И.А. Серебрицкий, Д.Т. Азёмов, Н.А. Жигунова, Е.С. Бородин
Комитет по природопользованию, охране окружающей среды и обеспечению экологической безопасности участвует в порядке, установленном нормативными правовыми актами Российской Федерации, в осуществлении государственного экологического мониторинга (государственного мониторинга окружающей среды) с правом формирования и обеспечения функционирования территориальных систем наблюдения за состоянием окружающей среды, являющихся частью единой системы государственного экологического мониторинга (государственного мониторинга окружающей среды).
Комитетом осуществляется мониторинг атмосферного воздуха с использованием автоматизированной системы мониторинга атмосферного воздуха Санкт-Петербурга (АСМАВ). Система представляет собой комплекс взаимодействующих технических и программных средств, организационных процедур и услуг по обеспечению функционирования технических и программных средств, необходимых для осуществления государственного экологического мониторинга атмосферного воздуха в Санкт-Петербурге.
Автоматизированная система мониторинга была создана Администрацией Санкт-Петербурга на основании технического задания «Автоматизированная система контроля и управления качеством атмосферного воздуха Санкт-Петербурга» 1996 года с первоначально присвоенным наименованием, которое действовало до 2006 года, – Автоматизированная система контроля и управления качеством атмосферного воздуха Санкт-Петербурга (система УКВ).
После 1996 года система мониторинга атмосферного воздуха активно развивалась, росло число установленных станций. Так, если в 1999 году в системе функционировало только 4 станции в режиме опытной эксплуатации, 8 станций – в 2021 году, когда система перешла в постоянную эксплуатацию, то в настоящее время в состав ACM-АВ входит 25 автоматических станций, расположенных во всех районах города. Охват территории Санкт-Петербурга АСМ-АВ составляет 100%.
В настоящее время в соответствии с решениями Экологического совета при Губернаторе Санкт-Петербурга о развитии территориальной системы наблюдений до 2030 года – в плановом режиме к 2026 году производится полная модернизация системы с заменой всех станций мониторинга, а их количество увеличится до 30.
АСМ-АВ предназначена для обеспечения потребностей государства, юридических и физических лиц в оперативной и достоверной информации о качестве атмосферного воздуха в Санкт-Петербурге и его изменениях, необходимой для предотвращения и (или) уменьшения неблагоприятных последствий таких изменений.
Данные АСМ-АВ используются для:
• формирования баз данных мониторинга состояния атмосферного воздуха в Едином государственном фонде данных о состоянии окружающей природной среды и в государственной информационной системе в сфере охраны окружающей среды и природопользования «Экологический паспорт территории Санкт-Петербурга»;
• информационного обеспечения органов государственной власти, органов местного самоуправления, юридических и физических лиц по вопросам состояния атмосферного воздуха Санкт-Петербурга;
• оценки состояния (загрязнения) атмосферного воздуха в случае чрезвычайной ситуации;
• информирования населения о состоянии окружающей среды на территории Санкт-Петербурга;
• верификации результатов расчетных методов оценки и прогноза влияния источников выбросов на загрязнение атмосферного воздуха (методов расчетного мониторинга) при выработке рекомендаций и решений, направленных на снижение и предотвращение вредных воздействий на окружающую среду.
Автоматические станции мониторинга загрязнения атмосферного воздуха АСМ-АВ (далее – станции) функционируют непрерывно и обеспечивают регулярное получение оперативной информации об уровне загрязнения атмосферного воздуха на территории Санкт-Петербурга приоритетными загрязняющими веществами.
В Санкт-Петербурге при построении системы мониторинга атмосферного воздуха была решена основная задача – для приоритетных загрязняющих веществ выбраны технологии измерений, имеющие такое разрешение по времени, которое соответствует времени негативного воздействия на здоровье с целью учета как возможных краткосрочных острых воздействий, так и долгосрочных хронических воздействий. Измерения на станциях для приоритетных загрязняющих веществ осуществляются в автоматическом режиме ежедневно, круглосуточно и непрерывно в 20-минутном осреднении (72 измерения в сутки для каждого загрязняющего вещества, 26280 измерений в год) и обеспечивают регулярное получение оперативной информации об уровне загрязнения атмосферного воздуха СанктПетербурга основными примесями, а также накопление и анализ полученных данных.
Структура АСМ-АВ включает два уровня: измерительную часть и информационно-технический сервис.
Измерительная часть АСМ-АВ включает испытательную лабораторию, совмещенную с центром сбора, хранения и обработки данных мониторинга и управлением работой станций, измерительную сеть: автоматические станции мониторинга загрязнения атмосферного воздуха и интегрированные в составе станций автоматические посты контроля за радиационной обстановкой (АСКРО), передвижные лаборатории мониторинга загрязнения атмосферного воздуха.
В настоящее время в состав АСМ-АВ входят лаборатория экологического мониторинга, дежурная служба, 25 автоматических станций мониторинга загрязнения атмосферного воздуха, три передвижные лаборатории мониторинга атмосферного воздуха. На автоматических станциях мониторинга атмосферного воздуха осуществляются автоматические измерения концентраций загрязняющих веществ по основным и приоритетным загрязняющим веществам в соответствии с Программой мониторинга, ежегодно утверждаемой комитетом.
В программу мониторинга включены загрязняющие вещества, характерные для крупных городов с развитой промышленностью и автотранспортом (NO – оксид азота, NO2 – диоксид азота, CO – оксид углерода, SO2 – диоксид серы, PM10 – частицы взвешенных веществ размером 10 мкм и менее, РМ2,5 – частицы взвешенных веществ размером 2,5 мкм и менее, O3 – озон, взвешенные вещества (пыль общая).
В соответствии с п. 110 табл. 1.1 СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания» к взвешенным веществам относится недифференцированная по составу пыль (аэрозоль), содержащаяся в воздухе населенных пунктов. ПДК взвешенных веществ не распространяются на аэрозоли органических и неорганических соединений (металлов, их солей, пластмасс, биологических, лекарственных препаратов и др.), для которых устанавливаются соответствующие ПДК.
На станциях, оборудованных хроматографами, осуществляются измерения концентраций бензола, толуола, этилбензола, изомеров ксилола (орто, мета-, пара-), фенола. Одновременно с этим осуществляется отбор проб на бенз(а)пирен с последующим анализом в аккредитованной лаборатории.
Перечень автоматических станций АСМ-АВ территориальной системы мониторинга в Санкт-Петербурге приведен в табл. 1, а их расположение на карте города (по состоянию на декабрь 2023 года) приведено на рис. 3.
В 2023 году в Санкт-Петербурге приобретено девять новых станций мониторинга, спроектированных и изготовленных по результатам предварительно проведенного детального исследования атмосферного воздуха во всех районах города с целью установления перечня загрязняющих веществ, которые нужно контролировать в нашем городе.
Среди новых станций в т. ч. и уникальная автоматическая демонстрационная станция мониторинга атмосферного воздуха, стены которой выполнены из стекла, и жители Санкт-Петербурга могут наблюдать за работой станции и в реальном времени видеть показатели качества атмосферного воздуха, что будет способствовать экологическому просвещению, формированию экологической культуры подрастающего поколения, бережному отношению к природе.
Особенностью демонстрационной станции является подсветка стеклянных элементов, выполненная в режиме светофора (зеленый – желтый – красный). Если анализируемый воздух соответствует гигиеническим нормативам, установленным в Российской Федерации (главным государственным санитарным врачом), подсветка горит зеленым светом. Если концентрация хоть одного измеряемого вещества превысила установленные ПДК (предельно допустимые концентрации), но составляет менее 2 ПДК – желтым светом. Если будет зафиксировано сильное загрязнение атмосферного воздуха (более 2 ПДК) – подсветка будет светиться красным светом.
Новые станции мониторинга являются средством измерений и соответствуют требованиям Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт), имеют свидетельство об утверждении типа средств измерений как на всю станцию, так и на все измерительные каналы и действующие свидетельства о поверке. Перечень измеряемых загрязняющих веществ на новых (модернизированных) автоматических станциях мониторинга атмосферного воздуха приведен в табл. 2.
Также на станции предусмотрены отбор проб для последующего анализа на бенз(а)пирен, тяжелые металлы, иные вещества, находящихся в атмосферном воздухе, определение метеопараметров (температура воздуха, скорость и направление ветра, влажность, атмосферное давление) и осуществляется контроль радиационной обстановки.
Вид модернизированной станции снаружи и внутри приведен на рис. 4 и 5.
Среднегодовые значения концентраций загрязняющих веществ «по городу в целом» за период наблюдений с 2001-го по 2023 год рассчитывались по данным станций, расположенных на территории Санкт-Петербурга, ограниченной линиями Кольцевой автомобильной дороги и Западного скоростного диаметра. Это территория, характеризуемая относительно плотной застройкой и развитой сетью автомагистралей, в отличие от станций, расположенных в периферийных районах города.
Мероприятия по обеспечению и контролю качества полученных первичных данных, а также расчеты средних (среднемесячных, среднегодовых, средних «по городу в целом») концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе выполнялись согласно требованиям руководящих документов Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет).
Математическая обработка рядов первичных данных осуществлялась с использованием программного обеспечения системы ведения базы данных и специализированного программного комплекса Ecological Software System «Система сбора и публикации экологических данных».
Для оценки качества атмосферного воздуха концентрации загрязняющих веществ данные, полученные на автоматических станциях мониторинга атмосферного воздуха, сравнивались с действующими на момент измерений соответствующими гигиеническими нормативами: предельно-допустимой максимальной разовой концентрацией (ПДКм.р.), т. е. концентрацией, предотвращающей раздражающее действие, рефлекторные реакции, запахи при воздействии до 20–30 минут; предельно-допустимой среднесуточной концентрацией (ПДКс.с.), т. е. концентрацией, обеспечивающей допустимые (приемлемые) уровни риска при воздействии не менее 24 часов, и предельно-допустимой среднегодовой концентрацией (ПДКс.г.), т. е. концентрацией, обеспечивающей допустимые (приемлемые) уровни риска при хроническом воздействии.
В настоящее время в Российской Федерации действуют санитарные правила и нормы – СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания», которые введены в действие с 01.03.2021 постановлением главного государственного санитарного врача Российской Федерации от 28.01.2021 №2.
Динамика изменения загрязнения атмосферного воздуха по результатам эксплуатации автоматизированной системы мониторинга атмосферного воздуха Санкт-Петербурга с 2001-го по 2023 год представлена в табл. 3 и на рис. 6–10.
Как видно из данных, изменение среднегодовых концентраций по диоксиду серы, взвешенным частицам и оксиду углерода имело тенденцию слабого спада или сохранения на уровне прошлых лет, а по озону, окислам азота и взвешенным веществам наблюдалось как возрастание концентраций, так и периоды их спада.
Озон (О3 ) – одна из наиболее важных составляющих земной атмосферы. Наиболее ценное его свойство – способность поглощать опасное для живых организмов ультрафиолетовое излучение Солнца в диапазоне длин волн 230– 290 нм. Главная полоса поглощения озона – полоса Хартли. Максимальное поглощение у нее достигается на длине волны в 255 нм. Именно на эту длину волны приходится максимум поражения генетического аппарата у живых организмов.
Поглощение в полосах Хартли приводит к обрыву солнечного спектра на поверхности Земли при длинах волн меньше 290 нм, что очень важно для защиты жизни на нашей планете от коротковолновых излучений. Около 90% озона находится в стратосфере. Сильное поглощение в полосе Хартли вызывает в стратосфере инверсионный ход температуры с высотой, что блокирует вертикальные перемещения воздушных масс и определяет вертикальную температурную стратификацию атмосферы.
Колебание среднегодовых концентраций по озону могут быть вызваны разными причинами. Например, изменения в циркуляции атмосферы по-разному проявляются в разных частях Санкт-Петербурга. Механизмы накопления, переноса и разрушения озона в атмосфере, которые до сих пор не очень хорошо изучены, в разные периоды года действуют с разной интенсивностью.
Общее содержание озона (ОСО), по данным многолетних наблюдений за содержанием ОСО, отчетливо проявляется чередованием максимумов и минимумов среднегодовых значений ОСО с периодом 2,4 года с «квазидвухлетней» цикличностью, что коррелируется с данными измерений озона в Санкт-Петербурге.
В связи с установленными СанПиН 1.2.3685- 21 более низкими величинами ПДКс.г. по сравнению с использовавшимися ранее ПДКс.с. произошло изменение оценок степени загрязнения атмосферного воздуха в городах, а также перечней и приоритета веществ, определяющих ИЗА. С 2021 года перечни приоритетных веществ с наибольшим вкладом в величину ИЗА5 изменились за счет ужесточения нормативов, в основном для взвешенных веществ, формальдегида, фенола, хлорида водорода, углерода (сажи), марганца и никеля.
Как видно из представленных данных по концентрациям диоксида азота в рассматриваемом периоде, увеличение концентраций диоксида азота может быть обусловлено влиянием выбросов теплоэнергетики (в годы, когда были отмечены более холодные зимы) и выбросами автотранспорта, количество которого увеличивается и который вносит основной вклад в загрязнение атмосферного воздуха.
Относительно среднегодовых концентраций по взвешенным частицам можно отметить, что по имеющимся в открытом доступе данным исследований до 20% взвешенных частиц в атмосферный воздух поступает c выбросами энергетических установок, но и переход на новые виды топлива, которые в настоящее время реализованы в Санкт-Петербурге, не дает возможность резко уменьшить выбросы от этого источника.
Кроме того, из-за роста автомобильного парка, характерного для Санкт-Петербурга, можно определить в качестве одной из причин увеличения взвешенных частиц в городе рост образования взвешенных частиц за счет износа дорожного покрытия и шин. Вместе с тем, можно отметить, что в результате обновления автопарка жителей города и транспортных компаний происходит снижение поступления взвешенных частиц от дизельных автомобилей.
Одновременно с этим можно отметить, что с ростом температуры воздуха наблюдается повышение поступления взвешенных частиц в атмосферный воздух. Содержание взвешенных частиц в атмосферном воздухе мегаполисов, к которым относится и Санкт-Петербург, возрастает во время пожаров, и это приводило к повышению концентрации взвешенных частиц, что коррелируется с полученными данными мониторинга.
