Отчет за 2023

В рамках программы была проведена оценка пространственных и временных изменений загрязняющих веществ в воздухе в отдельных городах Казахстана с использованием установленных концентраций и данных национальной сети наземных станций мониторинга. Было проанализировано качество воздуха в городах Алматы и Астана, а также в шести других городах Казахстана и оценено влияние карантинных ограничений, связанных с COVID-19, на концентрацию различных загрязнителей воздуха с использованием данных национальной сети наземных станций мониторинга РГП «Казгидромет». Было установлено, что ограничение движения автотранспорта во время карантина привело к снижению концентраций NO2 (28%), CO (13%) и SO2 (39,5%) в г. Алматы и в г. Астана – CO (30%), TSP (72%). При этом было оценено, что сезонные изменения в потреблении твердого топлива, включая уголь, влияли на сезонность в вариации уровней загрязнителей. В г. Алматы в наблюдалось снижение концентраций NO2 (31%), CO (21%), SO2 (15%) и TSP (8%) весной по сравнению с зимой. В г. Астана весной наблюдалось снижение концентраций только CO (23%) по сравнению с зимой.

Также были проанализированы данные национальной сети наземных станций мониторинга РГП «Казгидромет» за 2021-2022 г. для городов Алматы и Астана. Результаты исследования показали, что данные не являются надежными для проведения оценки сезонных и пространственных изменений концентраций загрязнителей (NO2, CO, SO2 и TSP) из-за обнаруженных аномалий (искажений) в массиве данных, полученных на станциях ручного отбора. Поэтому для исследования качества воздуха были выбраны альтернативные источники данных.

Были исследованы концентрации PM2.5 на основе данных AirNow.gov за 2021 год и было выявлено, что уровни PM2.5 в воздухе в г. Алматы и г. Астана превышали среднегодовую ПДК, установленную ВОЗ (5 мкг/м³), в 7,1 раза и в 4,5 раза, соответственно. Кроме того, было зафиксировано превышение среднеднесуточной ПДК ВОЗ (15 мкг/м³) в 184 и 113 днях из 365 дней в 2021 году для г. Алматы и г. Астана, соответственно. Уровни загрязнения воздуха PM2.5 в городах Алматы и Астана демонстрировали сезонные колебания, что схоже с тенденциями в других городах мира, где для получения энергии на ТЭЦ и в промышленности используется уголь.

В г. Алматы эпизоды с высоким уровнем загрязнения воздуха были связаны с воздушными массами, характеризующихся стагнацией в результате мощных блокирующих воздействий Сибирского антициклона. В то же время, воздушные массы из южных регионов Казахстана доминировали в эпизоды низкого уровня загрязнения (в основном, в неотопительный сезон), когда также метеорологические и атмосферные условия способствовали эффективной вентиляции воздуха. Анализ обратной траектории воздушных масс с использованием HYSPLIT, проведенный для г. Астана, показал, что в периоды высокого загрязнения воздуха в основном преобладали регионально образованные воздушные массы из близлежащего региона Акмола и промышленных районов Карагандинской области. Для обоих городов было обнаружено, что на уровень загрязнения воздействовали разнообразные источники выбросов, такие как: движение автотранспорта внутри города и меж близнаходящимися городами, выбросы ТЭЦ и жилого сектора и перемещение воздушных масс с соседних регионов.

Результаты анализа данных PM10 (Airkaz) показали, что в городах Алматы и Астана наблюдаются сезонные колебания концентраций PM10, а также изменение уровней этих частиц в течение суток. Среднегодовые концентрации в обоих городах превышают рекомендуемые лимиты ВОЗ (15 мкг/м3), при этом в г. Алматы (46,9 мкг/м3) уровни PM10 были выше уровней, чем в г. Астана (27,4 мкг/м3). Зимой наблюдается рост концентраций PM10, что может указывать на зависимость загрязнения данными частицами из-за таких факторов, как сезонное отопление и снижение дисперсии из-за влияния меторологических параметров. Схемы изменения уровня загрязнения в течение суток анлогичны в обоих городах, что связано с изменением экономической активности и трафика в течение суток; однако, колебания в г. Астане менее выражены, чем в Алматы.

Были изучены концентрации тяжелых металлов, катионов и анионов, элементарного и органического углерода на взвешенных частицах PM2.5 в городах Алматы и Астана». За отчетный период в г. Алматы и г. Астана было отобрано 548 и 475, проб, соответственно, для проведения анализа химического состава PM2.5 и исследования вклада различных источников загрязнителей PM2.5 в атмосферном воздухе. Результаты годового мониторинга были получены в июле 2023 года, что составило отставание от первоначально предусмотренного графика, установленного на январь 2023 года. Задержка в получении результатов мониторинга была вызвана техническими и организационными причинами. Во-первых, выполнение программы началось в августе вместо запланированного января в 2021 году из-за задержек процессов рассмотрения программ и в получении финансирования от Министерства образования и науки Республики Казахстан. Впоследствии, в течение периода с 2021 по 2023 год, а также исполнительная организация (Казахский национальный университет имени аль-Фараби) создавала серию внутренних задержек финансирования. Во-вторых, в январе 2022 года прогресс в работе был приостановлен из-за невозможности доступа к лабораторным помещениям в следствии политических событий и протестов в Казахстане в январе 2022 года. Кроме того, в период с февраля по август 2022 года международные поставщики, в частности «Merck», временно приостановили поставки материалов в Казахстан из-за продолжающегося конфликта между Россией и Украиной. Это привело к длительному сроку поставки (4-8 месяцев) необходимых расходных материалов и оборудования. Эти проблемы сказались на сроках получения результатов мониторинга.

Несмотря на все перечисленные сложности в выполнении программы, все запланированные задачи выполнены в полном объеме и часть результатов отражена в трех опубликованных статьях, и планируется ряд публикаций результатов данного исследования в международных рецензируемых журналах (Приложение Б).

В ходе анализа концентраций элементов в составе PM2.5 в г. Алматы и г. Астана установлено, что их уровни значительно варьируются в зависимости от сезона и географического местоположения. Наибольшие средние концентрации для городов Алматы и Астана наблюдались для Mg (0,320 и 0,470 мкг/м3), Al (1,400 и 1,257 мкг/м3), K (0,700 и 0,620 мкг/м3), Ca (1,128 и 1,398 мкг/м3), Cr (0,510 и 0,448 мкг/м3) и Fe (1,786 и 1,913 мкг/м3). Сезонные колебания в концентрациях элементов особенно были выражены в отопительный период, когда наблюдалось значительное увеличение концентраций алюминия (Al), калия (K) и других элементов.

По результатам анализа уровней ионов в городах Алматы и Астана максимальные среднегодовые концентрации наблюдались для иона SO42− (сульфат), доля которого в общей концентрации ионов в пробах PM2.5 в г. Астана (1,813 мкг/м3) и г. Алматы (2,494 мкг/м3) составила 49% и 54%, соответственно. Для ионов NH4+ (аммоний) и NO3− (нитрат) также наблюдались высокие концентрации в образцах PM2.5. Уровни вышеуказанных ионов (SO42−, NH4+ и NO3−) характеризуются выраженными сезонными колебаниями с увеличением концентраций в зимний период. В г. Астана уровни SO42−, NH4+ и NO3− были значительно ниже, чем в Алматы: 1,4 раза, 2, 4 раза и 7,6 раз, соответственно.

В зимние месяцы в городах Алматы и Астана были зафиксированы высокие уровни ОС и ЕС, тогда как летом их концентрации были минимальными и ниже в 2-5 раз по сравнению с зимой. Так например, в зимние месяцы средняя концентрация ОС составила 4,2 мкг/м3 для г. Алматы и 1,1 мкг/м3  для г. Астана и ОС -  4,2 мкг/м3 для Алматы и 1,1 мкг/м3  для г. Астана. Соотношения ОС/ЕС и их взаимосвязь в этих городах указывали на один преобладающий источник (сжигание угля), особенно в осенние, зимние и весенние месяцы. Летом связь между ОС и ЕС уменьшается, что говорит о существовании нескольких источников в это время года. Согласно результатам, источником ОС в городах Алматы и Астана осенью и зимой являлись первичные источники (выбросы напрямую из источника).

В рамках задачи 1 программы и полученных результатов химического анализа частиц PM2.5 в атмосферном воздухе состава было проведено исследование вклада различных источников загрязнения в концентрацию мелкодисперсных частиц PM2.5 в атмосферном воздухе с использованием рецепторного моделирования ПМФ. Согласно результатам рецепторного моделирования ПМФ, средний вклад различных источников в концентрацию PM2.5 в г. Алматы был следующим: сжигание угля составляло 38%, сжигание биомассы – 20%, транспортные выбросы – 23%, и ресуспендирование дорожной пыли – 19%. В г. Астана наблюдалось схожий с г. Алматы тренд: сжигание угля на уровне 37%, сжигание биомассы – 21%, транспортные выбросами – 20%, и ресуспендирование дорожной пыли – 21%. Сжигание угля и биомассы имели сильную отрицательную корреляцию с температурой в обоих городах, что указывало на более интенсивное сжигания угля и биомассы в отопительный сезон.

Также, были определены и изучены концентрации органических соединений (ЛОС и ПАУ) в течении периода исследования в воздухе в городах Алматы и Астана и определены их источники. Из исследования уровней летучих органических соединений в городах Астана и Алматы стало известно, что среднегодовая концентрация бензола в Алматы достигла 8,2 мкг/м3, что в 2,3 до 6,3 раза выше ПДК, установленных во многих странах, в том числе странах Евросоюза. В г. Астана среднегодовой показатель бензола составил 3,4 мкг/м3 и оставался в пределах европейских стандартов, но превысил более строгие критерии Израиля и Франции, составляющие 1,3 и 2 мкг/м3, соответственно. Анализ соотношений концентраций бензола к толуолу и этилбензолу (B:T:E) выявил, что в г. Алматы в зимний и осенний периоды основным источником ЛОС были выбросы автотранспорта, тогда как весной и летом вклад вносили как сжигание твердого топлива (уголь, древесина), так и выбросы автотранспорта. В г. Астана в зимой и весной время основными факторами загрязнения воздуха были выбросы автотранспорта и сжигание твердого топлива, а летом - в основном выбросы от автотранспорта.

Среднегодовая суммарная концентрация 16 ПАУ в воздухе г. Алматы составила 42,3 ± 54,1 нг/м3, а в г. Астана 26,8 ± 35,8 нг/м3. В отопительные периоды, суммарные концентрации ПАУ в воздухе были выше в 12,9 раза в г. Алматы и в 4,0 раза в г. Астана. Эти значения и тенденции совпадают с данными, полученными для ряда городов Европейского союза и Китая в 2000-2020 годах. Сезонные изменения концентраций и компонентного состава исследуемой группы ПАУ, а также рассчитанные диагностические соотношения указывают на значительный вклад источников сжигания твердого топлива в загрязнение воздуха в течение отопительного периода. В неотопительный сезон на уровень ПАУ в воздухе, помимо пирогенных источников, влияли выбросы автотранспорта и источники, связанные с нефтепродуктами. Суточные концентрации бензо[a]пирена превысили ПДК, установленную в Казахстане, (1 нг/м3) в 38 из 90 дней отбора в г. Астана, и в 36 из 102 дней отбора в г. Алматы, что приходится главным образом на отопительный сезон. При этом среднегодовые концентрации превышают ПДК, установленные в США и странах Европейского союза, на 80% в г. Астана и на 126% в г. Алматы.

Была проведена  оценка смертности, заболеваемости и экономического ущерба от загрязнения воздуха частицами РМ2.5. Полученные результаты оценки смертности, показали увеличение числа преждевременных смертей с 1831 случаев в 2015–2017 гг. до 2550–3579 случаев в 2021 г. в г. Алматы. В г. Астана согласно анализу за 2021 год наблюдалась противоположная тенденция: преждевременная смертность снизилась с 939 в 2015–2017 годах до 674-973. Тем не менее, следует учитывать фактор пандемии COVID-19 в 2021 году, который привел к существенному росту показателей преждевременной смертности в г. Алматы. Это могло исказить статистические данные относительно смертности, связанной с загрязнением воздуха, учитывая, что текущая модель не предназначена для корректного учета повышенной смертности, обусловленной респираторными и сердечно-сосудистыми заболеваниями, усугубленными из-за COVID-19. Для достоверного выявления влияния PM2.5 на смертность, отдельно от последствий COVID-19, требуется специализированный анализ динамики смертности, обусловленной данной инфекцией и ее осложнениями.

По результатам оценки общего экономического ущерба от предотвратимой смертности в результате воздействия PM2.5, было установленно, что достижение среднегодового лимита  в 5 мкг/м3 могло бы привести к экономии от 1066 до 6300 млн долл. для г. Алматы и от 256 до 1528 млн долл. для г. Астана в 2021 году, что составляет 3-18%  и 1,3-7,7% регионального ВВП за 2021 год, соответсвенно. Оценка экономического ущерба в 2021 года с использованием медианной оценки стоимости статистической жизни показала, что г. Алматы и г. Астана понесли ущерб в  2036-2633 млн долл. и 289-639 млн долл., соответственно.

Более того, были рассмотрены определения «целевых показателей качества воздуха» и «целевых показателей качества окружающей среды (ЦПКОС)» в контексте законодательства Казахстана. Изучение процесса разработки ЦПКОС, по сравнению с аналогами в развитых странах, выявило существенные недостатки, а именно:

1) отсутствие единых четких методических указаний;

2) недостоверные данные по эмиссиям от природопользователей;

3) отсутствие независимой проверки отчетов природопользователей;

4) отсутствие кадастра выбросов частных домохозяйств;

5) устаревшая методология расчета выбросов, основанная на кумулятивном подходе;

6) отсутствие нормирования энергопроизводящими компаниями в Казахстане в своих выбросах твердых частиц PM2.5, РМ10, и ЛОС;

7) отсутствуе понятия среднегодовых ПДК;

8) значительное превышение значений ПДК, принятых в Казахстане, по сравнению с рекомендуемыми значениями ВОЗ;

9) разработка ЦПКОС частными компаниями, работающими в сфере природоохранного проектирования, а не компетентными научными организациями.

Таким образом, все вышеупомянутые недостатки, нашли свое отражение в существующих ЦПКОС для городов Алматы и Астана. По причине ошибочной методики подсчета эмиссий, главным загрязнителем воздуха в городе Алматы называется автомобильный транспорт и частные домохозяйства. Соответственно, утвержденный план действий направлен на данные секторы, игнорируя энергопроизводящие предприятия. Результатом такого подхода являются, только по официальным данным, незначительные колебания в эмиссиях и отсутствие тренда на сокращение выбросов, что ведет к ухудшению качества воздуха, что подверждено в данном исследовании. Подобная картина характерна и для г. Астана.

В качестве решения, обоснована необходимость принятия среднегодовых ПДК и ингредиентного подхода, как объективных мер для оценки накопительного характера воздействия загрязнителей на организм человека в течение значительного периода времени. В качестве промежуточных целевых показателей необходимых для достижения к 2030 году, на основе рекомендуемых ВОЗ, предлагаются следующие среднегодовые концентрации: для NO2 в обоих городах  (Алматы и Астана) – 40 мкг/м3, для частиц РМ2.5 в Алматы - 35 мкг/м3, что соответствует стадии 1 и требуют первостепенного пристального внимания для принятия мер по их снижению. Учитывая, что в г. Астана среднегодовая концентрации РМ2.5 ниже, чем в г. Алматы (19,8 мкг/м3 против 38,8 мкг/м3), но при этом уровень загрязнения всё ещё выше ПДК, рекомендуемой ВОЗ (5 мкг/м3), поэтому для г. Астана  рекомендуется к 2025 году достичь среднегодовой уровень ниже 15 мкг/м3.

В результате всех выше проведенных исследований была предложена и разработана научно-обоснованная программа улучшения качества воздуха. Изучены принципы интегрированного подхода к управлению уровнем загрязнения атмосферного воздуха. Данный подход базируется на принципах, которые имеют научное обоснование и охватывают всесторонний анализ, систематическое планирование, эффективное внедрение и тщательный контроль за исполнением мер, цель которых – сокращение степени загрязнения воздуха и повышение его качества. На основе данного подхода были сформулированы следующие этапы принятия мер для улучшения качества воздуха:

1) Проведение комплексного анализа текущего состояния качества атмосферного воздуха, включающие пространственные и временные изменения концентраций загрязнителей воздуха;

2) Идентификация основных источников загрязнения воздуха с использованием современных методов сбора и анализа данных и моделирования;  

3) Научно-обоснованный выбор приоритетных загрязнителей и источников для дальнейших мероприятий;

4) Установка научно-обоснованных нормативов и целевых показателей концентраций загрязнителей в атмосфере, с учетом рисков для здоровья населения и экосистем;

5) Разработка и внедрение нормативов и стандартов по контролю за выбросами; 

6) Проведение информационно-просветительской работы с населением, направленной на повышение осведомленности и привлечение общественности к участию в программах по улучшению качества воздуха. Также внедрение программы должно сопровождаться с последующим непрерывным мониторингом для оценки эффективности реализации мероприятий и коррекцией стратегии в соответствии с полученными результатами.

Кроме того, на основании научных исследований и международного опыта, подтвержденного независимыми экспертами, был предложен комплекс мер улучшения качества атмосферного воздуха в городах Алматы и Астана. Основными направлениями, на которые нужно направить усилия, учитывая идентифицированные в данном исследовании источники загрязнения, являются:

1) контроль выбросов на ТЭЦ;

2) контроль потребления угля в частных домохозяйствах;

3) повышение осведомленности о важности энергоэффективности домашних хозяйств;

4) контроль угольного лобби;

5) контроль выбросов автотранспорта;

6) вопросы законодательства.

Также предложены следующие эмпирические индикаторы эффективности принимаемых мер по данным категориям: не менее 80% энергии должно генерироваться с использованием природного газа и ВИЭ к 2030 году; в качестве стимулов, объем компенсированных денежных средств/налоговых послаблений должен быть пропорционален затраченным средствам целенаправленно на установку и обслуживание оборудования для генерирования энергии за счет природного газа; процент домохозяйств, использующих газ в качестве источника теплоэнергии должен составлять не менее 90% к 2030 году для всех категорий населения; должна быть исключена возможность выдачи разрешения на деятельность предприятий, не внедривших НДТ; концентрации загрязняющих веществ в эмиссиях, не должны превышать значения ПДК ВОЗ; 100% транспортных средств должны соответствовать стандартам выбросов; должно быть обеспечено 95% соответствия дизельного топлива пределу содержания серы (10 мг/л), а также 95% соответствия жидкого реагента, используемого для очистки выхлопных газов дизельных двигателей действующим национальным стандартам.

 Реализация предложенной программы ожидаемо приведёт к значительному улучшению качества воздуха, доведя его качество до уровней, признанных безопасными по классификации ВОЗ. Важнейшим аспектом осуществления этой программы является активное вовлечение учёных и неправительственных организаций. Обеспечение открытого доступа к данным непрерывного мониторинга и к результатам специфических методов анализа подобных проведенному в данном исследовании, станет основой для верификации и корректировки программы действий. Более того, для каждой отдельной категории установлен список стейкхолдеров (заинтересованные лица), что способствует установлению персональной ответственности у лиц и организаций, задействованных в принятии решений и надзоре за их выполнением.

По результатам исследования были опубликованы две публикации в рецензируемых зарубежных научных изданиях, индексируемых базами данных Web of Science (WoS, Q1,Q3) и одна статья в журнале (CiteScore – 4.0; Scopus percentile (CiteScore rank) – 67th), три тезиса докладов в трех международных конференциях и два тезиса в Казахстанских конференциях (Приложение Б). В рамках проекта подготовлены молодые специалисты и были защищены одна дипломная работа, одна магистерская диссертация и на стадии подготовки находится одна магистерская диссертация. Кроме того, участники проекта повысили квалификацию при прохождении летних и зимних школ, организованных Университетом Хельсинки (Финляндия) и университетом  Université Grenoble Alpes (Франция); стажировок в университетах Bolu Abant İzzet Baysal University (Турция)  и University of Waterloo (Канада) и курсов по изучению рецепторного моделирования (PMF), анализу EC/OC и анализу данных качества воздуха (Приложение Б).

Результаты исследования были распространены среди потенциальных пользователей, ключевых лиц, принимающих решения, научного сообщества и широкой общественности с использованием сайта лаборатории, социальных сетей, средств массовой информаци и национальных и зарубежных конференциях и семинарах на казахском, английском и русском языках. Также, были проведены два семинара для распространения основных результатов и выводов исследования лицам, принимающим решения, научному сообществу, экоактивистам, гражданскому обществу и другим заинтересованным сторонам (Приложение Б).

Полученные результаты программы могут позволить решить некоторые пункты стратегических и программных документов:  Госпрограмма развития образования до 2025 года, пункт «Укрепление потенциала науки», Концепция по переходу Республики Казахстан к «зеленой экономике», Раздел 3.6 «Снижение загрязнения воздуха» и Стратегия Казахстан 2050, пункт 4 «Здоровье нации – основа нашего успешного будущего». Разработанные целевые индикаторы и научно-обоснованная программа улучшения качества воздуха, и результаты оценки преждевременной смертности и экономического ущерба могут быть использованы государственными уполномоченными органами для принятий Стратегий по улучшению качества воздуха в городах Казахстана. Результаты химического анализа PM2.5 и мониторинга концентраций ЛОС, ПАУ могу быть использованы государственными уполномоченными органами и лабораториями, ответственных за проведение мониторинга качества воздуха на местном и региональном уровнях, для улучшения нормативных документов, регламентирующих список загрязнителей и их предельно-допустимые концентрации, для перехода на современные методы анализа и увеличения спектра анализируемых загрязнителей. Результаты рецепторного анализа могут быть использованы государственными уполномоченными органами, экологическими негосударственными организациями для проведения мероприятий по улучшению качества воздуха. Результаты оценки уровней загрязнения воздуха и сезонных изменений уровней загрязнителей в городах Алматы и Астана могут быть использованы организациями, ответственными за городское планирование и управление, при принятии мер по улучшения качества воздуха, включая переход с угля на альтернативные источники (газ), на оптимизацию дорожного движения, улучшения общественного транспорта, выбора мест для размещения промышленных объектов, контроль застройки новых жилых комплексов и т.д. Также результаты могут быть использованы научно-исследовательскими институтами и лабораториями, как импульс для дальнейшего изучения качества воздуха, влияния загрязнения воздуха на заболеваемость населения, развитие когнитивных способностей детей в условиях высокого загрязнения воздуха