Мелкодисперсные пыли в атмосферном воздухе городов федерального проекта «Чистый воздух» как фактор риска здоровью и объект управления

Введение. Повышенное пылевое загрязнение атмосферного воздуха крупных промышленных городов остается актуальной и не полностью решенной проблемой. По данным государственного доклада «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2022 году»¹ в 36 из 40 российских городов, для которых комплексный индекс загрязнения атмосферы (ИЗА) достигает или превышает 14 (очень высокое загрязнение), взвешенные вещества (пыли) входят в перечень приоритетов, формирующих это загрязнение. Среди указанных городов: Красноярск, Магнитогорск, Нижний Тагил, Новокузнецк, Чита, Кемерово, Махачкала, Черногорск, Новочеркасск, Южно-Сахалинск и ряд других.

Значимость взвешенных веществ в загрязнении атмосферного воздуха крупных городов отмечается и в ежегодном сборнике «Состояние загрязнения атмосферы в городах на территории России за 2022» ФГБУ «ГГО»². Указывается, что пылевое загрязнение является определяющим для 75 городов с высоким загрязнением воздуха, где ИЗА составляет от 7 до 13.

Многочисленными исследованиями доказано, что твердые частицы в воздухе вызывают ухудшение комфортности проживания и качества жизни населения в целом; нарушают нормальное функционирование дыхательной и сердечно-сосудистой систем [1–3]. Выявлено, что особо чувствительными группами к воздействию высокого уровня пыли относятся дети, пожилое поколение, население с заболеваниями сердечно-сосудистой системы, с респираторными заболеваниями, включая курильщиков [4][5].

В последние несколько десятилетий в научной литературе появляется все больше публикаций, доказывающих, что наиболее опасными фракциями пылей в воздухе являются частицы диаметром менее 10 мкм (РМ10) и 2,5 мкм (РМ2,5) [6–9]. Пылинки размером до 10 мкм способны проникать в легкие и альвеолы, размером 2,5 мкм и менее могут преодолевать аэрогематический барьер и попадать в кровеносную систему [10][11].

В ряде исследований показано, что возрастание содержания пылей с размером частиц до 10 мкм имеет следствием повышение смертности населения, в том числе по причинам кардиореспираторного характера [11][12]. Имеются данные московских ученых о том, что присутствие в воздухе частиц РМ10 формирует дополнительную смертность среди жителей столицы на уровне порядка 1 % от показателя общей смертности без учета внешних причин [13]. Этих потерь, несомненно, можно было бы избежать при соблюдении нормативного качества воздуха и эффективном управлении пылевым загрязнением [14]. Нередко мелкодисперсные пыли опасны тем, что сорбируют на своей поверхности и переносят на значительные расстояния высокотоксичные соединения: соли и оксиды тяжелых металлов, реактивную органику, включая канцерогенные вещества [15–17].

На базе накопленных данных о крайне опасных последствиях присутствия в воздухе населенных мест мелкодисперсных твердых частиц, Всемирная организация здравоохранения в 2021 году опубликовала новые глобальные рекомендации по качеству воздуха. В них еще раз подтверждено, что порядка 80 % случаев смерти от воздействия PM2,5 можно предотвратить средствами, обеспечивающими достижение безопасных концентраций частиц в приземном слое атмосферы (в области дыхания человека) [18].

Федеральная служба по защите прав потребителей и благополучия человека как орган, ответственный за установление гигиенических нормативов качества среды обитания, еще в 2010 г. утвердила ПДК мелкодисперсных частиц РМ10 и РМ2,5. Государственные критерии должны быть обеспечены повсеместно, их достижение должны быть сориентированы все хозяйствующие субъекты, имеющие источники выбросов данных веществ³. РМ10 и РМ2,5 включены в перечень веществ, подлежащих государственному регулированию в области охраны окружающей среды, что закреплено Распоряжением Правительства РФ⁴.

Следует отметить, что меры государственного регулирования качеством атмосферного воздуха в последние годы претерпевают существенную модернизацию. Повышается значимость внедрения наилучших доступных технологий, совершенствуются механизмы установления нормативов допустимых выбросов. На решение последней задачи направлен эксперимент по квотированию выбросов, прежде всего в городах, включенных в федеральный проект «Чистый воздух» [19]. В рамках реализации проекта с 2020 г. в 12 городах страны (Братске, Красноярске, Липецке, Магнитогорске, Медногорске, Нижним Тагиле, Новокузнецке, Норильске, Омске, Челябинске, Череповце, Чите) ведется мониторинг качества воздуха и отрабатываются механизмы снижения наиболее опасных (приоритетных) примесей, по которым фиксируются превышения гигиенических нормативов и которые формируют неприемлемые риски нарушения здоровья населения.

Целью исследования являлась оценка уровня содержания мелкодисперсных пылей в атмосферном воздухе ряда городов федерального проекта «Чистый воздух», рисков для здоровья, формируемых этими соединениями, и анализ перспектив возможности минимизации рисков через управление выбросами.

Материалы и методы. Оценку содержания мелкодиперсных пылей в атмосферном воздухе выполняли по результатам социально-гигиенического мониторинга (СГМ), проводимого центрами гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора в субъектах федерации в течение 2022–2023 гг. Данные предоставлены по 11 городам – участникам ФП «Чистый воздух»: Красноярск, Липецк, Магнитогорск, Медногорска, Нижний Тагил, Новокузнецк, Норильск, Омск, Челябинск, Череповец, Чита. Во всех городах на каждом из постов мониторинга ежегодно выполнялось не менее 300 разовых и/или 75 суточных измерений РМ10, РМ2,5, что позволило получить корректные среднегодовые величины и значения верхней 95%-й границы диапазона концентраций. В целом приведенные результаты основаны на обработке более 10 тысяч измерений. При сопоставлении с ПДКсг применяли среднюю за год концентрацию примеси, ориентируясь на критерии безопасности, установленные СанПиН 1.2.3685–21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания»: ПДКсг РМ10 = 0,04 мг/м³; ПДКсг РМ2,5 = 0,025 мг/м³.

Риск оценивали с применением алгоритмов и критериев, изложенных в Руководстве Р 2.1.10.3968–23⁵. Поскольку частицы РМ2,5 при измерении входят во фракцию частиц размером менее 10 мкм (РМ10), во избежание переоценки, аггравации результатов риск оценивали по показателю коэффициента опасности (hazard quotient, HQ) только от воздействия РМ10. В качестве референтного уровня при хроническом воздействии РМ10 использовали значение 0,04 мг/м³. Экспозицию оценивали по верхним 95%-м доверительным границам среднесуточных концентраций за год. Коэффициент опасности в диапазоне более 1,0 до 3,0 рассматривали как характеризующий риск на уровне неприемлемый «настораживающий», выше 3,0 – неприемлемый «высокий». HQ не более единицы характеризовал приемлемый (допустимый) риск.

Параметры потенциальных источников выбросов взвешенных частиц оценивали по данным сводных баз данных об источниках, переданных Федеральной службе по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека Росприроднадзором в 2020 г. в рамках реализации федерального проекта «Чистый воздух» и эксперимента по квотированию выбросов.

Результаты. Результаты инструментальных измерений уровней загрязнения атмосферного воздуха, фиксируемые на стационарных постах СГМ, показали, что практически повсеместно регистрировались небезопасные уровни мелкодисперсных пылей. Так, к примеру, в г. Красноярске в 2022 г. было зафиксировано 38 случаев превышений ПДКмр (до 3,3 ПДКмр) и 89 случаев превышения ПДКмр по РМ2,5 (до 6,0 ПДКмр).

В Новокузнецке в 2022 г. на четырех постах было зарегистрировано 46 случаев нарушения ПДКмр по РМ10 и 126 случаев нарушения ПДКсс по этому веществу с кратностью до 7 ПДКсс. Превышения гигиенических нормативов по РМ10 и/или РМ2,5 были отмечены в Омске, Липецке, Медногорске, Челябинске и Чите.

Анализ годовой динамики суточных концентраций в таких городах, как Красноярск и Новокузнецк, свидетельствовал о выраженном повышении содержания мелкодисперсных частиц в воздухе в холодные периоды года (рис. 1). Последнее вполне объяснимо использованием в данных городах угля как основного вида топлива и влиянием объектов энергетики на загрязнение атмосферы. Соответственно, возникает предположение о наличии мелкодисперсных частиц в выбросах источников данного профиля.

В городах, где в энергетике используются иные виды топлив (Омск, Магнитогорск, Медногорск, Липецк, Челябинск), годовой ход концентраций мелкодисперсных пылей носит более равномерный характер. В качестве примера на рис. 2 приведен годовой ход концентраций РМ10 в Липецке. Разброс и вариабельность концентраций не столь значительны, как в городах с энергетикой, ориентированной на уголь. Более того наиболее высокие концентрации РМ 10 и РМ2,5 фиксируются в летнее время.

Несмотря на специфику динамики загрязнения воздуха пылевыми частицами, высокие разовые и среднесуточные концентрации примесей сказывались на среднегодовых уровнях загрязнения. В Красноярске, Липецке, Магнитогорске и Новокузнецке среднегодовые концентрации РМ10 были выше установленных гигиенических нормативов в 2022, и в 2023 гг.; в Медногорске – в 2022 г. (табл. 1).

При этом верхняя 95%-я доверительная граница годового диапазона суточных концентраций в 2022 г. была выше гигиенического норматива в десяти из одиннадцати рассматриваемых городов (в Норильске эта величина составила 0,7 ПДКсг); в 2023 г. – в семи из одиннадцати. В целом отмечаются позитивные тенденции к снижению среднегодовых уровней загрязнения РМ2,5 во всех городах, кроме Красноярска. Особенно выражено улучшение качества воздуха в Медногорске, Норильске и Нижнем Тагиле. Сохраняется стабильным уровень в Чите, Череповце, Челябинске, Омске. Насколько устойчивой является эта тенденция, можно будет оценить по результатам мониторинга 2024 г.

Среднегодовые концентрации РМ10 в Красноярске, Липецке и Новокузнецке в 2022 г. превышали уровень 0,04 мг/м³, который принят в качестве референтного, безопасного для здоровья человека при хроническом воздействии. В Магнитогорске и Медногорске среднегодовые концентрации, составляя порядка 0,036 мг/м³, были очень близки к допустимой границе (табл. 2).

Верхняя 95%-я доверительная граница, установленная по среднесуточным концентрациям и рекомендованная для оценки риска здоровью, превышала референтные уровни в 7 из 12 городов и в 2022, и в 2023 гг.

В Красноярске и Новокузнецке коэффициент опасности (HQ) превышал уровень 3,0 (4,23 и 4,73 соответственно), что свидетельствовало о неприемлемом высоком риске для здоровья населения, прежде всего в части возникновения болезней органов дыхания. Коэффициенты опасности в 2023 г. несколько снизились до 4,03 и 3,61, что ниже, чем в 2022 г., но недостаточно, чтобы риск был отнесен к другой категории.

В городах Липецке, Магнитогорске, Медногорске, Омске (2022 г.), Чите, Новокузнецке, и Челябинске (2023 г.) риски здоровью жителей при воздействии РМ10 оценивались как настораживающие. Риск в данном диапазоне (HQ = 1,1–3,0) классифицируется как неприемлемый. Соответственно, необходимы действия по его минимизации. Эти действия должны быть предприняты прежде всего в отношении источников, выбросы которых содержат мелкодисперсные пыли.

Анализ сводных баз данных источников для 12 городов ФП «Чистый воздух» показал, что учет мелкодисперсных пылей в составе пылевых выбросов от стационарных источников скорее исключение, чем правило. Частицы РМ2,5 и менее указаны только для одного источника в сводной базе стационарных источников г. Липецка (0,0032 г/сек; менее 1 г в год). РМ10 вообще отсутствует в сводных базах данных выбросах как загрязняющая примесь. РМ2,5 учтены как составляющие выбросов автотранспортных средств с дизельными двигателями. При этом принимаемые в сводные расчеты массы выбросов РМ2,5 крайне незначительны в сравнении с суммарными выбросами твердых веществ в целом по городу: Братск 4,71 т/год (при выбросе твердых веществ на уровне 15,4 тысячи тонн в год)⁷, Красноярск – 22,8 т/год (при выбросе твердых почти 20 тысяч тонн в год), Липецк 6,3 т/год (при сумме пылей около 7 тысяч тонн/год) и т. п. Как следствие в результате сводных расчетов приземные концентрации РМ2,5 даже в точках максимумов фиксируются на уровнях, не превышающих 0,8 ПДКсг. Данные о приземных концентрациях РМ10 в сводных расчетах отсутствуют.

Вместе с тем регистрация мелкодисперсных пылей в воздухе инструментальными методами свидетельствует о наличии источников этих примесей, а фиксация частиц РМ2,5 на постах мониторинга, удаленных от автомагистралей, и в периоды минимальной транспортной нагрузки позволяют делать выводы о том, что не только транспорт является источником данного вида загрязнения атмосферы.

В составе выбросов в сводных базах данных стационарных и передвижных источников присутствует более 20 видов различных твердых веществ: пыль неорганическая с различным содержанием оксида кремния (70–20 %; до 20 %; более 70 %), пыль абразивная, пыль древесная, пыль зерновая; пыль сахара, сахарной пудры (сахарозы), пыль резинового вулканизата, каменного угля и т.п., но фрагментация выбросов по дисперсному составу отсутствует. Таким образом, имея де-факто загрязнение атмосферы мелкодисперсными частицами, выполнить процедуру обоснования сокращения выбросов не представляется возможным в силу отсутствия объектов управления – источников выбросов этих частиц.

Обсуждение. Ряд научно-технических материалов и публикаций свидетельствуют, что мелкодисперсные пыли являются составной частью пылевых выбросов многих производств и технологических процессов. Доказано инструментальными методами наличие РМ10 и РМ2,5 в составе пылегазовых выбросов строительной, металлургической, горнодобывающих отраслей [20–23]. Объекты энергетики, работающие на твердом топливе, также образуют частицы с диаметрами менее 10 мкм [24, 25]. Представляется крайне актуальной задачей развитие нормативно-методической базы, директивно обязывающей хозяйствующие субъекты выделять в составе пылевых выбросов фракции с размерами частиц менее 10 и 2,5 мкм. Действующее на текущий момент распоряжение Минприроды России № 38-Р от 26.12.2022 (в редакции от 19.17.2024)⁸ содержит перечень из 129 методик расчета состава и масс выбросов. Из указанного списка 65 методик предусматривают учет отдельных видов твердых соединений, однако только три из них предполагают учет в составе выбросов частиц РМ10 и РМ2,5: «Методика расчета выбросов от источников горения…»⁹, «Методика определения и расчета выбросов загрязняющих веществ от лесных пожаров»¹⁰, «Методика по расчету выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от факельных установок по сжиганию попутного нефтяного газа…»¹¹.

Хозяйствующие субъекты, выполняя инвентаризацию источников выделения и выбросов, используют стандартизованные и утвержденные методики, не требующие дополнительных инструментальных измерений. Более того, в государственном реестре методов измерений¹² на сегодня отсутствуют утвержденные методики определения мелкодисперсных фракций пыли в промышленных выбросах. Последнее существенно осложняет применение инструментальных методов измерений при проведении инвентаризации источников. А в силу того, что статья 4 Федерального закона 20.12.20021 № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды»¹³ закрепляет, что меры государственного регулирования применяются в отношении загрязняющих веществ при наличии методик (методов) измерения загрязняющих веществ, регулирование и сокращение выбросов РМ10 и РМ2,5 теряют правовую поддержку. Как следствие, мелкодисперсные фракции пылей «выпадают» из системы государственного нормирования выбросов. При этом, как показало в том числе настоящее исследование, неприемлемые риски для здоровья, которые формируют опасные частицы, сохраняются. Только в Красноярске и Новокузнецке в условиях высокого риска, сформированного мелкодисперсными пылями проживает более 1,5 млн человек. При этом следует отметить, что в этих городах и в 2021 г. регистрировали высокие уровни РМ10 (Красноярск – 0,054 мг/м³; Новокузнецк – 0,082 мг/м³). Еще 1,5 млн граждан испытывают повышенный настораживающий риск в Челябинске, Магнитогорске, Медногорске. То есть ситуация остается проблемной и требует мер по улучшению.

Мониторинг мелкодисперсных пылей, управление выбросами этих опасных примесей и контроль результативности управления через анализ рисков здоровью должны рассматриваться как важнейшие инструменты обеспечения санитарно-эпидемиологического благополучия населения [26].

Заключение. Атмосферный воздух городов, вошедших в федеральный проект «Чистый воздух»: Красноярск, Новокузнецк, Липецк, Магнитогорск, Медногорск, Челябинск, Чита, Омск характеризовался в 2022–2023 гг. среднегодовыми концентрациями мелкодисперсных частиц РМ10 и/или РМ2,5 на уровнях 1,1–2,8 ПДКсг. Частицы РМ10 формировали в Красноярске и Новокузнецке недопустимые высокие риски возникновения болезней органов дыхания (HQ95 = 3,61–4,73). В городах Омск, Липецк, Магнитогорск, Медногорск, Чита риски для здоровья оценивались как недопустимые настораживающие (HQ95 = 1,1–1,9). В сводных базах данных параметров стационарных источников выбросов рассмотренных городов мелкодисперсные фракции пылей РМ10 и РМ2,5 не выделены.

Перспективы совершенствования системы государственного управления качеством воздуха и минимизации рисков здоровью населения лежат в плоскости разработки и внедрения расчетных методик состава пылевых выбросов отдельных производств с обязательным выделением в их составе мелкодисперсных фракций; разработки и правового закрепления методик инструментальных измерений фракций МР10 и РМ2,5 в промышленных выбросах.

Результаты мониторинга мелкодисперсных пылей в атмосферном воздухе населенных пунктов могут и должны рассматриваться как объективные показатели эффективности мероприятий по подавлению опасных выбросов, в том числе в рамках федерального проекта «Чистый воздух».