Организация наблюдений за качеством атмосферного воздуха в городах

Актуальность вопроса качества атмосферного воздуха

Согласно данных “Обзора состояния и загрязнения окружающей среды в Российской Федерации за 2021 год” в 221 городе (88% городов, где проводятся наблюдения) средние за год концентрации какого-либо вещества превысили 1 ПДК. В этих городах проживает 71,9 млн. чел. Средние за год концентрации взвешенных веществ превысили 1 ПДК в 120 городах, бенз(а)пирена — в 41 городе, формальдегида — в 151 городе, диоксида азота — в 41 городе [1].

Поэтому не случайно в указе Президента РФ от 7 мая 2018 г. №204 “О национальных целях и стратегических задачах развития РФ до 2024 года” сформулированы задачи улучшения качества атмосферного воздуха за счет снижения объемов выбросов в наиболее загрязненных городах и повышения эффективности системы обращения с отходами производства и потребления. Указ Президента фактически дал старт важнейшему федеральному проекту “Чистый воздух” в 12 крупных промышленных городах России. В июле 2022 года распоряжением Председателя Правительства РФ этот список был расширен еще на 29 городов.

Причина такого пристального внимания правительства заключается в высокой социально-экономической важности проблемы загрязнения воздуха. В рамках многочисленных исследований доказана прямая взаимосвязь между качеством воздуха и продолжительностью жизни людей. По оценкам экспертов социальные потери из-за загрязнения воздуха в России достигают 100-140 тысяч преждевременных смертей в год, а экономический ущерб составляет от 1,9% до 4,9% от валового внутреннего продукта [2].

Не менее важно, что за последние годы существенно выросли запросы граждан в отношении улучшения качества окружающей среды. По данным социологических опросов в последние 2-3 года жители России (около 30% опрошенных) замечают ухудшения экологической обстановки в своих городах. При этом почти половина (48%) респондентов считают, что охрана окружающей среды является одной из главных задач государства [3]. Беспокойство у людей вызывает качество атмосферного воздуха и, в частности, полнота и достоверность информации о загрязнении.

Люди хотят получать объективную информацию о состоянии окружающей среды в местах пребывания и видеть реальные улучшения. При отсутствии таковых растет недовольство и недоверие граждан к органам власти. Дефицит объективных адресных данных о качестве атмосферного воздуха приводит к развитию так называемых «народных» сетей мониторинга. Они организуются на базе любительских устройств с низким качеством данных, что не позволяет объективно оценить качество воздуха.

Организация наблюдений за качеством атмосферного воздуха в городах

Текущая организация наблюдений за качеством атмосферного воздуха

В Российской Федерации наблюдения за качеством атмосферного воздуха организованы на трех уровнях - федеральном, региональном и локальном.

1. Федеральная сеть пунктов наблюдения за качеством атмосферного воздуха входит в зону ответственности Росгидромета. Пункты наблюдения оборудованы пробоотборными устройствами, оснащены аналитическим оборудованием, газоанализаторами, в рамках сети работают передвижные лаборатории.
Преимуществами данного уровня организации является
- широкий территориальный охват,
- огромный профессиональный опыт сотрудников,
- единые методологические подходы и стандарты,
- широкая номенклатура загрязняющих веществ (от 4 до 60, в среднем 20 [4]).

Федеральная наблюдательная сеть является целостной системой, работающей на основании апробированной методологии и накопленного опыта. Наблюдательной сетью мониторинга атмосферного воздуха охвачено 20% городов России, из них: 100% городов – с населением более 1 млн. чел., 73% городов – с населением более 100 тыс. чел., 10% городов – с населением менее 100 тыс. чел. [4].

В 2021 г. наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха в федеральной сети проводили в 251 городе на 692 пунктах (253 в 2020-м году [5]), из них регулярные наблюдения Росгидромет выполнял в 221 городе на 610 пунктах. В 8 субъектах, на территориях республик Адыгея, Алтай, Ингушетия, Кабардино-Балкария, Калмыкия, Марий Эл и Чеченская, Ненецкого автономного округа, государственная наблюдательная сеть за загрязнением атмосферного воздуха отсутствует [4].

Количество станций в городах зависит от численности населения и изменяется от 1–5 до 10–16. Наблюдения проводятся ежедневно, доминирует ручной отбор проб 3–4 раза в сутки с последующим анализом в аккредитованных лабораториях. Для определения уровня загрязнения атмосферы используются средняя концентрация загрязняющего вещества в воздухе, среднее квадратическое отклонение, максимальная (измеренная за 20 мин) разовая концентрация загрязняющего веществ.
Наблюдательная федеральная сеть мониторинга загрязнения атмосферы в городах России в 2020 году [5]
Количество городов с наблюдениями за загрязнением воздуха (1),
в том числе на сети Росгидромета (2)
Количество станций в городах с наблюдениями за загрязнением воздуха (1), в том числе на сети Росгидромета (2)
2. На региональном уровне ответственность возложена на территориальные системы наблюдений за качеством атмосферного воздуха субъектов РФ. Основным инструментом для проведения измерений являются автоматические станции контроля за качеством воздуха павильонного типа и передвижные лаборатории. К сожалению, исторически этот уровень слабо развит в подавляющем большинстве регионов страны. Исключением являются некоторые крупные города (Москва, Санкт-Петербург и др.), а также города, вошедшие в периметр федерального проекта “Чистый воздух”.

На уровне регионов также важную роль играют представители федеральных структур - Росприроднадзора и Роспотребнадзора. Как правило, для измерений концентраций загрязняющих веществ они используют передвижные лаборатории (по плану или внепланово по необходимости [6]). Несмотря на мобильность лабораторий, нередки случаи, когда по приезду лаборатория не может обнаружить превышения ПДК. Это объясняется особенностями определения загрязняющих веществ в атмосферном воздухе (низкая концентрация, динамичность среды и др.). Такая ситуация вызывает недовольство и недоверие граждан, обратившихся с жалобами на качество воздуха.

Используемые на региональном уровне автоматические станции мониторинга имеют ограниченный перечень контролируемых веществ (за исключением Москвы и ряда городов участников проекта “Чистый воздух”).

Основными барьерами в расширении территориальных систем наблюдений являются дефицит финансирования, дороговизна традиционных проверенных решений, недостаток квалифицированных кадров для эксплуатации специализированного оборудования.

3. Локальные наблюдения за состоянием атмосферного воздуха на границе санитарно-защитной зоны (далее - СЗЗ) в рамках производственного экологического контроля проводят предприятия в соответствии с утвержденными программами наблюдений. Измерения концентраций загрязняющих веществ выполняют собственные или внешние аккредитованные лаборатории. Особенностью таких наблюдений является контроль специфических загрязнителей, доминирует ручной отбор проб с последующим анализом. При этом периодичность измерений не всегда увязывается с организацией технологических процессов и погодными условиями. Полученные данные закрыты от широкой аудитории, что вызывает недоверие у населения.

Смежной важной задачей государственной экологической политики в последние годы является оснащение источников выбросов крупнейших промышленных предприятий автоматическими системами контроля с передачей данных в Росприроднадзор. К сожалению, из-за сложности и дороговизны данных решений процесс оснащения идет медленно. Данная информация не позволяет дать ответ на вопрос о концентрациях загрязняющих веществ на границах СЗЗ, волнующий жителей прилегающих к предприятиям жилых кварталов.
ВЫВОДЫ:
1 . Данных о качестве атмосферного воздуха на уровне регионов и муниципалитетов недостаточно.

1.1. Согласно Приказу Минприроды России от 30.07.2020 N 524 в 1115 российских городах должно функционировать не менее 1843 пунктов наблюдения за качеством атмосферного воздуха. Согласно отчету Росгидромета за 2021 год их количество составляет всего 692 шт. или 37,5% от минимальной нормативной потребности.

1.2. Уровень автоматизации наблюдений в федеральной сети, несмотря на улучшение финансирования в последние годы, недостаточный.

1.3. Потребность населения в открытых локальных (по месту пребывания) данных стабильно увеличивается.

2 . Основной дефицит данных о качестве атмосферного воздуха фиксируется на региональном и локальном уровнях.
Если использовать лишь существующие технологические и организационные решения при сохранении финансирования на текущем уровне, то преодолеть этот дефицит в ближайшие десятилетия не получится.

3 . Дефицит данных существенно сужает возможности оперативной оценки ситуации для принятия мер быстрого реагирования и ограничивает эффективность реализуемых природоохранных мероприятий.
Организация наблюдений за качеством атмосферного воздуха в городах

Развитие систем мониторинга атмосферного воздуха

На наш взгляд, существует три основных сценария развития ситуации:

  1. Негативный - из-за экономических ограничений государство и хозяйствующие субъекты не смогут финансировать развитие наблюдательных сетей существующими и более высокими темпами. Усилится недовольство населения (особенно требовательного молодого поколения), будут растут протестные настроения, усилится активное создание “народных сетей” с низкокачественными данными. Существенно возрастет риск недостижения поставленных руководством страны стратегических целей и задач.
  2. Консервативный - текущий уровень финансирования, применяемые решения и нормативная база остаются без существенных изменений; основное внимание будет уделяться наиболее загрязненным городам. Отношение к проблеме населения будет дифференцироваться в зависимости от места проживания. Системных изменений не произойдет, решение задач затянется на десятилетия.
  3. Позитивный - уровень финансирования вырастет, спектр используемых решений расширится с соответствующей доработкой нормативной базы. Радикально увеличится количество данных и их оперативность, расширятся возможности по аналитической обработке, моделированию и прогнозированию состояния атмосферного воздуха. Будут созданы предпосылки для оперативного реагирования на эксцессы и системной работы по улучшению качества окружающей среды.
Компактные устройства мониторинга атмосферного воздуха
Компактные устройства мониторинга атмосферного воздуха
Анализ мировой практики показывает, что в настоящее время все шире используется комплексный подход к мониторингу атмосферного воздуха. Сети мониторинга включают традиционные решения и инновационные компактные профессиональные устройства, позволяющие получать качественные данные с высоким пространственно-временным разрешением.

Первые компактные устройства мониторинга атмосферного воздуха разработаны в 2004-2006 гг. в США и странах ЕС. В 2008 г. индикативные измерения уже были включены в Директиву ЕС 2008/50 по атмосферному воздуху. В период с 2010 по 2020 годы наблюдается бурный рост количества решений на рынке компактных устройств, в этот же период (с 2013 г.) Агентство по охране окружающей среды США начинает их массовое тестирование. В 2020 году класс компактных решений по мониторингу атмосферного воздуха признается экспертами ВМО, ВОЗ, ООН и др. международных организаций.

В докладе Международной метрологической организации за 2020г. сказано, что использование решений такого класса обосновано и подтверждается результатами научных исследований, полевых испытаний и реализованными на практике проектами. Отмечено, что компактные профессиональные устройства относительно недорогие, функциональные, отличаются малым весом и низким энергопотреблением [7]. При этом они позволяют получать большее число пространственных данных с высокой частотой, характеризуются относительно простым способом сбора, восстановления и передачи данных, требуют более простого технического обслуживания [8].

К недостаткам недорогих устройств можно отнести “старение” сенсоров, существенное влияние на результаты измерений внешних условий. Для восстановления и обработки большого массива данных данных требуется специальное программное обеспечение, в том числе для картографирования и визуализации данных. Эти недостатки можно устранить или значительно снизить при правильной конструкции устройств, технической организации процесса измерений, техническом обслуживании и поверке устройств.

Существует много примеров использования компактных устройств контроля, в том числе для создания высокоплотных сетей мониторинга. Приведем лишь некоторые из них. Например, в Лондоне для контроля концентрации диоксида азота развернута одна из самых полных сетей мониторинга качества воздуха среди всех городов мира. Диоксид азота постоянно контролируется эталонными анализаторами (127 точек контроля), диффузионными трубками (1699 точек контроля) и компактными устройствами (277 точек контроля в рамках проекта Breathe London [9,10]). Аналогичную сеть высокой плотности предлагают развернуть в лондонском аэропорту Хитроу и его окрестностях. Предлагаемая сеть первичных датчиков будет состоять из приблизительно 60 датчиков, определяющих концентрацию NO, NO2, CO, O3, CO2, углеводородов, SO2, твердых частиц, температуру и относительную влажность [11].

В США проводились пилотные испытания в г. Окленд по контролю содержания сажи в воздухе (The «100x100»Project) с использованием высокоплотной сети компактных устройств. При этом были установлены 100 устройств контроля (6–7 точек отбора проб на км2), которые дважды в сутки измеряли концентрацию твердых частиц сажи. Результаты показали существенные отличия усредненных данных, получаемых ранее, и полученных при реализации проекта [12].

50 устройств AQMesh работают на 44 различных объектах мониторинга в городах Миннеаполис и Сент-Полу (США) для определения концентраций диоксида азота, озона, оксида азота, диоксида серы, оксида углерода, твердых частиц ТЧ2,5 и ТЧ10 [13].

В Российской Федерации в последние годы в ряде регионов реализуются проекты создания территориальных систем наблюдения с использованием компактных устройств мониторинга. Наиболее крупным является проект в Московской области, где по плану на конец 2022 года будет эксплуатироваться 235 сертифицированных компактных устройств и несколько десятков устройств вокруг полигонов ТКО, мусороперерабатывающих и промышленных предприятий.
Компактные устройства мониторинга атмосферного воздуха
Функционирование сети основано на комплексном подходе. Помимо компактных устройств мониторинга используются, передвижные лаборатории для оперативного реагирования на жалобы населения и традиционные посты автоматического контроля для непрерывных эталонных измерений, устанавливаемые в крупных городах региона. Места для установки выбраны в том числе с учетом мнения общественности путем голосования.

Компактные анализаторы газов и аэрозолей осуществляют измерения концентраций загрязняющих веществ (оксид углерода, оксиды азота, диоксид серы, сероводород, аммиак, твердые частицы) в автоматическом режиме круглосуточно, выполняют роль сигнализаторов и источников данных для проведения анализа. Данные из сети являются открытыми, и доступны онлайн.

Именно комплексный подход к мониторингу атмосферного воздуха на региональном и локальном уровнях является наиболее эффективным при создании наблюдательной сети. Вкупе с нормативными изменениями он послужит базисом для системных улучшений в организации мониторинга и повышении эффективности работы по улучшению качество атмосферного воздуха в наших городах.

Список использованных источников:


  1. Обзор состояния и загрязнения окружающей среды в Российской Федерации за 2021г. – Режим доступа: Обзор состояния и загрязнения окружающей среды в Российской Федерации – Информационно-аналитические материалы – Продукция – Росгидромет (meteorf.ru).
  2. Бобылев, С.Н., Соловьева, С.В., Астапкович, М. Качество воздуха как приоритет для новой экономики. Мир новой экономики. 2022;16(2):76-88. https://doi.org/10.26794/2220-6469-2022-16-2-76-88
  3. Ведомости [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.vedomosti.ru/society/articles/2020/11/29/848723-polovina-rossiyan
  4. Ежегодник состояния загрязнения атмосферы в городах на территории России за 2020г. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://voeikovmgo.ru/images/stories/publications/2021/ejegodnik_zagr_atm_2020.pdf
  5. Обзор состояния и загрязнения окружающей среды в Российской Федерации за 2020г. – Режим доступа: Обзор состояния и загрязнения окружающей среды в Российской Федерации – Информационно-аналитические материалы – Продукция – Росгидромет (meteorf.ru).
  6. Система государственного мониторинга состояния и загрязнения атмосферного воздуха. Проблемы и пути их решения / Ю.В.Пешков / Научно-практическая конференция «Загрязнение атмосферы городов». Санкт-Петербург. 1–3 октября, 2013 г.
  7. An update on low-cost sensors for the measurement of atmospheric composition. – Режим доступа: https://library.wmo.int/doc_num.php?explnum_id=10620
  8. EPA Tools and Resources Webinar: Low Cost Air Quality Sensors // https://www.epa.gov/air-sensor-toolbox
  9. Nitrogen Dioxide Stations/ – Режим доступа: https://www.london.gov.uk/questions/2022/0573
  10. High density sensor network system for air quality studies at Heathrow airport / Imperial College London, Civil & Environmental Engineering Department – Режим доступа: GtR (ukri.org)
  11. Источник: Breathe London | AQMesh | The best small sensor air quality monitoring system
  12. Making the invisible visible: A guide for mapping hyperlocal air pollution to drive clean air action / Elena Craft, Harold Rickenbacker – Режим доступа: making-the-invisible-visible.pdf (edf.org)
  13. Источник: Minnesota Pollution Control Agency | AQMesh | The best small sensor air quality monitoring system
Made on
Tilda