Основным способом развития промышленности города выступают крупные предприятия – «Ачинский нефтеперерабатывающий завод», РУСАЛ «Ачинский глиноземный комбинат», ООО «Ачинский цементный завод», Дорожно-строительная передвижение механизированная колонна Ачинская и др. В окрестностях города добывают уголь, марганец, тугоплавкие глины, строительный камень [1].

Загрязнение атмосферного воздуха является ведущим фактором, неблагоприятно влияющим на условия жизни и здоровья населения города Ачинска. Показатели состояния загрязнения окружающей среды в городе характеризуются как «высокие». В атмосфере города зафиксированы случаи превышения ПДК_м.р. по формальдегиду, взвешенным веществам, диоксиду и оксиду азота, сероводороду [2]. Загрязнения воздуха, воды, почвы происходят из-за вредных выбросов промышленных предприятий, а также автотранспорта. Комплексный индекс загрязнения атмосферы города на 2014 год составил, ИЗА₅ ≥ 7, значение СИ по бенз(а)пирену – 9,0. Наибольшая повторяемость превышения ПДК по взвешенным веществам – 4,7%. Основной вклад в высокий уровень загрязнения города внесли повышенные концентрации бенз(а)пирена, формальдегида, диоксида азота, взвешенных веществ [2].

Цель исследования: анализ суточного профиля загрязнения атмосферного воздуха взвешенными частицами в городе Ачинске.

Методика исследования: в качестве исходных данных послужила информация о содержании взвешенных частиц с автоматизированного поста наблюдения (АПН) г. Ачинска [3]. Первичная обработка данных временных рядов концентраций производилась методом усреднения с периодом в 1 час. На основе полученного массива данных за 26 недель (с 1 июнь – 29 октябрь 2015 г.) были построены суточные профили.

Система мониторинга качества атмосферного воздуха

Автоматизированный пост наблюдения «Ачинск – Юго-Восточный» располагается в микрорайоне МПС, 1-й Юго-Восточный. С точки зрения фиксирования загрязнителей, расположение поста не в полной мере отвечает требованиям. Находясь в жилой застройке проветриваемость участка низкая, что может показывать уровни загрязнения выше фонового значения города (рисунок 1).

Рисунок 1. Карта – схема города Ачинска с нанесенными точками месторасположения АПН «Ачинск – Юго-Восточный», РУСАЛ «Ачинский глиноземный комбинат»

Усредненный показатель силы ветра в летнее время года (июнь, июль, август) составляет 2,5 м/с этот период, считается, самым теплым в городе. В осенний период (сентябрь, октябрь, ноябрь) усредненный показатель ветра равен 2,9 м/с [4]. Направление ветра по усредненным значениям за год равно: 33,2% с юго-запада, с юга 15,8%, с юга-востока 7,8%, с севера 5,4%, с северо-запада 4,6%, с запада 15,6% [5]. Из представленных данных можно выявить, что преобладающим являются ветра юго-западного направления.

Суточные циклы концентраций взвешенных веществ

Суточный профиль концентраций взвешенных частиц в г. Ачинске, был построен по усредненным общим значениям взятых за весь период. Пики концентраций взвешенных частиц в соответствующие часы соответствуют часам-пик автотранспорта. При этом наибольшие концентрации прослеживаются в выходные дни. В течение недели происходит накапливание загрязняющих веществ, что и объясняет наибольший уровень загрязнения в субботу. За выходные происходит частичное рассеивание и далее цикл повторяется (рисунок 2).

Рисунок 2. Суточный профиль концентраций взвешенных частиц в г. Ачинске по дням недели за период 01.06.2015 – 29.11. 2015

На основании изученной ранее тенденции, на графике рассматриваются концентрации взвешенных веществ в будни и выходные по сезонам года: лето и осень (рисунок 3). Летом ряды концентраций веществ в выходные и будние в течение дня как таковых пиков не имеют, наибольшее значение концентрации взвешенных частиц 0,046 приходится на 22:00. Осенью пики приходятся на утро в выходные дни 10:00 и вечером на 19:00. В будние дни пики в 9:00 и наибольшее значение вечером в 19:00. Такие скачки на графике могут быть связаны с выбросами промышленных предприятий – РУСАЛ «Ачинский глиноземный комбинат» и выхлопными газами растущего автомобильного парка. Превышение концентраций в утреннее и вечернее время суток связано с основным потоком автотранспорта. Неблагоприятные метеорологические условия, способствуют накоплению в приземном слое атмосферы загрязняющих веществ. Продолжительные ветра (со скоростью менее 1 м/с) со стороны промышленных комбинатов на жилые районы города являются также причиной повышения загрязняющих веществ. В осенний период температура атмосферного воздуха понижается, и расход топлива увеличивается соответственно и выхлопных газов выбрасывается больше. Превышение концентраций в летнее время года не так заметны, это объясняется большим количеством зеленых насаждений и уменьшением потока движения автотранспорта в городе. 

Рисунок 3. Суточный профиль концентраций взвешенных частиц в г. Ачинске в будни и выходные дни по сезонам года: лето, осень 2015 г.

Тенденция по сезонам года просматривается и в выходные дни. Отсутствие пиков концентраций в выходные летом обуславливается тем, что снижается уровень загрязнения выхлопными газами автотранспорта (рисунок 4). Пик в субботу 22:00 также связан с накопившимися загрязнениями в течение недели. Ряд концентраций взвешенных частиц в субботу осенью имеет наибольшее значение равное 0,082 в 9:00, далее происходит снижение и в 19:00 часов снова скачек концентраций равный 0,076. Ряд «Воскресенье осень» скачкообразный в утреннее время значение концентраций взвешенных частиц 0,053 в 8:00утра и в 10:00 значение равное 0,05, имеется пик в 20:00 при концентрации равной 0,058. Пики в указанные часы, образуются в результате, сжигания всех видов топлива в периоды максимального движения автотранспорта в городе. 

 Рисунок 4. Суточный профиль концентраций взвешенных частиц в г. Ачинске в выходные дни за период 01.06.2015 – 29.11. 2015

Вывод: Наблюдения за качеством атмосферного воздуха в г. Ачинске показали, что концентрации взвешенных частиц в течение суток могут изменяться, в зависимости от интенсивности движения автотранспорта, человеческой деятельности, а также метеорологических факторов. С увеличением плотности транспортного потока, растут выбросы токсичных продуктов в атмосферу. Концентрации взвешенных частиц в суточном профиле, начиная со значений 16:00 увеличиваются и достигают максимума в 22:00, то есть в вечернее время суток. Так же из графика хорошо видно, что есть два локальных повышения концентраций в 9:00 и 15:00. И отчетлива, заметна сезонность всех изменений концентраций. Данного рода изменения объясняются интенсивностью движения автотранспорта и, соответственно, увеличением концентрации выхлопных газов. Таким образом, несмотря на значительное количество промышленных предприятий на территории города, существенным и постоянным вкладом в загрязнение отдельными компонентами служит автотранспорт.

Промышленность Красноярска представлена следующими предприятиями: Красноярский алюминиевый завод («РУСАЛ Красноярск»), Красноярский электровагоноремонтный завод (КрЭВРЗ), Красноярский деревообрабатывающий комбинат (КДОК),  Красноярский завод железобетонных изделий (КЗЖБИ), Сибирский завод металлоконструкций «Звезда», Красноярский завод резинотехнических изделий (КЗРТИ), Сибирский инструментально-ремонтный завод (СИРЗ), Кирпичный завод «Стоун» (Стоун), Красноярский завод комбайнов (КЗК), Красноярский комбикормовый завод (ККЗ), Красноярский котельный завод (ККЗ), Красноярский лакокрасочный завод (ОГО-Лакокраска), Красноярский машиностроительный завод (КрасМаш), Красноярское предприятие технологического машиностроения (КрасПТМ), Красноярская мебельная компания (КМК), Мебельная фабрика «Гранд Мебель» (Гранд Мебель), Красноярский металлургический завод (КраМЗ), Красноярский судоремонтный завод (КСРЗ), Красноярский цементный завод (Красноярский цемент), Красноярский шинный завод (КШЗ), Громадский щебеночный завод (ГЩЗ), Енисейский ювелирный завод (ЕЮЗ), Красноярский завод цветных металлов имени В. Н. Гулидова (Красцветмет) [3].

При сгорании топлив главным образом образуется оксид азота NO, который затем в атмосфере окисляется до NO₂. Оксид азота (NO) в высоких концентрациях содержится в атмосферном воздухе только вблизи источников выбросов. По мере удаления от источника выбросов все большее количество NO переходит в NO₂. При длительном действии оксидов азота следует опасаться расширения клеток в корешках бронхов. Ухудшения сопротивляемости легких к бактериям, а также расширения альвеол [4]. Природным источником появления NO является электрические разряды молний в грозу. Наибольшая среднегодовая концентрация монооксида азота, из рассматриваемой нами системы мониторинга, зафиксирована на автоматизированном посту наблюдения (АПН) в микрорайоне Солнечный г. Красноярска – 0,042 мг/м³[5].

Цель исследования: анализ суточного профиля концентраций монооксида азота и оценка загрязнения атмосферного воздуха в городе Красноярске, микрорайон Солнечный.

Методика исследования: в роли исходных данных послужила информация о содержании монооксида азота с АПН «Красноярск – Солнечный» [6]. Сбор данных проводился при постоянном, непрерывном фиксирование максимально-разовых концентраций загрязнителя в 20 минутный интервал с получением соответствующего временного ряда. На основе полученных данных были построены суточные профили за период с 1 июня по 30 ноября.

Система мониторинга качества атмосферного воздуха

Самый молодой из красноярских микрорайонов, был образован для работников производственного объединения «КрасТяжМаш». Завод расположен не далеко от АПН «Красноярск – Солнечный» [2]. Автоматизированный пост наблюдения «Красноярск  – Солнечный» располагается в микрорайоне Солнечный, Солнечный бульвар по улице 40 лет Победы». Пост не в полной мере отвечает требованиям расположения, находясь в жилой застройке проветриваемость участка низкая (рисунок 1).

Рисунок 1. Карта – схема города Красноярска с нанесенными точками месторасположения АПН «Красноярск – Солнечный» и «КрасТяжМаш»[7].

Суточные циклы концентраций взвешенных веществ

Наибольшие концентрации монооксида азота прослеживаются в субботу и пятницу. В течение недели происходит накопление окиси азота и ближе к выходным дням прослеживается повышение концентраций и пик приходится на субботу (0,038 мг/м³) в утреннее время (9:00) (рисунок 2).

Рисунок 2. Суточный профиль концентраций монооксида азота, (мг/м³) АПН «Красноярск – Солнечный» по дням недели за период 01.06.2015 – 30.11.2015

Анализируя местоположение АПН, наличие выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух стоит увязать с расположением микрорайона в зоне воздействия производственных объектов и большого потока автотранспорта. Окись азота является побочным продуктом, возникающим при сгорании веществ в автомобильных двигателях и топлива на электростанциях – это не маловажный фактор, влияющие на рассмотренные пики концентраций суточного профиля по дням недели АПН «Красноярск – Солнечный». Усредненные концентрации монооксида азота в атмосфере микрорайона Солнечный не превысили гигиенический норматив [8]. Значения, зафиксированные на суточном профиле максимально-разовой концентрации NO, не влияет на здоровье населения.

Суточный профиль по сезонам года представлен значениями концентраций, взятых за период с 1 июня по 31 августа за летний период и с 1 сентября по 30 ноября за осенний период (рисунок 3).

Рисунок 3. Суточный профиль концентраций монооксида азота, (мг/м³) АПН «Красноярск – Солнечный» в будни и выходные по сезонам года: лето, осень

На графике демонстрируется два пика концентраций окиси азота: первый в ряду «Будни осень» утром 10:00 при значении равном 0,052 мг/м³ и второй, в ряду «Выходные осень» пик 0,051 мг/м³ приходится на 9:00. Рассматривая летний период, концентраций веществ в выходные и будни ряды относительно равномерно относятся друг к другу, не имеющие скачков, обуславливается это снижением уровня автотранспорта по сравнению с осенним периодом.

Наиболее интенсивное образование NO, происходит при сжигании газообразного топлива (природный газ и сжиженный нефтяной газ). Это чистые газы или специальные смеси, которые могут, использованы в качестве автомобильного топлива, отопления домов и производства нефтехимической продукции. Важным фактором превышения пиков в осенний период является автотранспорт и находящийся в зоне воздействия ОАО «РУСАЛ Красноярск». На представленном графике также не прослеживается превышения ПДК максимально-разовой.

На рисунке 4 рассматривается концентрация монооксида азота в летний период. Наибольшие пики концентраций равные 0,013 мг/м³ прослеживаются в пятницу в 7:00 и в воскресенье в 8:00.

Рисунок 4. Суточный профиль концентраций монооксида азота, (мг/м³) АПН «Красноярск – Солнечный» в будни и выходные в летнее время года

Все ряды суточного профиля имеют скачкообразный характер и пики концентраций. Пики образуются в результате наличия антропогенных источников загрязнения, которыми являются автотранспорт и стационарные источники. Доля транспортных средств загрязнения атмосферы намного выше, чем стационарных [9]. Исходя, из выше указанного можно заметить, что максимумы концентраций отмечаются в утреннее время, к концу недели, объясняется это пределом интенсивности движения автотранспорта и накопления загрязняющих веществ в течение рабочей недели, так как горожане ездят на работу, а основным источником передвижения в городе Красноярске является автотранспорт. Так же отметим тот фактор, что ранее была проложена железнодорожная ветка до завода «КрасТяжМаш» для доставки сотрудников к месту работы и обратно, в настоящее время ветка разобрана и основным способом передвижения от места отправления до места назначения является автотранспорт.

На представленном суточном профиле концентраций монооксида азота в осенний период (рисунок 5) по дням недели просматривается схожая тенденция с летним периодом времени, особенность которой, однако связано со значительно большими пиками концентраций, так в отдельные утренние и вечерние часы, такие пики достигают значения в 0,070 мг/м³. Данные значения также не превышают максимально-разовых ПДК для NO, однако в 7 раз превышают аналогичные пики летнего периода.

Рисунок 5. Суточный профиль концентраций монооксида азота, (мг/м³) АПН «Красноярск – Солнечный» в будни и выходные в осеннее время года

Рассматривая качество атмосферного воздуха в г. Красноярске выявлено, что концентрация NO в течение суток, недели, сезонов года может изменяться, в зависимости от влияния основных источников, оказывающих воздействие на уровень загрязнения – металлургия, теплоэнергетика и автотранспорт. В отличие от промышленных предприятий автомобиль относится к движущимся источникам загрязнения, часто встречающихся в местах отдыха и жилых районах. С увеличением численности автомашин, растет валовой выброс вредных продуктов, представляющих смесь токсичных примесей и сложных компонентов, поступающих в атмосферу, в том числи и оксидов азота.