решений проблем риска, нахождения средств повышения безопасности и в оптимальном распределении ресурсов на безопасность.

В общем случае риск можно выразить как РИСК = ВЕРОЯТНОСТЬ х ПОСЛЕДСТВИЯ (УЩЕРБ)

Применительно к объектам транспорта в области управления экологическим риском следует считать:

- оценку отдаленных последствий для населения и окружающей среды от систематических выбросов загрязняющих веществ при нормальном функционировании объектов;

- оценку аварийной опасности объектов, в том числе при транспортировке опасных грузов на дорогах, железнодорожных магистралях, речных и морских путях.

В рамках отраслевых разработок в области транспортной экологии созданы методики, позволяющие оценивать и прогнозировать экологический риск функционирования объектов транспорта и улично-дорожной сети как в штатном, так и в аварийном режимах.

Транспортировка опасных грузов (более 2000 наименований по международным нормативам) производится повсеместно и представляет серьезную угрозу населению и окружающей среде.

Для оценки экологического риска при перевозках опасных грузов (ОГ) различными видами транспорта предложена методика, в которой учитываются следующие две группы факторов, определяющие экологический риск при перевозке опасных грузов: факторы, влияющие на аварийность при транспортировке ОГ и факторы, определяющие последствия аварии для окружающей среды.

К первой группе факторов относятся:

- характеристика транспортного пути;

- параметры дорожного путевого движения;

- параметры, характеризующие водителей транспортных средств.

Вторую группу факторов представляют:

- параметры окружающей среды по маршруту следования транспорта с ОГ;

- параметры аварии и физико-химические и токсикологические свойства ОГ;

- масштабы распространения опасных веществ в окружающей среде и последствия их воздействия на население и природную среду.

Общий алгоритм расчета экологического риска при транспортировке опасных грузов на автомобильном, железнодорожном, речном и морском транспорте, связанного с загрязнением окружающей среды, выглядит следующим образом:

R = P х (a1 х a3 + a2 + a4 + a5),

где P - вероятность аварии при транспортировке ОГ соответствующим видом транспорта (средняя для отрасли);

a1 - коэффициент экологической опасности вредных веществ, поступающих в атмосферу при аварии;

a2 - параметр аварийности транспортного пути;

a3 - параметр экологической уязвимости той или иной территории по маршруту следования транспорта с ОГ;

a4 - коэффициент опытности водителя;

a5 - коэффициент экологической опасности вредных веществ, поступающих при аварии в водную среду.

Маршрут перевозки опасного груза, проходящий по конкретным линиям транспортной сети, разбивается на однородные отрезки пути по следующим двум параметрам: во-первых, по параметру аварийности транспортного пути (а2) и, во-вторых, по параметру экологической уязвимости территории, по которой пролегает маршрут (а3).

Интегральная оценка экологического риска выполняется для одного вида опасного груза. В случае, если перевозится одновременно несколько видов ОГ, интегральная оценка риска получается путем суммирования рисков для отдельных веществ.

Разработанные методики оценки экологического риска являются важным инструментом в управлении экологической безопасностью транспорта и совершенно необходимы для экологического страхования транспортировки опасных грузов или других видов деятельности.

Качество атмосферного воздуха в городах России.

Диоксид азота.

Часть выбросов оксида азота трансформируется в диоксид азота.

При небольших концентрациях диоксида азота наблюдается нарушение дыхания, кашель. ВОЗ рекомендовало не превышать 400 мкг/м³, поскольку выше этого уровня наблюдаются болезненные симптомы у больных астмой и других групп людей с повышенной чувствительностью. При средней за год концентрации, равной 30 мкг/м³ увеличивается число детей с учащенным дыханием, кашлем и больных бронхитом.

Средние концентрации диоксида азота заметно возрастают с севера на юг вследствие влияния солнечной радиации на фотохимические реакции перехода оксидов азота в диоксид. На широтах выше 55⁰ с. ш. средние концентрации диоксида азота превышают 40 мкг/м³ (1ПДК) только в городах со значительными выбросами: в Березниках (55 мкг/м³), Братске (79 мкг/м³), Екатеринбурге (52 мкг/м³), Москве (100 мкг/м³), Магнитогорске (99 мкг/м³), Новосибирске (51 мкг/м³), Перми (47 мкг/м³), Санкт-Петербурге (70 мкг/м³), а также в Магадане (78 мкг/м³), где значительны средние концентрации оксидов азота природного происхождения. В более южных городах средние концентрации во всех городах выше 40 мкг/м³, 00">наибольшие концентрации отмечены в крупнейших городах: во Владивостоке (80 мкг/м³), Липецке (96 мкг/м³), Рязани (64 мкг/м³), Саратове (66 мкг/м³), Сызрани (78 мкг/м³),Ульяновске (120 мкг/м³), а также в Петропавловске-Камчатском и Южно-Сахалинске, где значительны природные выбросы оксидов азота.

Часто по радио упоминают диоксид азота, когда речь идет о загрязнении воздуха. Что это за вещество - диоксид азота, как оно влияет на здоровье?

Действительно, диоксид азота – один из наиболее типичных загрязнителей атмосферы Нижнего Новгорода, с его огромным автопарком и промышленным комплексом. Превышение предельно допустимой концентрации (ПДК) диоксида азота часто отмечают в нашем городе посты на ул.Рябцева, Бекетова, бульваре Заречном и пр.

Оксиды азота поступают в атмосферный воздух с выбросами предприятий, транспорта, при сгорании топлива, а также при эксплуатации домашних бытовых приборов, газовых плит, курении. Ежегодно в атмосферу городов выбрасывается более 50 миллионов тонн оксидов азота с продуктами сгорания и 25 миллионов тонн с выбросами химической промышленности.

Динамика концентраций оксидов азота в городском воздухе в течение суток тесно связана с интенсивностью солнечного излучения и движения транспорта. С нарастанием интенсивности автомобильного движения (с 6 до 8 часов утра) концентрации первичного загрязнителя - оксида азота (NO) заметно увеличиваются. Восход солнца влечет за собой накопление в атмосфере диоксида азота (NO₂) вследствие фотохимического окисления оксида азота. Оксиды азота являются серьезными атмосферными загрязнителями в связи с их высокой токсичностью.

При контакте оксидов азота с влажной поверхностью легких образуются HNO₃ (азотная кислота) и HNO₂ (азотистая кислота), поражающие ткань легких, что приводит к отеку легких и сложным рефлекторным расстройствам. При отравлении оксидами азота в крови образуются нитраты и нитриты. Последние, действуя непосредственно на артерии, вызывают расширение сосудов и снижение кровяного давления. Попадая в кровь, нитриты препятствуют поступлению кислорода в организм, что приводит к кислородной недостаточности.

Считаются опасными при кратковременном воздействии концентрации 200 - 300 мг/м³, при многочасовом воздействии переносимы концентрации не выше 70 мг/м³. Предельно допустимой концентрацией считается содержание 0,085 мг/м³ диоксида азота в атмосферном воздухе.

Таким образом, диоксид азота воздействует в основном на дыхательные пути и легкие, а также вызывает изменения состава крови, в частности, уменьшает содержание в крови гемоглобина.

В специальной литературе также указывается на то, что воздействие на организм человека диоксида азота снижает сопротивляемость к заболеваниям, вызывает кислородное голодание тканей, особенно у детей. Усиливает действие канцерогенных веществ, способствуя возникновению злокачественных новообразований.