Варакина Н.С.   Баженов В.В.  

Прогнозирование высоких концентраций формальдегида в атмосферном воздухе на территории города Омска

Докладчик: Варакина Н.С.

УДК 502.3:004
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ВЫСОКИХ КОНЦЕНТРАЦИЙ ФОРМАЛЬДЕГИДА В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ НА ТЕРРИТОРИИ ГОРОДА ОМСКА
В. В. Баженовв1, Н. С. Варакина1
1ФГБОУ ВО «Омский государственный технический университет», Омск, Россия

Аннотация – изучено влияние температуры воздуха на формирование уровня концентрации формальдегида в атмосфере г. Омска. Показано, что наибольшие концентрации чаще всего устанавливаются в теплый период года (июнь-август). Выявлены особенности годового хода концентрации формальдегида в весенний период, характерные для Омска. Получена аналитическая зависимость концентрации формальдегида от температуры воздуха, позволяющая спрогнозировать рост концентрации формальдегида в теплый период года.  Показано, что рост температуры воздуха от 15°C до 25°C в г. Омске приводит к росту концентрации формальдегида на 8 мкг/м3.

Ключевые слова – атмосфера, загрязнение, формальдегид, прогноз.

I. ВВЕДЕНИЕ
Основными антропогенными источниками загрязнения атмосферы формальдегидом являются промышленность и автотранспорт. Вместе с этим, формальдегид относится к классу фотооксидантов, которые образуются в воздухе под влиянием солнечной радиации при фотоокислении разнообразных органических соединений, таких как метан, пропилен и других углеводородов [1].
Многолетние наблюдения за состоянием атмосферного воздуха показывают, что концентрации формальдегида, создаваемые антропогенными источиками невелики и не могут объяснить рост средней концентрации этой примеси летом в условиях влияния солнечной радиации. Так, в [2] обнаружена достаточно чёткая связь между повышением температуры воздуха и ростом концентрации формальдегида в летнее время в ряде городов Российской Федерации. Аналогичные исследования проводились также в работах [3]. Вместе с этим, как указано в [1], непосредственная связь между концентрацией формальдегида и метеорологическими факторами, как правило, завуалирована сочетанием различных природных и техногенных факторов. В связи с этим, для возможности прогноза высоких концентраций формальдегида в конкретном населенном пункте необходимо проведение исследований, основанных на данных многолетних наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха, которые позволят выявить закономерности изменения концентрации формаьдегида в зависимости от особенностей климатических условий, расположения промышленных предприятий и т.д.
В городе Омске формальдегид входит в перечень веществ, определяющих индекс загрязнения атмосферы во всех пяти округах, а также по городу в целом. По данным [4] вклад формальдегида в уровень загрязнения атмосферы г. Омска в 2015 году составил 28%. Кроме этого, несмотря на то, что по официальным данным общий выброс загрязняющих веществ в Омске снизился, по данным [5] концентрация формальдегида не только не снизилась, но и продолжила повышаться. В связи с этим, актуальной является задача прогнозирования высоких концентраций формальдегида в атмосфере города Омска и разработка предложений по снижению уровня загрязнения атмосферы этой примесью в городе.     

II. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Цель нашей работы - выявить закономерности изменения концентрации формальдегида в атмосферном воздухе города Омска в зависимости от метеорологических условий.
Для достижения поставленной цели нами проанализированны данные о среднемесячных и максимальных концентрациях формальдегида на восьми стационарных постах наблюдения за загрязнением атмосферы (ПНЗ) за 2011-2015 гг.

III. ТЕОРИЯ
Формальдегид – это газообразное, бесцветное вещество с неприятным резким запахом. При вдыхании проникает практически во все органы и ткани человека, действуя губительно на центральную нервную систему и поражая слизистую оболочку глаз и дыхательные пути [6].
По данным [7] формальдегид относится к веществам II класса опасности и имеет следующие предельно допустимые концентрации (ПДК):
• среднесуточная - 0,05 мг/м3;
• максимально разовая - 0,01 мг/м3.
Стоит отметить, что ПДК, указанные в [7] были установлены в 2014 году. Ранее действовали более жесткие нормы (среднесуточная ПДК составляла 0,003 мг/м3, а максимально разовая - 0,035 мг/м3). И уже в конце 2014 года произошло резкое снижение показателей загрязнения по формальдегиду. Однако, как отмечается в [8], такое изменение никак не связано с улучшением качества воздуха. Более того, концентрации формальдегида в атмосфере не только не снизились, но и выросли, т.к. промышленные предприятия получили возможность увеличить выброс этой примеси в атмосферу практически в три раза без каких-либо последствий. Данные о среднегодовых концентрациях формальдегида в г.Омске представлены на рис. 1.

Рис. 1. Среднегодовые концентрации формальдегида в г. Омске

Данные о состоянии атмосферного воздуха в городе регулярно публикуются на сайте Обь-Иртышского УГМС, а также с 2015 года еженедельно дублируются на сайте Минприроды Омской области. Анализ информационных сообщений о состоянии атмосферного воздуха, публикуемых на сайте Минприроды Омской области за 2015-2016 гг., представлен в Табл. 1.

ТАБЛИЦА 1
ФАКТЫ ПРЕВЫШЕНИЯ ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ (ПДК) ФОРМАЛЬДЕГИДА

Год Количество фактов превышения ПДК
Месяц Всего
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
2015 0 0 0 0 0 2 9 10 0 1 0 0 22
2016 0 0 0 0 1 22 отс. 16 1 0 0 1 41
В июле 2016 года информация о загрязнении атмосферного воздуха на сайте Минприроды Омской области не публиковалась, поэтому в таблице указано «отсутствие данных».
Как можно видеть по данным табл. 1 основное количество превышений ПДК приходится на летние месяцы (июнь - август), когда воздух прогревается до температур выше 10°С. В холодное время года превышения ПДК практически не фиксируются.
Для дальнейшего исследования причин роста концентраций формальдегида в теплый период нами были использованы данные о среднемесячных и максимальных концентрациях формальдегида на восьми стационарных постах наблюдения за загрязнением атмосферы (ПНЗ) за 2011-2015 гг.
IV. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
Годовой ход концентрации формальдегида имеет достаточно ярко выраженную закономерность - зимой и ранней весной среднемесячная концентрация примеси в атмосфере остается практически всегда ниже ПДК, начиная с мая концентрация резко повышается и, затем, снижается осенью до значений, близких к зимним (см. рис. 2). 

Рис. 2. Годовой ход концентрации формальдегида в 2011-2015 гг.

Далее, нами были проанализированы концентрации формальдегида в теплый период года (июнь-август). Результаты анализа представлены на рис. 3.

Рис. 3. Зависимость концентрации формальдегида от температуры воздуха

Коэффициент корреляции между концентрацией формальдегида и температурой окружающей среды составил 0,71. Уравнение связи между концентрацией примеси и температурой воздухо имеет вид:

Установлено, что повышение температуры от 10°C до 15°C приводит к увеличению концентрации формальдегида в атмосферном воздухе на 2,1 мкг/м3, от 15°C до 20°C - на 3,6 мкг/м3, от 20°C до 25°C - на 5,1 мкг/м3 и т.д. Полученные зависимости концентрации формальдегида в атмосфере города Омска от температуры согласуются с выводами, полученными в ходе исследований в [2].
Таким образом, можно сделать вывод о том, что проблема высоких концентраций формальдегида в атмосфере (превышающих ПДК) может быть не всегда связана именно с нарушением предприятиями законодательства в области охраны окружающей среды. Следовательно, для снижения показателей загрязнения атмосферного воздуха формальдегидом необходимо общее снижение промышленных выбросов [2].
V. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
В процессе выполнения исследования нами была выявлена также следующая особенность изменения концентрации формальдегида в атмосфере г. Омска: в мае концентрация примеси резко снижается достигая практически нулевого значения, а затем резко возрастает, достигая своих максимальных значений. Такая тенденция прослеживается в г.Омске из года в год. Исключение составил 2014 год - в этот период концентрация, как и предполагалось, выросла по отношению к её значению в апреле. Объяснить подобный факт изменением в режиме работы предприятий или же снижением интенсивности движения автотранспорта в этот период не представляется возможным, т.к. до мая концентрация формальдегида имеет чётко выраженную тенденцию к росту. Вполне возможно, что такое поведение примеси в атмосфере связано с изменением в этот период химической активности атмосферы [9, 10], однако, для более точных выводов по этому вопросу требуется дальнейшее изучение фактического материала за более длительный период времени.    
VI. ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На основании полученных в ходе исследования данных можно сделать следующие выводы:
1. Установлена чётка связь между концентрацией формальдегида в атмосферном воздухе г.Омска и температурой воздуха. Коэффициент корреляции составил 0,71.
2. Полученные в ходе исследования данные согласуются с аналогичными исследованиями в других городах России, однако, в г.Омске наблюдается снижение концентрации формальдегида в мае, что не может быть связано исключительно с техническими особенностями, расположением предприятий на территории города и т.д.
3. Полученная зависимость концентрации формальдегида от температуры воздуха позволяет прогнозировать высокие концентрации примеси в атмосфере г. Омска.
Для разработки предложений по общему снижению выбросов формальдегида промышленными предприятиями требуются дальнейшие исследования фактического материала, а также выявление особенностей изменения концентраций формальдегида в отдельных округах города.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Т. С. Селегей, Н. Н. Филоненко, В. А. Шлычков, А. А. Леженин, Т. Н. Ленковская. Формальдегидное загрязнение городской атмосферы и его зависимость от метеорологических факторов // Оптика атмосферы и океана. 2013. Т.26, №5. С. 422-426.
2. Э. Ю. Безуглая, М. С. Загайнова, Т. П.  Ивлева. Возможность оценки высоких концентраций формальдегида при изменении температуры воздуха // Тр. ГГО. 2012. Вып. 565. С. 89–103.
3. И. А. Воробьева. Исследование причин формирования повышенных концентраций формальдегида в атмосфере города // Тр. ГГО. 2008. Вып. 557. С. 206–2016.
4. Доклад об экологической ситуации в Омской области за 2015 год. / Министерство природных ресурсов и экологии Омской области. – Ижевск: ООО «Принт-2», 2016. – 312 с.
5. Ежегодник «Состояние загрязнения атмосферы в городах на территории России за 2015 год» / Под ред. д-ра геогр. наук Безуглой Э.Ю. СПб.: Изд-во Политехнического университета, 2016. 255 с.
6. Вредные вещества в промышленности. Органические вещества: Справочник / Под ред. Н.А. Лазарева и Э.Н. Левиной. Л.: Химия, 1976. 623 с.
7. ГН 2.1.6.1338-03 "Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест". М., Минздрав России, 2003.
8. Государственный доклад "О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2014 году" [Доклад] / Министерство природных ресурсов и экологии Российской Федерации. – Москва: Министерство природных ресурсов и экологии Российской Федерации, 2015;
9. Э. Ю. Безуглая, И. А.Воробьева, Т. П. Ивлева, Е. Л. Махоткина, Потепление как возможная причина повышения активности атмосферного воздуха городов // Тр. ГГО. 2008. Вып. 557. С. 159–183.
10. Э. Ю. Безуглая, И. А. Воробьева, Т. П. Ивлева Химическая активность атмосферы на территории России // Тр. ГГО. 2009. Вып. 559. С. 121–133.


К списку докладов