Оценка экологического состояния территории Санкт-Петербурга

Введение….………………………………………………………………………3

Характеристика объектов исследования….……………………………..4

Расчет индекса загрязнения атмосферы….………….…………………..5

Расчет ПДВ одиночного источника загрязнения ……….……..………..9

Расчет индекса загрязнения вод……….…………....…….……………..13

Заключение………………………………………………………………………..16

Список использованной литературы……………...…………………………….17

Введение

Рост промышленного производства и активная урбанизация в последние десятилетия поставили вопрос о необходимости нормирования и контроля антропогенного загрязнения окружающей среды. В настоящее время установилась тенденция к ухудшению экологической обстановки во всех регионах, появление зон экологического бедствия и чрезвычайной экологической ситуации, все чаще случаются техногенные и природные катастрофы. Необходимо совершенствовать системы регламентации хозяйственного воздействия человека на биосферу, корректировать уже имеющиеся экологические нормы и правила – для этого необходимо экологическое нормирование. Под экологическим нормированием понимается научная, правовая, административная и иная деятельность, направленная на установление нормативов качества окружающей среды и предельно допустимых воздействий на нее, при соблюдении которых не происходит деградации экосистем, гарантируется сохранение биологического разнообразия и экологическая безопасность населения [5].В качестве объекта исследования была выбрана территория г. Санкт-Петербурга, так как крупного промышленного города России.Целью курсовой работы является оценка экологического состояния территории Санкт-Петербурга. Для достижения данной цели необходимо выполнить следующие задачи:- охарактеризовать район исследования;-провести расчет индекса загрязнения атмосферы (ИЗА) и комплексного показателя загрязнения атмосферного воздуха (КИЗА);- рассчитать ПДВ для нескольких загрязняющих веществ, выбрасываемых ОАО «Звезда-Энергетика»;- провести расчет индекса загрязнения вод р. Невы;- сделать выводы и дать рекомендации по охране и мониторингу природной среды. 1. Характеристика объектов исследования Санкт-Петербург – город федерального значения, административный центр Северо-Западного федерального округа. Санкт-Петербург расположен у восточной оконечности Финского залива Балтийского моря. Численность населения Санкт-Петербурга на 1 января 2021 года составляет 5,4 млн человек.[1]Рис. 1. Карта Санкт-Петербурга Предприятие ОАО «Звезда-Энергетика» (пр. Стачек, д. 47, Санкт-Петербург) относится к энергомашиностроительной промышленности. На данный момент на предприятии определены 32 источника загрязнения атмосферы (в том числе 7 - неорганизованных), выбрасывающих 35 загрязняющих веществ (в том числе: твердых - 11, жидких/газообразных -24). Суммарный выброс загрязняющих веществ в атмосферу составляет -14,5 т/год.2. Расчет индекса загрязнения атмосферыИндекс загрязнения атмосферы (ИЗА) – комплексный показатель загрязнения атмосферы, который рассчитывается по сумме пяти главных загрязнителей при переводе абсолютных значений каждого в число ПДК. Перевод абсолютных значений в ИЗА позволяет более реально учесть экологический вред, который наносится загрязнителями разной степени вредности.Чтобы значения были сравнимы для разных городов или за разные интервалы времени в одном городе, необходимо рассчитывать их для одинакового количества веществ. Из анализа данных наблюдений за загрязнением атмосферы получено, что в атмосфере городов России имеется 4-5 веществ, которые определяют основной вклад в создание высокого уровня загрязнения. Поэтому обычно принимается m=5.ИЗА показывает, какому уровню загрязнения атмосферы (в единицах ПДК диоксида серы) соответствуют фактически наблюдаемые концентрации m веществ в городской атмосфере, т.е. показывает, во сколько раз суммарный уровень загрязнения воздуха превышает допустимое значение по рассматриваемой совокупности примесей в целом.Для расчета ИЗА используют следующую формулу:ИЗА= (qг.iПДКс.с. i)C,[7]где i - примесь;qГi – среднегодовая концентрация примеси;ПДКc.c.i – соответствующая среднесуточная предельно допустимая концентрация;С – константа, принимающая значения 1,7; 1,3; 1,0 и 0,9 соответственно для веществ 1,2,3 и 4 классов опасности.В соответствии с существующими методами оценки уровень загрязнения считается:низким при ИЗА ниже 5,повышенным при ИЗА от 5 до 6,высоким при ИЗА от 7 до 13очень высоким при ИЗА, равном или больше 14.Для расчета комплексного ИЗА используют следующую формулу:КИЗА=i=1LИЗАi,[7]где L –количество приоритетных примесей. Выше было указано, что по показателям загрязнения основных природных сред можно выделить 5 категорий медико-экологической ситуации в регионе (любом населенном пункте). Так, например, по критерию ИЗА возможна следующая градация, представленная в таблице 1.Таблица 1Категории медико-экологической ситуацииКритерий ИЗА (при I = 5)Удовлетворительная< 5Относительно напряженная6 – 15Существенно напряженная16 – 50Критическая51 – 100Условно катастрофическая> 100Используя данные о среднегодовых концентраций основных загрязняющих веществ в целом по Санкт-Петербургу за 2020 год [1], рассчитаем ИЗА:Диоксид азота (3 класс опасности):ИЗА=(0,06 0,04)1=1,5.Оксид азота (3 класс опасности):ИЗА=(0,050,06)1=0,83.Оксид углерода (4 класс опасности):ИЗА=(63)0,9=1,87;Диоксид серы (3 класс опасности):ИЗА=(0,070,05)1=1,4.Взвешенные вещества (3 класс опасности):ИЗА=(0,050,15)1=0,33.КИЗА=1,5+0,83+1,87+1,4+0,33= 5,93 – повышенный уровень загрязнения атмосферы города и относительно напряженная медико-экологическая ситуация.Превышение ПДК наблюдаются по диоксиду азота, оксиду углерода и диоксиду серы. Основными источниками поступлений данных загрязняющих веществ являются автотранспорт и предприятия энергетической отрасли. Более 80 % в валовой выброс загрязняющих веществ по Санкт-Петербургу обеспечивают выбросы от автотранспорта. Основными факторами, влияющими на загрязнение атмосферного воздуха выбросами от автотранспорта, являются увеличение количества автомобилей, медленное развитие инфраструктуры общественного транспорта, недостатки в организации движения общественного транспорта, низкие экологические характеристики производимых (эксплуатируемых) в стране автомобилей, увеличение объемов международных автоперевозок.Осуществление охраны атмосферного воздуха от загрязнения городской среды стационарными источниками должно быть направлено:на снижение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от действующих генерирующих источников и котельных за счет их реконструкции и модернизации;на снижение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу за счет перевода котельных, использующих в качестве топлива уголь или мазут, на природный газ;на использование при новом строительстве и реконструкции генерирующих источников и котельных технических решений по снижению выбросов в атмосферу оксидов азота и оксидов серы (изменение конструкции и режимов горелок и топочных устройств, их оснащение малотоксичными камерами сгорания и др.;на совершенствование системы государственного контроля за охраной атмосферного воздуха, включая инструментальный химико-аналитический контроль за соблюдением установленных нормативов выбросов на объектах хозяйственной и иной деятельности, расположенных на территории Санкт-Петербурга. Охрана атмосферного воздуха от передвижных источников загрязнения должна быть направлена:на развитие общественного транспорта, включая оснащение Санкт-Петербурга автобусами с эмиссией загрязняющих веществ не ниже Евро-3 с применением топлива с улучшенными экологическими характеристиками, развитие электрических видов транспорта, в том числе метрополитена, троллейбусной сети, сетей скоростных трамвайных линий;на совершенствование транспортно-планировочной структуры и развитие улично-дорожной сети Санкт-Петербурга, строительство участков магистралей непрерывного движения вдоль границ центральных районов Санкт-Петербурга, строительство радиальных участков магистралей непрерывного движения, защиту жилой застройки от выхлопных газов зелеными насаждениями;на совершенствование организации дорожного движения, включая развитие автоматизированной системы управления дорожным движением, ограничение въезда автомобилей в исторический центр Санкт-Петербурга, развитие системы парковок вблизи станций метрополитена, дестимулирование поездок на личном автотранспорте в центральную часть Санкт-Петербурга;на повышение эффективности государственного контроля выбросов загрязняющих веществ от автотранспорта;на стимулирование осуществления мероприятий по сокращению выбросов паров бензина на автозаправочных станциях.[6], [3]3. Расчет ПДВ одиночного источника загрязненияПредельно допустимый выброс (ПДВ) — масса вещества в отходящих газов, максимально допустимая к выбросу в атмосферу в единицу времени, устанавливаемая из условия, что содержание загрязняющего вещества в приземном слое воздуха от источника или совокупности источников не должно превышать нормативов качества воздуха (ПДК) для населения, животного и растительного мира. Основные значения ПДВ – максимальные разовые, контрольные – устанавливаются при условии полной нагрузки технологического и газоочистного оборудования и их нормальной работы и не должны превышаться в любой 20-минутный период времени [5].Установление нормативов ПДВ является правовым, предупредительным и административным методом регулирования экологической безопасности. Целью установления нормативов является предотвращение негативного воздействия на окружающую среду юридическими и физическими лицами. За превышение нормативов они несут административную и в некоторых случаях уголовную ответственность. Нормативы выбросов устанавливаются как для стационарных, так и для передвижных источников.Значение ПДВ для одиночного источника по каждому из вредных веществ определяется по формуле:ПДВ=ПДК-Сф*Н2A*F*η*m*n*3V*∆T,[7]где ПДК – максимальная разовая предельно допустимая концентрация, мг/м3;Сф -фоновая концентрация вредного вещества в приземном воздухе, мг/м3;V-объем газовоздушной смеси, выбрасываемой из трубы, м3/с;Н- высота трубы, м;D – диаметр устья источника выброса, м;А -коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе (для Санкт-Петербурга А=160);-безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, =1 так как местность ровная, с перепадом высот менее 50м;F – коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе. Значение F принимается:1) для газообразных вредных веществ и мелкодисперсных аэрозолей (пыли, золы и т. п., скорость упорядоченного оседания которых практически равна нулю) F= 1 (например, оксид углерода СО, оксид азота NO2)2) для мелкодисперсных аэрозолей (кроме указанных в п.1) величина F зависит от среднего эксплуатационного коэффициента очистки выбросов (Э):не менее 90 % -F= 2;от 75 до 90 % - F= 2,5;менее 75 % и при отсутствии очистки – F= 3;m и n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса.Объем газовоздушной смеси V, выбрасываемой в единицу времени (м3/с), вычисляют по формуле:V=π*D2*ω4,[7]где ω – средняя скорость выхода газовоздушной смеси из источника выброса, м/с.V=π*0,624*3,3=0,93 м3/с.За величину Т принимается разница между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Тг и температурой окружающего атмосферного воздуха Тв, °С:Т = Тг -Тв.При определении значения Т (°С) следует принимать температуру окружающего атмосферного воздуха Тв (°С), равной средней максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца года, а температуру выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси Тг (°С) - по действующим для данного производства технологическим нормативам. Температура выходящей газовоздушной смеси Тг=533,2 °С; Температура окружающего атмосферного воздуха Тв=24,4°С:Т = = 533,2-24,4 = 508,8 °С.Величину безразмерных коэффициентов m и n определяют в зависимости от параметров f и vm:m=10,67+0,1f+0,343f при f=1000ω2DH2ΔTvм=0,653V*ΔTH;если vм < 0,5, то n = 4,4vм если то если vм 2, то n = 1 Тогда при Н=19 м и D=0,6 м:f=1000*3,32*0,6192*508,8= 0,0356. При f < 100, m=10,67+0,1*f+0,34*3fm=10,67+0,1*0,0356+0,34*30,0356=10,785=1,273.Параметр vм:vм =0,65*30,93*508,819=1,89.Коэффициент n при f < 100 зависит от vm:При f < 100 и 0,5≤ vm < 2 n= 0,532 *vm 2- 2,13* vm + 3,13. n= 0,532*1,892- 2,13*1,89+ 3,13=1,01.Для расчета ПДВ использованы данные по выбросам основных загрязняющих веществ (табл.2).Таблица 2Выбросы загрязняющих веществ ОАО «Звезда-Энергетика»№ЗагрязняющеевеществоМасса выбросов, г/сПДК,мг/м3м.р.с.с.1Fe2O30,02100,042NO20,030,20,043NO0,0050,40,064Сажа0,00070,150,055SO20,00830,50,056СО0,0379537Диметилбензол0,04340,208Метилбензол0,07570,609Этилбензол0,0080,02010Бутан-1-ол0,03320,1011Этанол0,01475012Бутилацетат0,03640,1013Сольвент-нафта0,04890,2 (ОБУВ)014Уайт-спирит0,04481 (ОБУВ)0Среди выбросов загрязняющих веществ преобладают метилбензол (16% от всех выбросов в атмосферу), сольвент нафта (11%) и уайт-спирит (10%). Рассчитаем для данных веществ ПДВ:ПДВ (метилбензол)=0,6*192160*1*1,273*1,01*130,93*508,8=65,5 г/с. ПДВ (сольвент-нафта)=0,2*192160*1*1,273*1,01*130,93*508,8=2,73 г/с. ПДВ (уайт-спирит)=1*192160*1*1,273*1,01*130,93*508,8=13,7 г/с. Фактические выбросы метилбензола, сольвент-нафта, уайт-спирита не превышают ПДВ и соответствуют нормативу. 4. Расчет индекса загрязнения водИндекс загрязнения воды (далее ИЗВ) – условный комплексный показатель качества воды, учитывающий наиболее распространенные загрязняющие вещества. ИЗВ характеризует общесанитарное состояние воды водоема (его кислородный режим и баланс биогенных веществ), а также наличие вредных химических веществ. Формула для расчета:ИЗВ=1ni=1n(CiПДКi),[7]где n - число веществ, по которым имеют место превышения ПДК;Ci  - концентрация i-го вещества за соответствующий период осреднения;ПДКi  - предельно допустимая концентрация i-го вещества в воде водоемов.В зависимости от полученного ИЗВ водные объекты классифицируются по степени загрязнения следующим образом:Таблица 3 Характеристики интегральной оценки качества водИЗВКласс качества водыОценка качества (характеристика) водыМенее и равно 0,2IОчень чистыеБолее 0,2-1IIЧистыеБолее 1-2IIIУмеренно загрязненныеБолее 2-41VЗагрязненныеБолее 4-6VГрязныеБолее 6-10VIОчень грязныеСвыше 10VIIЧрезвычайно грязныеПроведем расчет ИЗВ для р. Невы – главной водной артерии Санкт-Петербурга- используя данные ежегодника «Качество поверхностных вод Российской Федерации – 2020». Река Нева – короткая протока между Ладожским озером и Финским заливом, формирование химического состава воды которой происходит под влиянием большого числа как природных, так и антропогенных факторов. Качество воды собственно бассейна Невы, испытывающего на себе существенное влияние хозяйственно освоенной Ленинградской области, остается стабильным.[2]Таблица 4Среднегодовые концентрации загрязняющих веществ вод р. Нева№ПоказательПДКi[4]Концентрация (Ci), мг/дм3[2]Сi/ ПДКiАзот нитритный0,020,26113,05Фосфор0,60,00850,0142Нефтепродукты0,050,051БПКполн3,03,761,253Железо0,1110Цинк0,010,00220,22Свинец0,0060,00190,317Марганец0,010,3636Медь0,0010,03131Кадмий0,0010,00252,5ИЗВ=(13,05+0,0147+1+1,253+10+0,22+0,317+36+31+2,5)/10=95,3/10==9,53. По полученным результатам расчета воды изучаемого водотока относятся ко VI классу качества –очень грязные. В речных водах концентрация азота превышает ПДК в 14 раз, марганца – в 36 раз, меди – в 31 раз, железа – в 10 раз, кадмия – в 2,5 раза. В целях обеспечения и поддержания оптимальных условий водопользования, качества поверхностных и подземных вод, отвечающего санитарным и экологическим требованиям, необходимо обеспечить:сокращение сброса неочищенных сточных вод в водные объекты;проведение мероприятий по восстановлению  водотоков и водоемов Санкт- Петербурга;круглогодичную очистку акватории  водных объектов и водоохранных зон;строительство оборотных систем технического водоснабжения на теплоэлектроцентралях;внедрение водосберегающих технологий на предприятиях;очистку рек и каналов от донных отложений.Развитие системы водоотведения (канализации) Санкт-Петербурга позволит улучшить состояние водного бассейна Санкт-Петербурга и обеспечить выполнение международных обязательств Российской Федерации.[6]ЗаключениеПо результатам расчетов было выявлено, что в Санкт-Петербурге повышенный уровень загрязнения атмосферы города и относительно напряженная медико-экологическая ситуация. Превышение ПДК наблюдаются по диоксиду азота, оксиду углерода и диоксиду серы. Основными источниками поступлений данных загрязняющих веществ являются автотранспорт и предприятия энергетической отрасли. Экологическая политика в области охраны атмосферного воздуха от загрязнения стационарными и передвижными источниками должна ориентироваться на снижение выбросов загрязняющих веществ от предприятий города и автотранспорта за счет внедрения ресурсосберегающих и иных существующих технологий, способствующих охране окружающей среды, а также на развитие и совершенствование организации дорожного движения. Расчет ПДВ основных загрязняющих веществ (сольвент-нафта, уайт-спирит и метилбензол) предприятия энергомашиностроительной отрасли города ОАО «Звезда-Энергетика» показал, что фактические выбросы веществ не превышают нормативы. По полученным результатам расчета воды изучаемого водотока относятся ко VI классу качества – очень грязные. В речных водах концентрация азота превышает ПДК в 14 раз, марганца – в 36 раз, меди – в 31 раз, железа – в 10 раз, кадмия – в 2,5 раза. Перечисленные загрязняющие вещества являются приоритетными.Развитие системы водоотведения (канализации) Санкт-Петербурга и прекращение сброса неочищенных сточных вод в водные объекты города позволит улучшить состояние водного бассейна Санкт-Петербурга и обеспечить выполнение международных обязательств Российской Федерации.Список использованной литературы:Доклад об экологической ситуации в Санкт-Петербурге в 2020 году/ Под редакцией Д.С. Беляева, И.А. Серебрицкого – Ижевск.: ООО «ПРИНТ», 2021. - 253c.;Качество поверхностных вод Российской Федерации. Ежегодники-2020 гг. //Росгидромет. ФГБУ ГХИ. Ростов-на-Дону. Режим доступа: https://gidrohim.com/sites/default/files/%D0%95%D0%B6%D0%B5%D0%B3%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%B8%D0%BA%202020.pdf;Кобец Е. Качество атмосферного воздуха в городах России на примере Санкт-Петербурга// Экологический правовой центр «Беллона» [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://network.bellona.org/content/uploads/sites/4/2020/08/NIK_AIR_4.pdf;Нормативы допустимого воздействия рек и озер бассейна Финского залива (от границы Российской Федерации до северной границы бассейна реки Нева)// Пояснительная записка к сводному тому нормативов допустимого воздействия рек и озер бассейна Финского залива (от границы Российской Федерации до северной границы бассейна реки Нева)Основы экологического нормирования. Ч.1. Санитарно-гигиеническое нормирование качества окружающей среды. Уч. пособие. М: Изд-во МСХА, 2004. С. 106.;Экологическая политика//Экологический портал Санкт-Петербурга [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.infoeco.ru/index.php?id=22#3.1;Экологический мониторинг: методические указания к выполнению курсовой работы для обучающихся 3 курса направления подготовки 05.03.06 Экология и природопользование, направленность (профиль) Экология / Сост.: М.А. Даулетов // ФГБОУ ВО Саратовский ГАУ. – Саратов, 2021. – 36 с.