Оценка и прогноз экологической ситуации в Санкт-Петербурге по показателям загрязнения атмосферного воздуха и изменения здоровья населения

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Оценка и прогноз экологической ситуации в Санкт-Петербурге по показателям загрязнения атмосферного воздуха и изменения здоровья населения

В.Н.Мовчан

На основе данных государственной статистики по загрязнению атмосферного воздуха и заболеваемости населения Санкт-Петербурга оценено изменение экологической ситуации в течение последних 35 лет периода экономических преобразований в России. Выделены два этапа изменений техногенной нагрузки на окружающую среду. На первом (1993-2008 гг.) в 3 раза снизился общий объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух в связи со спадом промышленного производства в городе. Второй (с начала 2009 г.) характеризуется ростом общего объема выбросов более чем в 2 раза, вызванного значительным увеличением роли автотранспорта как загрязнителя атмосферного воздуха. За исследуемый период заметно возросла и заболеваемость населения.

Особенно отчетливо это проявилось в 2005-2009 гг., когда первичная заболеваемость населения в Санкт-Петербурге увеличилась в 1,4 раза. За рассматриваемый период существенно изменились показатели заболеваемости населения в административных районах Санкт-Петербурга. В индустриальном Колпинском и в Центральном районах в конце 1990-х гг. резко выросла первичная заболеваемость детей, и по этому показателю указанные районы переместились с 10-го и 11-го мест на первые места в городе. На основе результатов проведенной оценки неканцерогенного риска для здоровья, возникающего при ингаляционном поступлении в организм приоритетных загрязняющих веществ, сделан вывод, что в Центральном районе можно ожидать наибольшую среди всех административных районов города заболеваемость населения, а Колпинский район по этому показателю переместится со 2-го места на 6-е.

Наименьший риск развития неканцерогенных эффектов при комплексном воздействии загрязняющих атмосферный воздух веществ -- в Петродворцовом районе. Указывается на необходимость принятия мер по снижению техногенной (транспортной) нагрузки на городскую среду в административных районах с высокими показателями неканцерогенного риска для здоровья. Обосновывается принятие первоочередных мер в Центральном районе Санкт-Петербурга. Ключевые слова: загрязнение атмосферного воздуха, заболеваемость населения, оценка риска для здоровья.

воздух неканцерогенный техногенный здоровье

Введение

За последние 30 лет в экономике России произошли существенные изменения, которые не могли не повлиять на экологическую ситуацию и в стране в целом, и в отдельных ее регионах. Эти изменения в первую очередь коснулись крупных городов, для которых характерна высокая насыщенность промышленными предприятиями, транспортом и объектами коммунального обслуживания. В таких городах после так называемого переходного периода, связанного с упадком экономики страны, стали увеличиваться объемы строительства, многие предприятия сменили производственный профиль, на некоторых было модернизировано производство, резко увеличился парк автомобилей. Все это должно было привести к изменению экологической ситуации в городах, а следовательно, и к изменению состояния здоровья городского населения. Рассмотренные процессы коснулись и Санкт-Петербурга -- одного из крупнейших промышленных, культурных и научных центров России. Некоторые произошедшие изменения в этом городе отрицательно повлияли на условия проживания горожан. Например, при строительстве новых жилых районов значительная часть возведенных ранее в Санкт-Петербурге промышленных предприятий оказалась в непосредственной близости от жилья горожан.

В середине 1990-х гг. в крайне неблагоприятных условиях проживали около 250 тыс. человек, в том числе 68 тыс. человек -- на территории санитарно-защитных зон (СЗЗ) предприятий. В 2013 г. число лиц, проживающих в пределах СЗЗ, увеличилось до 153 тыс. человек, а в 2015 г. таковых было 138 тыс. человек, что составляло около 3% всего населения города (Худолей, 1998; О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия…, 2016). Серьезную экологическую проблему в Санкт-Петербурге создает и стремительно увеличивающийся автомобильный транспорт. Анализу экологической ситуации в Санкт-Петербурге посвящены ежегодные аналитические обзоры Комитета по природопользованию, охране окружающей среды и обеспечению экологической безопасности Санкт-Петербурга, а также ряд научных публикаций. Среди последних -- работы, направленные на экологическую оценку состояния окружающей среды, главным образом Центрального и Василеостровского районов Санкт-Петербурга (Алимов и др., 1999; Слепян и др., 1997), а также работы, посвященные сравнительному анализу экологической ситуации 1990-х гг. в Санкт-Петербурге и в прибалтийских странах (Чистобаев и Семенова, 2012). Вопросам оценки влияния техногенных изменений городской среды на здоровье населения Санкт-Петербурга в многолетний период экономических изменений в научной литературе не уделялось должного внимания. Цель данного исследования -- анализ произошедших за последние 35 лет изменений качества атмосферного воздуха и оценка влияния этого процесса на актуальные и прогнозные показатели здоровья населения Санкт-Петербурга.

Материал и методы исследования

При оценке качества атмосферного воздуха использованы данные, представленные в государственных докладах «Охрана окружающей среды, природопользование и обеспечение экологической безопасности в Санкт-Петербурге» (Баев и Сорокин, 1997, 1999, 2000; Голубев и Сорокин, 2003, 2004, 2008-2012; Серебрицкий, 2016) и ста- 180 Вып. 2 тистическом сборнике (Состояние окружающей среды…, 2010).

В качестве актуальных показателей здоровья использованы данные государственной медицинской статистики по общей и первичной заболеваемости населения, приведенные в работе (О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия…, 2016) и в отчетах формы № 12 «Сведения о числе заболеваний, зарегистрированных у больных, проживающих в районе обслуживания лечебного учреждения». Чтобы получить прогнозные показатели здоровья горожан, оценен неканцерогенный риск для здоровья населения при ингаляционном поступлении в организм приоритетных загрязняющих веществ по методу, изложенному в нормативе (P 2.1.10.1920--04…, 2004). Данный метод позволяет оценить экологическое состояние окружающей человека среды, а также получить количественные характеристики потенциального и реального ущерба здоровью населения от техногенного загрязнения среды обитания. Одна из отличительных особенностей этого метода -- сравнение содержания загрязняющих веществ не с предельно допустимыми концентрациями (ПДК), а с их референтными (безопасными) концентрациями.

Для оценки риска воздействия отдельных загрязняющих веществ на здоровье человека коэффициент опасности наступления указанного эффекта вычисляли по формуле

AC RfC HQ = , (1)

где HQ -- коэффициент опасности для отдельного компонента (вещества) смеси воздействующих загрязняющих веществ; AC -- средняя концентрация загрязняющего вещества в атмосферном воздухе, мг/м3 ; RfC -- референтная концентрация в воздухе, мг/м3 .

При одновременном поступлении в организм человека нескольких веществ одним и тем же путем индекс опасности развития неканцерогенных рисков рассчитывали по формуле

HI = HQ1 + HQ2 + … + HQn, (2)

где HI -- индекс опасности, характеризующий риск развития неканцерогенных эффектов при условии одновременного поступления нескольких загрязняющих веществ одним и тем же путем, например ингаляционным; HQn -- индекс опасности для отдельного пути поступления или отдельного маршрута воздействия нескольких загрязняющих веществ. Угрозу здоровью оценивали по неравенству НQ (HI) > 1. При выполнении условий неравенства признают наличие угрозы для здоровья населения, которая увеличивается с ростом коэффициента. Индексы опасности возникновения тех или иных заболеваний рассчитываются одновременно с коэффициентами опасности для отдельных компонентов (HQ): каждое вещество вызывает риск возникновения определенных заболеваний. В том случае, когда орган или система организма поражаются несколькими веществами, то индексы опасности развития неканцерогенных рисков суммируются.

Результаты

На протяжении последних нескольких десятилетий объемы выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух год от года существенно менялись. Так, например, в 1982 г. их общий объем составлял 897,5 тыс. т. Далее, вплоть до 1994 г., он снижался, достигнув в конце спада значения 199 тыс. т. В 1996 г. отмечалось увеличение (до 306 тыс. т), а в 2001 г. -- снижение (до 231 тыс. т) объема выбросов загрязняющих веществ. В 2002-2008 гг. объемы выбросов колебались в пределах 235-284 тыс. т в год. В 2009 г. они резко увеличились до 625 тыс. т, а с 2010 по 2015 г. составляли 513-537 тыс. т в год

В целом по рассматриваемому показателю техногенной нагрузки на атмосферный воздух Санкт-Петербурга можно выделить период 1993-2008 гг., когда значительно (в среднем в 3 раза) снизился объем выбросов загрязняющих веществ, а также период с 2009 г., характеризующийся увеличением в среднем более чем в 2 раза общего объема выбросов. Значительное снижение выбросов в 1990-е и 2000-е гг. объясняется спадом промышленного производства. По данным Федеральной службы государственной статистики, в Санкт-Петербурге наблюдалось уменьшение числа объектов со стационарными источниками загрязнения атмосферного воздуха. В 2000-2008 гг. их число уменьшилось в 2 раза (от 333 до 171). Увеличение общего объема выбросов загрязняющих веществ после 2008 г. связано с автомобильным транспортом. Отметим, что в Санкт-Петербурге за последние 35 лет автомобильный транспорт чаще всего становился основным загрязнителем атмосферного воздуха. Так, например, в 1982 г. выбросы от стационарных 182 источников составляли около 296 тыс. т, а от автотранспорта -- 602 тыс. т (67% общего объема выбросов). В 1987 г. эти значения несколько изменились, и доля выбросов автотранспорта уменьшилась до 59%. В 1993 и 1994 гг. объем выбросов от автотранспорта еще больше снизился и составил соответственно 102 и 95 тыс. т в год (т. е. 44 и 48% общего объема выбросов).

Период 2009-2015 гг. характеризуется увеличением роли автомобильного транспорта как загрязнителя атмосферного воздуха в Санкт-Петербурге. В эти годы его доля в общем объеме выбросов достигала 91% Рассматривая химический состав загрязняющих веществ в атмосферном воздухе города, отметим, что до середины 1990-х гг. основную долю выбросов от стационарных источников составлял диоксид серы. В 1987 г. его доля составила 33%. На втором месте был оксид углерода (19%), на третьем -- диоксид азота (16%), а на четвертом -- углеводороды (8%). Спустя 10 лет лидером среди загрязняющих атмосферный воздух веществ стал диоксид азота (28%), а диоксид серы переместился на второе место (23%). Наибольшее загрязнение воздуха отмечалось по группе суммирования, включающей в себя диоксиды азота и серы, оксид углерода и фенол. По этой группе уровни концентрации в жилых районах иногда достигали 15 ПДК. При анализе содержания загрязняющих воздух веществ отметим, что в 2001- 2015 гг. среднегодовое содержание диоксида азота колебалось в диапазоне 0,7- 1,2 ПДК, а диоксида серы -- в диапазоне 0,1-0,3 ПДК.

По объемам выбросов оксидов азота в 2010 и 2015 гг. лидировал автомобильный транспорт (63 и 62% соответственно), а по объемам выбросов диоксида серы -- стационарные источники (75 и 51% соответственно). Отметим, что в 2009-2010 гг. началась газификация предприятий тепловой энергетики (ТЭЦ) в городе. Перевод на газ в качестве топлива для ТЭЦ не только привел к сокращению эмиссий загрязняющих веществ (в основном диоксида серы), но и к увеличению соединений азота в выбросах ТЭЦ.

В рассматриваемый 35-летний период значительно менялся и индекс загрязнения атмосферного воздуха (ИЗА): -- в 1982 и 1983 гг. он был равен 5,3; -- далее, вплоть до 1989 г., он колебался в пределах 2,7-4,2; -- в 1990, 1998 и 2002 гг. он повысился до 9,1, 9,7 и 9,2 соответственно. В остальные годы периода 1991-2015 гг. значения ИЗА оставались в диапазоне 5,7-8,4. Отметим, что существенное (не менее чем в 2 раза) увеличение объемов выбросов в 2009-2015 гг. не привело к заметным изменениям значений ИЗА

При оценке влияния загрязнения атмосферного воздуха на здоровье населения более показателен индекс опасности развития неканцерогенных рисков. Проведен сравнительный анализ данных по загрязнению атмосферного воздуха г. СанктПетербурга за 1994 и 2004 гг. Их выбор связан с тем, что после 1994 г. на протяжении 4 лет резко увеличились значения ИЗА при незначительных колебаниях показателя заболеваемости населения, а в течение 4 лет после 2004 г. не отмечено заметного повышения индекса ИЗА. Проведенный нами расчет неканцерогенного риска для здоровья горожан показал , что по сравнению с 1994 г. в 2004 г. существенно (в 1,6 раза) возросли общий индекс опасности и индексы опасности возникновения болезней органов дыхания (в 1,5 раза) и болезней крови (в 1,9 раза), а также индекс опасности смертельных случаев (в 2,0 раза). При этом по всем рассмотренным показателям отмечены высокие риски для здоровья, в несколько раз превышающие Рис. 3. Оценка неканцерогенного риска для жителей Санкт-Петербурга в 1994 и 2004 гг. по значениям индекса опасности HI Здесь и на рис. 4 и 5: ССС -- сердечно-сосудистая система, ЦНС -- центральная нервная система Вестник СПбГУ. Науки о Земле. 2018. Т. 63. Вып. 2 185 допустимое значение (1,0). Особенно они высоки для общей заболеваемости, а также для болезней органов дыхания. Полученные нами прогнозы риска для здоровья горожан подтверждаются реальными показателями заболеваемости населения. Например, с 2005 г. первичная заболеваемость населения Санкт-Петербурга действительно росла и к 2009 г. увеличилась в 1,4 раза. В этот период основной вклад в уровень общей заболеваемости населения вносили болезни органов дыхания (от 44 до 59%). Последние лидировали и при оценке первичной заболеваемости детей в возрасте до 14 лет (СанктПетербург в 2000 году…, 2001; Санкт-Петербург в 2009 году…, 2010). Чтобы оценить влияние техногенной нагрузки на показатели здоровья населения, рассмотрены два административных района Санкт-Петербурга: 1) Центральный, где основной источник загрязнения атмосферного воздуха -- автомобильный транспорт; 2) индустриальный Колпинский район.

На основе данных медицинской статистики установлено, что в 1994-1995 гг. указанные районы были близки по уровню заболеваний среди детей, однако в Центральном районе этот показатель был выше, чем в Колпинском (соответственно 1345 и 1309 обращений на 1000 детей). Среди других районов города по заболеваемости детского населения они занимали 10- и 11-е места соответственно. В конце 1990-х и начале 2000-х гг. ситуация существенно изменилась: показатели детской заболеваемости в Колпинском и Центральном районах значительно выросли (до 1982 и 1958 обращений за год на 1000 детей соответственно), и лидером стал Колпинский район. Такие изменения можно было предвидеть, используя результаты расчетов неканцерогенного риска для здоровья населения этих районов. Чтобы прогнозировать заболеваемость населения, риски следуют рассчитывать на основе данных по загрязнению атмосферного воздуха в предшествующие рассмотренному периоду годы. Мы оценили риск для здоровья населения, обусловленный хроническими воздействиями химических веществ, по данным о загрязнении атмосферного воздуха (среднегодовые концентрации и их верхние 95%-ные доверительные границы, установленные по среднесуточным концентрациям) в 1994 г. (рис. 4). Для этой оценки применяются среднегодовые концентрации химических веществ. Чтобы рассчитать их, как правило, используются данные трехлетних наблюдений, но не менее чем за 1 год. В Колпинском районе общий индекс опасности и индекс опасности для органов дыхания были выше, чем в Центральном районе в 1,1 раза, а смертность -- в 1,6 раза. В этих районах показатели рисков превышали допустимые значения в 6-7 раз. По показателям реального уровня здоровья (детской заболеваемости) в 1997-2001 гг. эти районы были лидерами среди всех районов Санкт-Петербурга. Отметим, что в 1990- 2000-е гг. по общим объемам выбросов загрязняющих веществ Колпинский район был на втором (после Кировского района) месте и лидировал по количеству загрязняющих веществ, поступающих от стационарных источников на одного жителя. В 2010 и 2014 гг. по заболеваемости детей на первом месте в городе оказался Центральный район (2848 случаев на 1000 человек), а Колпинский район занял второе место (2437 случаев на 1000 человек). В структуре заболеваемости на первом месте были болезни органов дыхания (их удельный вес составлял 60-48%) -- главным образом острые респираторные инфекции верхних дыхательных путей. На втором месте были болезни нервной системы и органов чувств (17-18%) -- в первую очередь болезни глаза и его придаточного аппарата. Следует отметить, что по показателям первичной заболеваемости взрослого населения Центральный район был вторым (633 случаев на 1000 человек), а Колпинский район -- третьим (590 случаев на 1000 человек) в городе. Проведенная нами ранее (Мовчан и др., 2017) оценка содержания химических элементов в волосах младших школьников Колпинского района выявила избыточное содержание железа, меди, марганца, кальция и магния, а также дефицит хрома, кобальта, цинка, натрия и калия. При этом в биопробах подавляющего большинства (95-97%) обследованных детей этого района содержание свинца, никеля и кадмия не превысило условного биологически допустимого уровня (Скальный, 2003). Судя по литературным данным(Детков и др., 2012), избыток железа и меди -- характерная особенность элементного статуса детей всего Санкт-Петербурга. В их волосах обнаружено повышенное содержание и таких токсичных элементов, как свинец, никель и кадмий. Повышенное содержание свинца обнаружено в волосах детей Центрального района Санкт-Петербурга (Богданов и др., 2003). Считается, что повышенное содержание в организме свинца, никеля и кадмия приводит к возникновению болезней органов дыхания, эндокринной и нервной систем (Маймулов и др., 2005).

Чтобы выявить последствия отмеченного в 2010-2015 гг. уровня загрязнения атмосферного воздуха, мы рассчитали неканцерогенный риск для здоровья жителей разных административных районов Санкт-Петербурга при ингаляционном поступлении приоритетных загрязняющих веществ в организм человека. Анализ численных значений индексов опасности показал, что в Центральном районе можно ожидать наибольшую среди других районов заболеваемость населения, так как общий индекс опасности в среднем по рассмотренным годам составил 3,4. В Колпинском районе (занявшем по этому показателю 6-е место в городе) среднее значение общего индекса опасности равно 2,4, что указывает на высокие, хотя и меньшие, чем в Центральном районе, риски нарушения здоровья населения. Судя по расчетным данным, среди административных районов города только в Петродворцовом районе Санкт-Петербурга сохранялись благоприятные условия для здоровья населения -- общий индекс опасности в 2010-2015 гг. был на уровне 0,7.

На остальных территориях города стабильно превышается граничное значение общего индекса опасности, что вызвано существенным загрязнением атмосферного воздуха. Вслед за Центральным районом по этому показателю лидируют Фрунзенский и Калининский районы, далее идут Приморский, Курортный, Московский, Петроградский, Красногвардейский, Красносельский и Невский, затем -- Пушкинский, Колпинский и Выборгский. Последними в этом списке стоят Кировский, Василеостровский, Кронштадтский и Адмиралтейский районы, где общий индекс опасности равен 1,5-1,9 (рис. 5). В зависимости от принадлежности к группе заболеваний средние индексы имеют значительные различия по районам города. Максимальные индексы опасности возникновения заболеваний органов дыхания при одновременном поступлении нескольких веществ отмечаются в Центральном, Калининском, Фрунзенском, Приморском и Московском районах. Максимальные риски болезней сердечно-сосудистой системы и риски смертельных случаев отмечены в Московском и Центральном районах. По всем категориям заболеваний только в Петродворцовом районе средние значения индексов опасности не превышают 1,0 и колеблются от 0,1 до 0,6. Чтобы проверить точность полученных значений индекса опасности по районам города за 2010-2015 гг., рассчитан предел погрешности при доверительном уровне 95%, значения которого составляют от 0,07 в Петродворцовом районе до 0,84 в Московском. При этом нижняя граница доверительного интервала выше единицы для всех районов, кроме Петродворцового.

Заключение

Проведенные исследования показывают, что за последние 35 лет в СанктПетербурге экологическая ситуация существенно изменилась. Прежде всего обращает на себя внимание значительное увеличение доли выбросов загрязняющих веществ от автомобильного транспорта, что с 2009 г. привело по сравнению с периодом 1993-2008 гг. более чем к двукратному увеличению загрязнения атмосферного воздуха. С 2009 г. автотранспорт стал основным загрязнителем атмосферного воздуха диоксидом азота, а вклад автотранспорта достиг 91% от общего объема выбросов стационарных источников и автотранспорта. За исследуемый период заметно возросла и заболеваемость населения. Особенно отчетливо это проявилось в 2005-2009 гг., когда первичная заболеваемость населения в Санкт-Петербурге увеличилась в 1,4 раза. В 2004 г. по сравнению с 1994 г. существенно вырос и другой показатель здоровья населения -- неканцерогенный риск здоровью при ингаляционном поступлении в организм приоритетных загрязняющих веществ. Так, в индустриальном Колпинском районе, а также в Центральном районе Санкт-Петербурга (где основной источник загрязнения атмосферного воздуха -- автомобильный транспорт) показатели рисков для здоровья населения превышают допустимые значения в 6-7 раз. В этих административных районах города увеличился общий индекс опасности и индексы опасности возникновения болезней органов дыхания, болезней крови, а также индекс опасности смертельных случаев. За рассмотренный период в административных районах Санкт-Петербурга экологическая ситуация существенно изменилась и по показателям актуальной заболеваемости населения. В частности, с конца 1990-х гг. среди лидеров по первичной заболеваемости детского населения в городе были Центральный и Колпинский районы. В середине 1990-х гг. по этому показателю они занимали 10-е и 11-е места. Отметим, что у подавляющего большинства обследованных детей Колпинского района обнаружено повышенное содержание железа, меди, марганца, кальция и магния в волосах. В то же время содержание свинца, никеля и кадмия (элементов с высокой концентрацией в волосах детей всего Санкт-Петербурга) было меньше условных биологически допустимых уровней. В отличие от Колпинского, в Центральном районе, так же как и в Санкт-Петербурге в целом, характерной особенностью элементного статуса детей является повышенное содержание свинца в волосах. По-видимому, накопление этого металла в организмах детей является следствием многолетнего загрязнения атмосферного воздуха Центрального района автомобильным транспортом в условиях плотной городской застройки. Полученные данные по индексам опасности развития неканцерогенных рисков для здоровья населения позволяют предположить, что наибольшую заболеваемость населения, вызванную загрязнением атмосферного воздуха, следует ожидать в Центральном, Фрунзенском и Калининском районах. В зону высокого риска болезней органов дыхания входят Центральный, Калининский, Фрунзенский, Приморский и Московский районы.

Риск возникновения заболеваний сердечно-сосудистой системы наиболее велик в Московском и Центральном районах. Наименьший риск развития неканцерогенных эффектов при комплексном воздействии загрязняющих атмосферный воздух веществ -- в Петродворцовом районе. Результаты проведенных исследований указывают на необходимость проведения мероприятий по снижению техногенной (транспортной) нагрузки на атмос- Вестник СПбГУ. Науки о Земле. 2018. Т. 63. Вып. 2 189 ферный воздух в административных районах Санкт-Петербурга с высокими показателями неканцерогенного риска для здоровья. В первую очередь это следует сделать в Центральном районе, где плотная городская планировка и большие потоки автомобильного транспорта в наибольшей степени отрицательно влияют на качество атмосферного воздуха и на здоровье населения. Отметим, что по уровню загрязнения атмосферного воздуха диоксидом азота (основным источником которого является автотранспорт) Центральный район уже на протяжении нескольких десятилетий -- один из лидеров в городе.

Так, по данным за 1996 г., средняя годовая концентрация этого загрязняющего вещества составляла 2,6 ПДК, далее шли Колпинский, Калининский и Фрунзенский районы (2,3, 1,8 и 1,5 ПДК соответственно). Наибольшая среди административных районов Санкт-Петербурга среднегодовая концентрация диоксида азота в атмосферном воздухе отмечена в Центральном районе и в 2011 г., за ним следуют Кировский, Фрунзенский и Калининский районы. При этом Центральный район выделяется и по числу жилых зданий, попавших в зону воздействия диоксида азота. В эту зону входят 1877 зданий, т. е. 35% значения этого показатели по всему Санкт-Петербургу. На втором месте оказался Фрунзенский район (522 здания), а далее -- Кировский и Московский районы (490 и 352 жилых здания соответственно).