Оценка степени загрязнения атмосферы г.Твери за период 2010-2011г.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

загрязнение воздух тверь здоровье экологический

В процессе развития человеческой цивилизации города становились средой жизнедеятельности всевозрастающего числа людей. В России 73% населения сосредоточено в городах. В некоторых странах эта доля еще выше. И как общая тенденция развития и роста городов - прогрессирующее ухудшение в них условий жизни. Одна из величайших трагедий городов в том, что, будучи высшим достижением человеческой цивилизации, они становятся не только неудобными, но и в значительной степени опасными для жизни. Экологическое неблагополучие городов стало острейшей глобальной проблемой, требующей скорейшего решения.

В настоящее время загрязнение атмосферного воздуха является одним из основных последствий негативного антропогенного воздействия на окружающую среду. Атмосферный воздух - важнейший для всего живого природный ресурс, от качественного состояния которого, в значительной мере, зависит здоровье человека [2]. Именно поэтому научные исследования относительно оценки антропогенной нагрузки на воздушный бассейн больших промышленных городов, а также разработка методов его регулирования с учетом правовых и нормативных аспектов относятся к актуальным проблемам.

Значительная нагрузка на воздушный бассейн обусловлена наличием промышленных и автотранспортных источников загрязнения.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ - оценить степень загрязнения атмосферы г.Твери за период 2010-2011г.

ЗАДАЧИ:

1. Изучить информацию об источниках загрязнения воздуха, о его воздействии на условия жизни и здоровье людей.

2. Изучить методики оценки степени загрязненности воздуха городов.

3. Собрать данные об экологическом состоянии атмосферы города Твери.

4. Проанализировать полученные данные. Сделать выводы.

ГЛАВА 1.

ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ АТМОСФЕРЫ В ГОРОДАХ

1.1 Актуальность проблемы загрязнения атмосферы

Загрязнение атмосферы -- привнесение в атмосферный воздух новых нехарактерных для него физических, химических и биологических веществ или изменение их естественной концентрации [3].

Атмосферный воздух является самой важной жизнеобеспечивающей природной средой и представляет собой смесь газов и аэрозолей приземного слоя атмосферы, сложившуюся в ходе эволюции Земли, деятельности человека и находящуюся за пределами жилых, производственных и иных помещений. Результаты экологических исследований, как в России, так и за рубежом, однозначно свидетельствуют о том, что загрязнение приземной атмосферы - самый мощный, постоянно действующий фактор воздействия на человека, пищевую цепь и окружающую среду. Атмосферный воздух имеет неограниченную емкость и играет роль наиболее подвижного, химически агрессивного и всепроникающего агента взаимодействия вблизи поверхности компонентов биосферы, гидросферы и литосферы [9].

В последние годы получены данные о существенной роли для сохранения биосферы озонового слоя атмосферы, поглощающего губительное для живых организмов ультрафиолетовое излучение Солнца и формирующего на высотах около 40 км тепловой барьер, предохраняющий охлаждение земной поверхности [22].

Атмосфера оказывает интенсивное воздействие не только на человека и биоту, но и на гидросферу, почвенно-растительный покров, геологическую среду, здания, сооружения и другие техногенные объекты. Поэтому охрана атмосферного воздуха и озонового слоя является наиболее приоритетной проблемой экологии и ей уделяется пристальное внимание во всех развитых странах [15].

Загрязненная приземная атмосфера вызывает рак легких, горла и кожи, расстройство центральной нервной системы, аллергические и респираторные заболевания, дефекты у новорожденных и многие другие болезни, список которых определяется присутствующими в воздухе загрязняющими веществами и их совместным воздействием на организм человека. Результаты специальных исследований, выполненных в России и за рубежом, показали, что между здоровьем населения и качеством атмосферного воздуха наблюдается тесная положительная связь [7].

Основные агенты воздействия атмосферы на гидросферу - атмосферные осадки в виде дождя и снега, в меньшей степени смога, тумана. Поверхностные и подземные воды суши имеют главным образом атмосферное питание и вследствие этого их химический состав зависит в основном от состояния атмосферы [11].

Отрицательное влияние загрязненной атмосферы на почвенно-растительный покров связано как с выпадением кислотных атмосферных осадков, вымывающих кальций, гумус и микроэлементы из почв, так и с нарушением процессов фотосинтеза, приводящих к замедлению роста и гибели растений. Высокая чувствительность деревьев (особенно березы, дуба) к загрязнению воздуха выявлена давно. Совместное действие обоих факторов приводит к заметному уменьшению плодородия почв и исчезновению лесов. Кислотные атмосферные осадки рассматриваются сейчас как мощный фактор не только выветривания горных пород и ухудшения качества несущих грунтов, но и химического разрушения техногенных объектов, включая памятники культуры и наземные линии связи. Во многих экономически развитых странах в настоящее время реализуются программы по решению проблемы кислотных атмосферных осадков [18]. В рамках Национальной программы по оценке влияния кислотных атмосферных осадков, учрежденной в 1980 году многие федеральные ведомства США начали финансировать исследования атмосферных процессов, вызывающих кислотные дожди, с целью оценки влияния последних на экосистемы и выработки соответствующих природоохранных мер. Выяснилось, что кислотные дожди оказывают многоплановое воздействие на окружающую среду и являются результатом самоочищения (промывания) атмосферы. Основные кислотные агенты - разбавленные серная и азотная кислоты, образующиеся при реакциях окисления оксидов серы и азота с участием пероксида водорода.

При процессах сгорания топлива наиболее интенсивное загрязнение приземного слоя атмосферы происходит в мегаполисах и крупных городах, промышленных центрах ввиду широкого распространения в них автотранспортных средств, ТЭЦ, котельных и других энергетических установок, работающих на угле, мазуте, дизельном топливе, природном газе и бензине [13]. Вклад автотранспорта в общее загрязнение атмосферного воздуха достигает здесь 40-50 %. Мощным и чрезвычайно опасным фактором загрязнения атмосферы являются катастрофы на АЭС (Чернобыльская авария) и испытания ядерного оружия в атмосфере. Это связано как с быстрым разносом радионуклидов на большие расстояния, так и с долговременным характером загрязнения территории.

Высокая опасность химических и биохимических производств заключается в потенциальной возможности аварийных выбросов в атмосферу чрезвычайно токсичных веществ, а также микробов и вирусов, которые могут вызвать эпидемии среди населения и животных.

В настоящее время в приземной атмосфере находятся многие десятки тысяч загрязняющих веществ антропогенного происхождения. Ввиду продолжающегося роста промышленного и сельскохозяйственного производства появляются новые химические соединения, в том числе сильно токсичные. Главными антропогенными загрязнителями атмосферного воздуха кроме крупнотоннажных оксидов серы, азота, углерода, пыли и сажи являются сложные органические, хлорорганические и нитросоединения, техногенные радионуклиды, вирусы и микробы [5]. Наиболее опасны широко распространенные в воздушном бассейне России диоксин, бенз(а)пирен, фенолы, формальдегид, сероуглерод. Твердые взвешенные частицы представлены главным образом сажей, кальцитом, кварцем, гидрослюдой, каолинитом, полевым шпатом, реже сульфатами, хлоридами. В снеговой пыли специально разработанными методами обнаружены окислы, сульфаты и сульфиты, сульфиды тяжелых металлов, а также сплавы и металлы в самородном виде.

В Западной Европе приоритет отдается 28 особо опасным химическим элементам, соединениям и их группам. В группу органических веществ входят акрил, нитрил, бензол, формальдегид, стирол, толуол, винилхлорид, а неорганических - тяжелые металлы (As, Cd, Cr, Pb, Mn, Hg, Ni, V), газы (угарный газ, сероводород, оксиды азота и серы, радон, озон), асбест. Преимущественно токсическое действие оказывают свинец, кадмий. Интенсивный неприятный запах имеют сероуглерод, сероводород, стирол, тетрахлорэтан, толуол [14]. Ореол воздействия оксидов серы и азота распространяется на большие расстояния. Вышеуказанные 28 загрязнителей воздуха входят в международный реестр потенциально токсичных химических веществ.

Для атмосферы характерна чрезвычайно высокая динамичность, обусловленная как быстрым перемещением воздушных масс в латеральном и вертикальном направлениях, так и высокими скоростями, разнообразием протекающих в ней физико-химических реакций [24]. Атмосфера рассматривается сейчас как огромный «химический котел», который находится под воздействием многочисленных и изменчивых антропогенных и природных факторов. Газы и аэрозоли, выбрасываемые в атмосферу, характеризуются высокой реакционной способностью. Пыль и сажа, возникающие при сгорании топлива, лесных пожарах, сорбируют тяжелые металлы и радионуклиды и при осаждении на поверхность могут загрязнить обширные территории, проникнуть в организм человека через органы дыхания.

Выявлена тенденция совместного накопления в твердых взвешенных частицах приземной атмосферы Европейской России свинца и олова; хрома, кобальта и никеля; стронция, фосфора, скандия, редких земель и кальция; бериллия, олова, ниобия, вольфрама и молибдена; лития, бериллия и галлия; бария, цинка, марганца и меди. Высокие концентрации в снеговой пыли тяжелых металлов обусловлены как присутствием их минеральных фаз, образовавшихся при сжигании угля, мазута и других видов топлива, так и сорбцией сажей, глинистыми частицами газообразных соединений типа галогенидов олова [24].

Время «жизни» газов и аэрозолей в атмосфере колеблется в очень широком диапазоне (от 1 - 3 минут до нескольких месяцев) и зависит в основном от их химической устойчивости размера (для аэрозолей) и присутствия реакционно-способных компонентов (озон, пероксид водорода и др.).

Оценка и тем более прогноз состояния приземной атмосферы являются очень сложной проблемой. В настоящее время ее состояние оценивается главным образом по нормативному подходу. Величины ПДК токсических химических веществ и другие нормативные показатели качества воздуха приведены во многих справочниках и руководствах [1]. В таком руководстве для Европы кроме токсичности загрязняющих веществ (канцерогенное, мутагенное, аллергенное и другие воздействия) учитываются их распространенность и способность к аккумуляции в организме человека и пищевой цепи. Недостатки нормативного подхода - ненадежность принятых значений ПДК и других показателей из-за слабой разработанности их эмпирической наблюдательной базы, отсутствие учета совместного воздействия загрязнителей и резких изменений состояния приземного слоя атмосферы во времени и пространстве. Стационарных постов наблюдения за воздушным бассейном мало, и они не позволяют адекватно оценить его состояние в крупных промышленно - урбанизированных центрах. В качестве индикаторов химического состава приземной атмосферы можно использовать хвою, лишайники, мхи. На начальном этапе выявления очагов радиоактивного загрязнения, связанных с чернобыльской аварией, изучалась хвоя сосны, обладающая способностью накапливать радионуклиды, находящиеся в воздухе. Широко известно покраснение игл хвойных деревьев в периоды смогов в городах.

Наиболее чутким и надежным индикатором состояния приземной атмосферы является снеговой покров, депонирующий загрязняющие вещества за сравнительно длительный период времени и позволяющий установить местоположение источников пылегазовыбросов по комплексу показателей. В снеговых выпадениях фиксируются загрязнители, которые не улавливаются прямыми измерениями или расчетными данными по пылегазовыбросам [21].

К перспективным направлениям оценки состояния приземной атмосферы крупных промышленно - урбанизированных территорий относится многоканальное дистанционное зондирование. Преимущество этого метода заключается в способности быстро, неоднократно и в «одном ключе» охарактеризовать большие площади. К настоящему времени разработаны способы оценки содержания в атмосфере аэрозолей. Развитие научно-технического прогресса позволяет надеяться на выработку таких способов и в отношении других загрязняющих веществ.

Прогноз состояния приземной атмосферы осуществляется по комплексным данным. К ним, прежде всего, относятся результаты мониторинговых наблюдений, закономерности миграции и трансформации загрязняющих веществ в атмосфере, особенности антропогенных и природных процессов загрязнения воздушного бассейна изучаемой территории, влияние метеопараметров, рельефа и других факторов на распределение загрязнителей в окружающей среде. Для этого в отношении конкретного региона разрабатываются эвристичные модели изменения приземной атмосферы во времени и пространстве [21]. Наибольшие успехи в решении этой сложной проблемы достигнуты для районов расположения АЭС. Конечный результат применения таких моделей - количественная оценка риска загрязнения воздуха и оценка его приемлемости с социально-экономической точки зрения.

1.2 Виды источников загрязнения атмосферы

По характеру загрязнителя загрязнение атмосферы бывает трех видов:

· физическое -- механическое (пыль, твердые частицы), радиоактивное (радиоактивное излучение и изотопы), электромагнитное (различные виды электромагнитных волн, в т.ч. радиоволны), шумовое (различные громкие звуки и низкочастотные колебания) и тепловое загрязнение (например, выбросы теплого воздуха и т.п.)

· химическое -- загрязнение газообразными веществами и аэрозолями. На сегодняшний день основные химические загрязнители атмосферного воздуха это оксид углерода (IV), оксиды азота, диоксид серы, углеводороды, альдегиды, тяжёлые металлы (Pb, Cu, Zn, Cd, Cr), аммиак, атмосферная пыль и радиоактивные изотопы

· биологическое -- в основном загрязнение микробной природы. Например, загрязнение воздуха вегетативными формами и спорами бактерий и грибов, вирусами, а также их токсинами и продуктами жизнедеятельности.

К природным источникам загрязнения относятся: извержения вулканов, пыльные бури, лесные пожары, пыль космического происхождения, частицы морской соли, продукты растительного, животного и микробиологического происхождения. Уровень такого загрязнения рассматривается в качестве фонового, который мало изменяется со временем [19].

Главный природный процесс загрязнения приземной атмосферы - вулканическая и флюидная активность Земли Крупные извержения вулканов приводят к глобальному и долговременному загрязнению атмосферы, о чем свидетельствуют летописи и современные наблюдательные данные (извержение вулкана Пинатубо на Филиппинах в 1991 году) [18]. Это обусловлено тем, что в высокие слои атмосферы мгновенно выбрасываются огромные количества газов, которые на большой высоте подхватываются движущимися с высокой скоростью воздушными потоками и быстро разносятся по всему земному шару. Продолжительность загрязненного состояния атмосферы после крупных вулканических извержений достигает нескольких лет.

Антропогенные источники загрязнения обусловлены хозяйственной деятельностью человека. К ним следует отнести:

1. Сжигание горючих ископаемых, которое сопровождается выбросом 5 млрд. т. углекислого газа в год. В результате этого за 100 лет (1860 - 1960 гг.) содержание СО2 увеличилось на 18 % (с 0,027 до 0,032%). За последние три десятилетия темпы этих выбросов значительно возросли. При таких темпах к 2000 г. количество углекислого газа в атмосфере составит не менее 0,05%.

2. Работа тепловых электростанций, когда при сжигании высокосернистых углей в результате выделения сернистого газа и мазута образуются кислотные дожди.

3. Выхлопы современных турбореактивных самолетов с оксидами азота и газообразными фторуглеводородами из аэрозолей, которые могут привести к повреждению озонового слоя атмосферы (озоносферы).

5. Загрязнение взвешенными частицами (при измельчении, фасовке и загрузке, от котельных, электростанций, шахтных стволов, карьеров при сжигании мусора).

6. Выбросы предприятиями различных газов.

Выбросы вредных для здоровья человека веществ с отработавшими газами наряду с продуктами нормального окисления углеводородов (двуокись углерода и вода) отработавшие газы содержат также:

· недогоревшие углеводороды (сажа);

· окись углерода (угарный газ);

· продукты окисления примесей, содержащихся в топливе;

· окиды азота;

· твердые частицы;

· кислоты серные и угольные, образующиеся при конденсации водяных паров;

· антидетонационные и выносительные присадки и продукты их разрушения;

· фосфор;

· радиоактивные выбросы;

· метан.

7. Сжигание топлива в факельных печах, в результате чего образуется самый массовый загрязнитель - монооксид углерода.

8. Сжигание топлива в котлах и двигателях транспортных средств, сопровождающееся образованием оксидов азота, которые вызывают смог. Выхлопные газы (отходящие газы) -- отработавшее в двигателе рабочее тело. Являются продуктами окисления и неполного сгорания углеводородного топлива. Выбросы выхлопных газов -- основная причина превышения допустимых концентраций токсичных веществ и канцерогенов в атмосфере крупных городов, образования смогов, являющихся частой причиной отравления в замкнутых пространствах.

Количество выделяемых в атмосферу автомобилями загрязняющих веществ определяется массовым выбросом газов и составом отходящих газов.

Табл. 1 Состав автомобильных выхлопных газов

Наибольшую опасность представляют оксиды азота, примерно в 10 раз более опасные, чем угарный газ, доля токсичности альдегидов относительно невелика и составляет 4--5 % от общей токсичности выхлопных газов. Токсичность различных углеводородов сильно отличается. Непредельные углеводороды в присутствии диоксида азота фотохимически окисляются образуя ядовитые кислородсодержащие соединения -- составляющие смогов [6].

Качество дожигания на современных катализаторах таково, что доля СО после катализатора обычно менее 0,1 %.

Обнаруженные в газах полициклические ароматические углеводороды -- сильные канцерогены. Среди них наиболее изучен бензпирен, кроме него обнаружены производные антрацена:

· 1,2--бензантрацен

· 1,2,6,7--дибензантрацен

· 5,10--диметил--1,2--бензантрацен

Кроме того при использовании сернистых бензинов в отходящие газы могут входить оксиды серы, при применении этилированных бензинов -- свинец (Тетраэтилсвинец), бром, хлор, их соединения. Считается, что аэрозоли галоидных соединений свинца могут подвергаться каталитическим и фотохимическим превращениям, участвуя в образовании смога [12].

Длительный контакт со средой, отравленной выхлопными газами автомобилей, вызывает общее ослабление организма -- иммунодефицит. Кроме того, газы сами по себе могут стать причиной различных заболеваний. Например, дыхательной недостаточности, гайморита, ларинготрахеита, бронхита, бронхопневмонии, рака лёгких. Также выхлопные газы вызывают атеросклероз сосудов головного мозга. Опосредованно через легочную патологию могут возникнуть и различные нарушения сердечно-сосудистой системы [11].

9. Вентиляционные выбросы (шахтные стволы).

10. Вентиляционные выбросы с чрезмерной концентрацией озона из помещений с установками высоких энергий (ускорители, ультрафиолетовые источники и атомные реакторы) при ПДК в рабочих помещениях 0,1 мг/м3. В больших количествах озон является высокотоксичным газом.

Основные загрязнители

Окись углерода (СО) - бесцветный газ, не имеющий запаха, известен также под названием «угарный газ». Образуется в результате неполного сгорания ископаемого топлива (угля, газа, нефти) в условиях недостатка кислорода и при низкой температуре. При этом 65% от всех выбросов приходится на транспорт, 21% - на мелких потребителей и бытовой сектор, а 14% - на промышленность[источник не указан 339 дней]. При вдыхании угарный газ за счёт имеющейся в его молекуле двойной связи образует прочные комплексные соединения с гемоглобином крови человека и тем самым блокирует поступление кислорода в кровь.

Двуокись углерода (СО2) - или углекислый газ, - бесцветный газ с кисловатым запахом и вкусом, продукт полного окисления углерода. Является одним из парниковых газов. Диоксид углерода не токсичен, но не поддерживает дыхание. Большая концентрация в воздухе вызывает удушье (Гиперкапния). Недостаток углекислого газа тоже опасен (Гипокапния)

Диоксид серы (SO2) (диоксид серы, сернистый ангидрид) - бесцветный газ с резким запахом. Образуется в процессе сгорания серосодержащих ископаемых видов топлива, в основном угля, а также при переработке сернистых руд. Он, в первую очередь, участвует в формировании кислотных дождей. Общемировой выброс SO2 оценивается в 190 млн. тонн в год. Длительное воздействие диоксида серы на человека приводит вначале к потере вкусовых ощущений, стесненному дыханию, а затем - к воспалению или отеку лёгких, перебоям в сердечной деятельности, нарушению кровообращения и остановке дыхания.

Оксиды азота (оксид и диоксид азота) - газообразные вещества: монооксид азота NO и диоксид азота NO2 объединяются одной общей формулой NOх . При всех процессах горения образуются окислы азота, причем большей частью в виде оксида. Чем выше температура сгорания, тем интенсивнее идет образование окислов азота. Другим источником окислов азота являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения. Количество окислов азота, поступающих в атмосферу, составляет 65 млн. тонн в год. От общего количества выбрасываемых в атмосферу оксидов азота на транспорт приходится 55%, на энергетику - 28%, на промышленные предприятия - 14%, на мелких потребителей и бытовой сектор - 3%.

Озон (О3) - газ с характерным запахом, более сильный окислитель, чем кислород. Его относят к наиболее токсичным из всех обычных загрязняющих воздух примесей. В нижнем атмосферном слое озон образуется в результате фотохимических процессов с участием диоксида азота и летучих органических соединений.

Углеводороды - химические соединения углерода и водорода. К ним относят тысячи различных загрязняющих атмосферу веществ, содержащихся в несгоревшем бензине, жидкостях, применяемых в химчистке, прoмышленных растворителях и т.д.

Свинец (Pb ) - серебристо-серый металл, токсичный в любой известной форме. Широко используется для производства красок, боеприпасов, типографского сплава и т.п. Около 60% мировой добычи свинца ежегодно расходуется для производства кислотных аккумуляторов. Однако основным источником (около 80%) загрязнения атмосферы соединениями свинца являются выхлопные газы транспортных средств, в которых используется этилированный бензин. Свинец и его соединения токсичны. Попадая в организм, свинец накапливается в костях, вызывая их разрушение.

Сажа входит в категорию частиц опасных для лёгких, так как частицы менее пяти микрометров в диаметре не отфильтровываются в верхних дыхательных путях. Дым от дизельных двигателей, состоящий в основном из сажи, считается особенно опасным из-за того, что его частицы приводят к раку.

Альдегиды токсичны, способны накапливаться в организме. Кроме общетоксического, обладают раздражающим и нейротоксическим действием. Эффект зависит от молекулярной массы: чем она больше, тем слабее раздражающее, но сильнее наркотическое действие, причём ненасыщенные альдегиды токсичнее насыщенных. Некоторые обладают канцерогенными свойствами

Бензапирен является наиболее типичным химическим канцерогеном, он опасен для человека даже при малой концентрации, поскольку обладает свойством биоаккумуляции. Будучи химически сравнительно устойчивым, бензапирен может долго мигрировать из одних объектов в другие. В результате многие объекты и процессы окружающей среды, сами не обладающие способностью синтезировать бензапирен, становятся его вторичными источниками. Бензапирен оказывает также мутагенное действие.

Промышленные пыли в зависимости от механизма их образования подразделяются на следующие 4 класса:

· механическая пыль - образуется в результате измельчения продукта в ходе технологического процесса;

· возгоны - образуются в результате объёмной конденсации паров веществ при охлаждении газа, пропускаемого через технологический аппарат, установку или агрегат;

· летучая зола - содержащийся в дымовом газе во взвешенном состоянии несгораемый остаток топлива, образуется из его минеральных примесей при горении;

· промышленная сажа - входящий в состав промышленного выброса твёрдый высокодисперсный углерод, образуется при неполном сгорании или термическом разложении углеводородов.

Смог (от англ. Smoky fog, буквально -- «Дымовой туман») -- аэрозоль, состоящий из дыма, тумана и пыли, один из видов загрязнения воздуха в крупных городах и промышленных центрах. Первоначально под смогом подразумевался дым, образованный сжиганием большого количества угля (смешение дыма и диоксида серы SO2). В 1950-х гг. был впервые описан новый тип смога -- фотохимический, который является результатом смешения в воздухе следующих загрязняющих веществ:

· оксиды азота, например, диоксид азота (продукты горения ископаемого топлива);

· тропосферный (приземный) озон;

· летучие органические вещества (парым бензина, красок, растворителей, пестицидов и других химикатов);

· перекиси нитратов.

Основные загрязнители воздуха жилых помещений - пыль и табачный дым, угарный и углекислый газы, двуокись азота, радон и тяжелые металлы, инсектициды, дезодоранты, синтетические моющие вещества, аэрозоли лекарств, микробы и бактерии.

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И МЕТОДЫ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

2.1 Город Тверь как объект исследования

Рис.2.1 г.Тверь

Тверь находится на западной окраине Верхневолжской низины и к северу от Тверской моренной гряды. Город расположен на пересечении железнодорожной и автомобильной магистралей, соединяющих Москву и Санкт-Петербург, с Волгой в её верхнем течении, находится в 134 километрах к северо-западу от Москвы и в 484 километрах к юго-востоку от Санкт-Петербурга. Город расположен на высоте от 124 м. (урез Волги) до 174 м над уровнем моря (высочайшая точка города на юго-восточной окраине, недалеко от пересечения главного хода Октябрьской железной дороги с Тверской окружной дорогой) [17].

Тверь -- крупный промышленный, научный и культурный центр, крупный транспортный узел на пересечении железнодорожной линии Санкт-Петербург -- Москва и автомагистрали «Россия» с Верхней Волгой. Население города (по предварительным итогам переписи 2010 года) насчитывает 403 726 человек. Городское самоуправление представлено Тверской городской Думой, главой города, избранным из состава её депутатов, и местной администрацией.

Площадь территории города -- 152,22 кмІ, административное деление города на районы было впервые утверждено в 1936 году, изменено в 1965 году, а в 1976 году установлено деление на 4 района, которое сохраняется и до настоящего времени (см. Рисунок 2.2).

Рис. 2.2 Административное деление города Тверь

1) Заволжский район охватывает северную, левобережную часть города. Исторически, северо-западная часть Твери между Волгой и Тверцой именовалась Заволжским посадом. Граница района с Пролетарским, Центральным и Московским районами проходит по центру русла реки Волги. Северная, западная и восточная границы района проходят по черте города. Река Тверца проходит по территории Заволжского района в своём нижнем течении и впадает в Волгу. В состав района вошли 3 микрорайона (Затверечье, Юность, Соминка) и Посёлок Вагонников. Отдельно расположенный посёлок Сахарово не имеет общей границы с основной территорией района и расположен в 18 километрах к северо-востоку от центра города.

2) Московский район - административная единица в составе города Твери, охватывающий восточную часть города, в которой сосредоточены жилые и промышленные зоны и начинается дорога на Москву. В состав района входят отдельные микрорайоны (Южный, посёлок Химинститута, посёлок им.Крупской и др.), а также посёлки и деревни, включённые в черту города Тверь (Большие Перемерки, Малые Перемерки, посёлок Элеватор, Власьево, Никифоровское и др.)

3) Пролетарский район охватывает западную, преимущественно промышленную часть города. В состав района входят микрорайоны Мигалово, Мамулино, Первомайский, Брусилово.

4) Центральный район охватывает исторический центр города и некоторые прилегающие к нему территории. В районе сосредоточены административные здания, исторические памятники, культурные учреждения (театры, музеи, библиотеки), учебные заведения, а также магазины, торговые центры, офисы банков и других учреждений.

Существующие границы городских районов были установлены в 1975 году. Деление города на 4 района было сохранено в уставе города, принятом в 1996 году, а также новом уставе 2005 года.

Внутри города выделяются исторические районы (Затверечье, Затьмачье) микрорайоны (Мамулино, Мигалово, Первомайский, Чайка, Юность, Южный), промзона Лазурная, а также внутригородские посёлки (1 мая, 1-й Пролетарский, Большие Перемерки, Вагонников, Власьево, Новое Власьево, ДРСУ-2, Дачи, Дорошиха, Керамического завода, Кировский, имени Крупской, Литвинки, Лоцманенко, Сахарово, Соминка, совхоза Калининский, Торфо-брикетного предприятия, Химинститута, Элеватор) и бывшие деревни (Андреевское, Бобачёво, Борихино, Борихино Поле, Бортниково, Деревнище, Жёлтиково, Киселёво, Красное Знамя, Никифоровское, Новая Константиновка, Малые Перемерки, Старая Константиновка, Черкассы), которые были самостоятельными населёнными пунктами до тех пор, пока не были включены в черту города.

Тверь является крупным промышленным центром. Традиционно, основные отрасли промышленности Твери - машиностроение, химическая и легкая промышленности, энергетика, полиграфия.

На территории города существует ряд промышленных предприятий:

Машиностроение

1. ОАО Тверской вагоностроительный завод (ТВЗ) -- производство пассажирских вагонов локомотивной тяги;

2. ОАО Тверской экскаватор (ТВЭКС) -- производство экскаваторов;

3. Машиностроительный завод (мотовозы);

4. ОАО Тверской завод электроаппаратуры (Элтор) -- производство лифтовой аппаратуры;

5. ОАО Центросвармаш -- производство тележек вагонов;

6. ЗАО фирма «Гидравлика»;

7. ОАО «Ритм» ТПТА -- производство тормозной аппаратуры подвижного состава железных дорог и метрополитена;

8. ООО Тверской машзавод Гидромолот;

9. ООО Тверьстроймаш;

10. ЗАО ПФК «Тверьдизельагрегат»;

11. Тверской экспериментально-механический завод (ТЭМЗ);

12. ОАО Тверьтехоснастка (бывш. завод штампов им. 1-е мая) -- стальное литье, производство запчастей;

13. SKF -- Тверь -- производство буксовых узлов для подвижного состава железных дорог;

14. ОАО «Тверьэнергокабель» -- производство электрокабелей малого и среднего напряжения;

15. Hitachi (планируется) -- производство экскаваторов;

16. Knorr-Bremse Systeme fьr Schienenfahrzeuge GmbH (планируется) -- производство тормозного оборудование для подвижного состава железных дорог.

Полиграфия

17. Тверской полиграфический комбинат;

18. ОАО Тверской полиграфкомбинат детской литературы;

19. Компания ЗАО «Полиграфический комплекс «Парето-Принт»;

20. Компания ООО «Сага-медиа принт»;

Пищевая промышленность

21. ОАО Мелькомбинат -- производство муки, комбикормов, макаронных изделий;

22. ОАО «Волжский пекарь» -- производство хлебобулочных изделий;

23. ЗАО «Хлеб» -- производство хлебобулочных изделий;

24. ООО «Юнайтед Боттлинг Групп» -- производство слабоалкогольных и безалкогольных напитков.

Энергетика

25. Тверьэнерго;

26. ГУ ОАО «ТГК-2» по Тверской области;

27. Тверская энергосбытовая компания;

28. Валдайское ПМЭС;

29. ООО «Металлография»

30. ТЭЦ-1

31. ТЭЦ-2

32. ТЭЦ-3

33. ТЭЦ-4

Другие крупные предприятия города

34. ОАО НПК «Химволокно» -- бывший комбинат «Химволокно»;

35. ОАО Искож-Тверь -- бывший комбинат «ИСКОЖ» («КРЕПЗ»);

36. Тверской домостроительный комбинат (ДСК);

37. Тверской полиэфир;

38. Хлопчато-бумажный комбинат;

39. Комбинат строительных материалов (КСМ);

40. Комбинат строительных материалов № 2 (КСМ-2);

41. НИИ «Центрпрограммсистем»;

42. ООО «Тема-2»;

43. ООО «Аудит-Баланс»;

44. Тверская швейная фабрика;

45. ЗАО «Диэлектрические кабельные системы»;

46. ДПП «ИНТЕР-ДРЕВ».

Рис.2.3 Карта расположения предприятий и промышленных зон города Твери.

2.2 Исследования состояния атмосферного воздуха

Наблюдения за качеством атмосферного воздуха осуществлялись на стационарном посту №1 (ул.Ефимова, 6) по неполной программе в 07, 13 и 19 часов, кроме воскресенья.

Рис.2.4. Стационарный пост №1

Для составления ежегодника использованы резултаты 6389 наблюдений на одном стационарном посту.

В пробах воздуха, отобранных на стационарном посту ГУ «Тверской ЦГМС» определялись концентрации взвешенных веществ, диоксида серы, оксида углерода, оксидов азота, сероводорода и формальдегида.

2.2.1 Методика наблюдения состояния атмосферного воздуха

Правила организации наблюдений за уровнем загрязнения атмосферы в городах и населенных пунктах изложены в соответствии с ГОСТ 17.2.3.01-86 «Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населенных пунктов». Наблюдения за уровнем загрязнения атмосферы осуществляют на постах. Постом наблюдения является выбранное место (точка местности), на котором размещают павильон или автомобиль, оборудованные соответствующими приборами.

Устанавливаются посты наблюдений трех категорий: стационарные, маршрутные, передвижные (подфакельные). Стационарный пост предназначен для обеспечения непрерывной регистрации содержания загрязняющих веществ или регулярного отбора проб воздуха для последующего анализа. Из числа стационарных постов выделяются опорные стационарные посты, которые предназначены для выявления долговременных изменений содержания основных и наиболее распространенных специфических загрязняющих веществ.

Маршрутный пост предназначен для регулярного отбора проб воздуха, когда невозможно (нецелесообразно) установить стационарный пост или необходимо более детально изучить состояние загрязнения воздуха в отдельных районах, например в новых жилых районах.

Передвижной (подфакельный) пост предназначен для отбора проб под дымовым (газовым) факелом с целью выявления зоны влияния данного источника промышленных выбросов. Стационарные посты оборудованы специальными павильонами, которые устанавливают в заранее выбранных местах. Наблюдения на маршрутных постах проводятся с помощью передвижной лаборатории, которая оснащена необходимым оборудованием и приборами. Маршрутные посты также устанавливают в заранее выбранных точках. Одна машина за рабочий день объезжает 4 - 5 точек. Порядок объезда автомашиной выбранных маршрутных постов должен быть одним и тем же, чтобы обеспечить определение концентраций примесей в постоянные сроки. Наблюдения под факелом предприятия проводятся также с помощью оборудованной автомашины. Подфакельные посты представляют собой точки, расположенные на фиксированных расстояниях от источника. Они перемещаются в соответствии с направлением факела обследуемого источника выбросов.

Репрезентативность наблюдений за состоянием загрязнения атмосферы в городе зависит от правильности расположения поста на обследуемой территории. При выборе места для размещения поста прежде всего следует установить, какую информацию ожидают получить: уровень загрязнения воздуха, характерный для данного района города, или концентрацию примесей в конкретной точке, находящейся под влиянием выбросов отдельного промышленного предприятия, крупной автомагистрали.

В первом случае пост должен быть расположен на таком участке местности, который не подвергается воздействию отдельно стоящих источников выбросов. Благодаря значительному перемешиванию городского воздуха уровень загрязнения в районе поста будет определяться всеми источниками выбросов, расположенными на исследуемой территории. Во втором случае пост размещается в зоне максимальных концентраций примеси, связанных с выбросами рассматриваемого источника.

Каждый пост независимо от категории размещается на открытой, проветриваемой со всех сторон площадке с непылящим покрытием: на асфальте, твердом грунте, газоне. Если пост разместить на закрытом участке (вблизи высоких зданий, на узкой улице, под кронами деревьев или вблизи низкого источника выбросов), то он будет характеризовать уровень загрязнения, создаваемый в конкретном месте, и будет или занижать реальный уровень загрязнения из-за поглощения газов густой зеленью, или завышать из-за застоя воздуха и скопления вредных веществ вблизи строений.

Стационарный и маршрутный посты размещаются в местах, выбранных на основе обязательного предварительного исследования загрязнения воздушной среды города промышленными выбросами, выбросами автотранспорта, бытовыми и другими источниками и изучения метеорологических условий рассеивания примесей путем эпизодических наблюдений, расчетов полей максимальных концентраций примесей. При этом следует учитывать повторяемость направления ветра над территорией города. При определенных направлениях выбросы от многочисленных предприятий могут создавать общий факел, соизмеримый с факелом крупного источника. Если повторяемость таких направлений ветра велика, то зона наибольшего среднего уровня загрязнения будет формироваться в 2 - 4 км от основной группы предприятий, причем иногда она может располагаться и на окраине города. Выбору местоположения стационарных постов должно предшествовать ознакомление с генеральным планом развития города, чтобы учесть планируемое размещение крупных источников выбросов и жилых районов. Для характеристики распределения концентрации примеси по городу посты необходимо устанавливать в первую очередь в тех жилых районах, где возможны наибольшие средние уровни загрязнения, затем в административном центре населенного пункта и в жилых районах с различными типами застройки, а также в парках, зонах отдыха. К числу наиболее загрязненных районов относятся зоны наибольших максимальных разовых и среднесуточных концентраций, создаваемые выбросами промышленных предприятий (такие зоны находятся в 0,5 - 2 км от низких источников выбросов и в 2 - 3 км от высоких), а также магистрали интенсивного движения транспорта, поскольку влияние автомагистрали обнаруживается лишь в непосредственной близости от нее (на 50 - 100 м).

Число стационарных постов определяется в зависимости от численности населения в городе, площади населенного пункта, рельефа местности и степени индустриализации, рассредоточенности мест отдыха. В зависимости от численности населения устанавливается: 1 пост - до 50 тыс. жителей; 2 поста - 50 - 100 тыс. жителей; 2 - 3 поста - 100 - 200 тыс. жителей; 3 - 5 постов - 200 - 500 тыс. жителей; 5 - 10 постов - более 500 тыс. жителей; 10 - 20 постов (стационарных и маршрутных) - более 1 млн. жителей. Количество постов может быть увеличено в условиях сложного рельефа местности, при наличии большого количества источников загрязнения, а также при наличии на данной территории объектов, для которых чистота воздуха имеет первостепенное значение (например, уникальных парков, исторических сооружений и др.).

Обследование состояния загрязнения воздуха населенных пунктов проводится по специальной расширенной программе. В этом случае допускается увеличить число стационарных постов.

При подфакельных наблюдениях место отбора проб выбирают с учетом ожидаемых наибольших концентраций примесей на расстояниях 0,5; 1; 2; 3, ..., 10 км от границы санитарно-защитной зоны и конкретного источника загрязнения с подветренной стороны от него. За пределами санитарно-защитной зоны общее количество мест наблюдений устанавливается с учетом мощности источника и технической возможности проведения измерений.

Сведения о максимальных концентрациях примесей на заданных расстояниях от источника могут быть получены и на стационарных постах при направлениях ветра со стороны источника.

Регулярные наблюдения на стационарных постах проводятся по одной из четырех программ наблюдений: полной (П), неполной (НП), сокращенной (СС), суточной (С).

Полная программа наблюдений предназначена для получения информации о разовых и среднесуточных концентрациях. Наблюдения по полной программе выполняются ежедневно путем непрерывной регистрации с помощью автоматических устройств или дискретно через равные промежутки времени не менее четырех раз при обязательном отборе в 1, 7, 13, 19 ч по местному декретному времени.

По неполной программе наблюдения проводятся с целью получения информации о разовых концентрациях ежедневно в 7, 13, 19 ч местного декретного времени.

По сокращенной программе наблюдения проводятся с целью получения информации только о разовых концентрациях ежедневно в 7 и 13 ч местного декретного времени. Наблюдения по сокращенной программе допускается проводить при температуре воздуха ниже минус 45 °С и в местах, где среднемесячные концентрации ниже 1/20 максимальной разовой ПДК или меньше нижнего предела диапазона измерений концентрации примеси используемым методом.

Допускается проводить наблюдения по скользящему графику в 7, 10, 13 ч во вторник, четверг, субботу и в 16, 19, 22 ч в понедельник, среду, пятницу. Наблюдения по скользящему графику предназначены для получения разовых концентраций.

Программа суточного отбора проб предназначена для получения информации о среднесуточной концентрации. В отличие от наблюдений по полной программе, наблюдения по этой программе проводятся путем непрерывного суточного отбора проб и не позволяют получать разовых значений концентрации. Все программы наблюдений позволяют получать концентрации среднемесячные, среднегодовые и средние за более длительный период.

Одновременно с отбором проб воздуха определяют следующие метеорологические параметры: направление и скорость ветра, температуру воздуха, состояние погоды и подстилающей поверхности. Для стационарных постов допускается смещение всех сроков наблюдений на 1 ч в одну сторону. Допускается не проводить наблюдения в воскресные и праздничные дни.

Наблюдения на маршрутных постах, как и на стационарных, проводятся по полной, неполной или сокращенной программе. Для этого типа постов разрешается смещение сроков наблюдений на 1 ч в обе стороны от стандартных сроков. Сроки отбора проб воздуха при подфакельных наблюдениях должны обеспечить выявление наибольших концентраций примесей, связанных с особенностями режима выбросов и метеорологических условий рассеивания примесей, и они могут отличаться от сроков наблюдений на стационарных и маршрутных постах.

В период неблагоприятных метеорологических условий, сопровождающихся значительным возрастанием содержания примесей до высокого уровня загрязнения (ВЗ), проводят наблюдения через каждые 3 ч. При этом отбирают пробы на территории наибольшей плотности населения на стационарных или маршрутных постах или под факелом основных источников загрязнения по усмотрению управления по гидрометеорологии (УГМ).

При определении приземной концентрации примеси в атмосфере отбор проб и измерение концентрации примеси проводятся на высоте 1,5 - 3,5 м от поверхности земли.

Продолжительность отбора проб воздуха для определения разовых концентраций примесей составляет 20 - 30 мин.

Продолжительность отбора проб воздуха для определения среднесуточных концентраций загрязняющих веществ при дискретных наблюдениях по полной программе составляет 20 - 30 мин через равные промежутки времени в сроки 1, 7, 13 и 19 ч, при непрерывном отборе проб - 24 ч.

Одновременно с отбором проб воздуха или регистрацией концентраций примесей на стационарных и маршрутных постах проводятся метеорологические наблюдения за скоростью, направлением ветра, температурой воздуха, состоянием погоды, при подфакельных наблюдениях - за скоростью и направлением ветра. Метеорологические наблюдения на стационарных постах выполняются с помощью метеорологического оборудования, находящегося в лаборатории «Пост-1» и «Пост-2». Скорость и направление ветра при подфакельных наблюдениях определяются на высоте 2 м с помощью ручного анемометра и вымпела. Продолжительность метеорологических наблюдений составляет 10 мин.

2.2.2 Отбор проб атмосферного воздуха

Одним из основных элементов анализа качества атмосферного воздуха является отбор проб. Если отбор проб выполнен неправильно, то результаты самого тщательного анализа теряют всякий смысл. Отбор проб атмосферного воздуха осуществляется через поглотительный прибор аспирационным способом путем пропускания воздуха с определенной скоростью или заполнения сосудов ограниченной емкости. Для исследования газообразных примесей пригодны оба метода, а для исследования примесей в виде аэрозолей (пыли) - только первый.

Санитарные пробы воздуха для химического анализа и определения общей запыленности забирают в зоне дыхания человека на высоте 1,5 м от поверхности. При изучении загрязнения атмосферного воздуха выбросами промышленных предприятий необходимо определять среднесуточную и максимальную разовую концентрацию вредных веществ. Санитарные пробы воздуха отбирают в моменты наибольшего его загрязнения, с подветренной стороны от источника загрязнения (не менее 10 проб в каждой точке через равные промежутки времени). Продолжительность отбора пробы 15--20 мин. С увеличением расстояния от источника загрязнения (3-5 км) продолжительность отбора пробы увеличивается до 30-40 мин. Для определения радиоактивных и канцерогенных веществ, приходится просасывать через соответствующие фильтры большие объемы воздуха, так как эти вещества содержатся в атмосфере населенных мест в ничтожно малом количестве. При отборе проб воздуха на промышленных предприятиях для исследования содержания в них пыли и токсических веществ (газов, паров) большое значение имеют точки отбора проб. В производственных помещениях, учитывая большую подвижность воздушной среды и неравномерность распределения загрязняющих веществ, приборы для отбора проб воздуха следует располагать по возможности ближе к постоянному месту пребывания рабочего во время работы: на уровне 1,5 м от пола (уровень дыхания рабочего). В течение смены производят три пробы: в начале, в середине и конце смены. При отборе проб воздуха необходимо производить измерение его температуры и относительной влажности. Поглотительные приборы, применяемые для отбора проб, представляют собой стеклянные пробирки, запаянные сверху и спаянные с двумя стеклянными трубочками: длинной, через которую поступает из помещения исследуемый воздух, и короткой, присоединяемой через реометр к воздуходувке. В нижнюю часть поглотителя наливается поглощающая жидкость, через которую просасывается исследуемый воздух (поглотители Полежаева, рис.2.5).

Рис.2.5 Поглотитель Полежаева

При отборе проб воздуха аспирационным методом нужно следить за скоростью просасывания исследуемого воздуха через поглотитель. Для большинства газов и паров эта скорость составляет 15--30 л/час. На рис.2.6 показана схема соединения приборов при отборе проб электроаспиратором.

Рис.2.6 Схема соединения приборов при отборе проб пылесосом: 1 - патроны с фильтром, 2- реометр, 3 - разветвленный переход, 4 - пылесос.

В бутыли и газовые пипетки исследуемый воздух отбирают вакуумным способом. Предварительно из них вакуум-насосом откачивают воздух до остаточного давления 20--50 мм рт. ст. На месте отбора пробы открывают стеклянный кран, и исследуемый воздух заполняет пустой сосуд.

Отбор санитарных проб воздуха для бактериологического исследования производится при помощи прибора Кротова и др.

В результате пропускания воздуха через поглотительный прибор осуществляется концентрирование анализируемого вещества в поглотительной среде. Для достоверного определения концентрации вещества расход воздуха должен составлять десятки и сотни литров в минуту. Пробы подразделяются на разовые (период отбора 20 - 30 мин) и средние суточные (определяются путем осреднения не менее четырех разовых проб атмосферного воздуха, отобранных через равные промежутки времени в течение суток). Обычно для получения средних суточных значений концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе пробы воздуха отбирают в 7, 13, 19 и 01 ч по местному декретному времени. Средняя суточная концентрация может быть получена и при более частых отборах проб воздуха в течение суток, но обязательно через равные промежутки времени. Наилучшим способом получения средних суточных значений является непрерывный отбор проб воздуха в течение 24 ч.

Для отбора проб воздуха используются электроаспираторы, пылесосы и другие приборы и устройства, пропускающие воздух, а также устройства, регистрирующие объем пропускаемого воздуха (реометры, ротаметры и другие расходомеры).

Учитывая, что метеорологические факторы определяют перенос и рассеяние вредных веществ в атмосферном воздухе, отбор проб воздуха должен сопровождаться наблюдениями за дымовыми факелами источников выбросов и основными метеорологическими параметрами, к числу которых относятся: скорость и направление ветра, температура и влажность воздуха, атмосферные явления, состояние погоды и подстилающей поверхности. Результаты наблюдений записываются в рабочий журнал гидромет наблюдателя, а обработанные результаты - в книгу записи наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха и метеорологическими элементами (КЗА-1).

Методы дискретного отбора проб воздуха для последующего анализа в химической лаборатории несомненно важны и необходимы в общей системе наблюдений загрязнения атмосферного воздуха. Однако при получении информации о загрязнении атмосферного воздуха только в сроки 7, 13 и 19 ч нельзя быть уверенным в объективности информации о средней суточной концентрации. Не исключено, что в промежуточные сроки наблюдались значительно более высокие или более низкие концентрации. По данным таких дискретных наблюдений нельзя установить суточный ход концентрации примеси и его зависимость от метеорологических условий. Поэтому на пунктах наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха (ПНЗ) используются газоанализаторы позволяющие восполнить пробел в ручных методах дискретного отбора проб и представляющие информацию о суточном ходе концентрации по записи на диаграммной ленте. Наиболее широко используются на ПНЗ следующие газоанализаторы: для диоксида серы - кулонометрический газоанализатор (ГПК-1) и флюоресцентный газоанализатор (667ФФ), оксида углерода - оптико-акустический (ГМК-З), оксида, диоксида и суммы оксидов азота - хемилюминесцентный (645ХЛ), углеводородо-ионизационный (623ИН), озона - хемилюминесцентный (652ХЛ).