Загрязнение атмосферы от пожаров в городских муниципальных образованиях Сибирского федерального округа

УДК 614.841.3:614.833

ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ ОТ ПОЖАРОВ В ГОРОДСКИХ МУНИЦИПАЛЬНЫХ ОБРАЗОВАНИЯХ СИБИРСКОГО ФЕДЕРАЛЬНОГО ОКРУГА

© В.В. Гармышев1, С.Р. Хисматулин2, С.С. Тимофеева3

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Объектом исследования являются чрезвычайные ситуации, связанные с пожарами. Рассматривается проблема загрязнения атмосферы от пожаров в городах. В результате исследований были получены показатели сгоревших материалов при пожарах в городских агломерациях, которые позволили получить качественные и количественные показатели загрязнения атмосферы в городских муниципальных образованиях (центрах) Сибирского федерального округа. Табл. 4. Библиогр. 13 назв.

Ключевые слова: токсичные продукты горения; загрязнение атмосферы при пожарах; пожарная нагрузка; экологическая нагрузка атмосферы.

ATMOSPHERIC POLLUTION DUE TO FIRES IN URBAN MUNICIPAL CENTERS OF SIBERIAN FEDERAL DISTRICT V.V. Garmyshev, S.R. Khismatulin, S.S. Timofeeva

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, Russia, 664074.

The object of the research is the emergencies associated with the fires in the Irkutsk region. The article deals with the problem of atmospheric pollution due to fires in cities. The researches resulted in obtaining the indexes of the substances burned in fires in city agglomerations that have allowed to receive qualitative and quantitative indicators of atmospheric pollution in urban municipal centers of the Siberian federal district. 4 tables. 13 sources.

Key words: toxic products of burning; atmospheric pollution due to fires; fire load; ecological load of the atmosphere.

Развитие общества на современном этапе всё больше сталкивается с проблемами обеспечения безопасности и защиты человека и окружающей среды. Загрязнение атмосферы, воды, почвы продуктами антропогенной деятельности человека в настоящее время приобрело глобальный характер.

В последнее время в России наблюдается устойчивая тенденция роста числа чрезвычайных ситуаций, связанных с пожарами. По оценкам специалистов, в России ежедневно возникает более 500 пожаров с материальным ущербом около 30 млн руб., в огне пожаров гибнет 42 человека и травмируется 35 [2].

Проведённые авторами исследования чрезвычайных ситуаций, вызванных пожарами, и последствий пожаров за 1995-2010 гг. позволили установить, что ежегодно в административных центрах Сибирского федерального округа (СФО) в среднем возникает 43,3% всех пожаров, случающихся в СФО, в которых гибнет и травмируется 29,3% населения округа. В среднем пожарами уничтожается 8 465 жилых объектов, 37 промышленных предприятий, 115 общественных зданий и 32 прочих объекта. При этом сгорает более 10 тыс. тонн различных материалов. Матери-

альный ущерб от пожаров составляет 27,4% от общего объема материального ущерба, причиняемого чрезвычайными ситуациями [12, 13].

В табл. 1 представлены усреднённые показатели чрезвычайных ситуаций, связанных с пожарами в городских муниципальных образованиях СФО (период исследования 1995-2010 гг.).

Пожар можно рассматривать как своего рода неуправляемый реактор, химические превращения в котором протекают с выделением в окружающую среду большого количества продуктов горения, пиролиза, окислительной деструкции, тепловой энергии и потреблением большого количества кислорода [1, 5, 7]. Пожары «подпитывают» почву, воду и особенно атмосферный воздух токсичными веществами, которые, безусловно, влияют на здоровье и продолжительность жизни людей, флору и фауну. Как отмечается авторами работ [3, 4, 6], концентрация токсичных продуктов горения при пожаре в десятки и даже тысячи раз больше допустимых санитарных норм, что создаёт угрозу здоровью и жизни людей. В городах России ежегодная гибель от токсичных продуктов горения составляет более 8 тыс. человек, а становятся

1Гармышев Владимир Викторович, кандидат технических наук, соискатель кафедры промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности, тел.: 89646518785, e-mail: diamant1959@mail.ru

Garmyshev Vladimir, Candidate of technical sciences, Competitor for a scientific degree of the Department of Industrial Ecology and Life Safety, tel.: 89646518785, e-mail: diamant1959@mail.ru

2Хисматулин Станислав Радикович, аспирант, тел.: 89086475230, e-mail: hismat@inbox.ru Khismatulin Stanislav, Postgraduate, tel.: 89086475230, e-mail: hismat@inbox.ru

3Тимофеева Светлана Семеновна, доктор технических наук, зав. кафедрой промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности, тел.: (3952) 405106, e-mail: timofeeva@istu.edu

Timofeeva Svetlana, Doctor of technical sciences, Professor, Head of the Department of Industrial Ecology and Life Safety, tel.: (3952) 405106, e-mail: timofeeva@istu.edu

Таблица 1

Усреднённые показатели основных последствий пожаров в городских муниципальных образованиях _СФО (1995-2010 гг.)_

Объект исследования Количество Материальный Число Число Уничтожено

пожаров, ущерб, погибших, травмированных, строений, ед.

ед. в год млн руб. в год чел. в год чел. в год в год

г. Улан-Удэ 850 159,21 28 24 464

г. Горно-Алтайск 120 1,198 5 6 126

г. Кызыл 401 1,066 6 15 170

г. Абакан 727 0,668 11 9 335

г. Барнаул 2475 12,922 90 49 966

г. Красноярск 3640 22,283 107 117 1356

г. Иркутск 1126 84,124 59 38 512

г. Кемерово 2812 14,387 103 29 1680

г. Новосибирск 2160 43,126 109 159 1342

г. Омск 2795 28,312 61 176 995

г. Томск 687 5,073 31 47 488

г. Чита 1059 9,651 29 19 194

инвалидами около 12 тыс. человек [12, 13].

Исследование территорий городских агломераций позволило установить, что в ландшафтно-рекреацион-ной, лесопарковой и пригородных зонах ежегодно в результате поджогов, детской шалости с огнём происходит выгорание органического слоя почвы, а также уничтожение огнём лесных горючих материалов: древесины, коры, хвои, сухой травы на площади от 3 до 5 тыс. га [12]. Важно отметить, что такая ситуация происходит ежегодно в регионах СФО. Одним из отрицательных факторов таких пожаров является устойчивое и длительное задымление атмосферы на больших площадях. Городская застройка иногда на несколько дней погружается в дым. Сотни тысяч людей испытывают на себе воздействие токсичных продуктов горения лесных материалов, что в свою очередь приводит к различным аллергическим реакциям, заболеваниям органов дыхания, обострению хронических заболеваний [5-7].

Пожары в городской застройке являются внезапным и сегодня наиболее частым чрезвычайным событием (на их долю приходится 68% всех пожаров, происходящих в России), имеющих неблагоприятные экологические последствия, самое значимое из которых, как отмечают авторы работ [3-7], - загрязнение воздушного бассейна. Проблема загрязнения воздуха вследствие пожаров социумом оценивается как незначительная. Экологическая нагрузка от таких пожаров не просчитывалась. По мнению авторов работ [3, 4], оценить количество экотоксикантов, выделяющихся в атмосферу, можно исходя из количественных и качественных показателей пожарной нагрузки, условий горения и коэффициента недожога. Используемая в настоящее время методика оценки загрязнения воздуха разработана только для стационарных источников выбросов, где имеется возможность рассчитать валовые выбросы токсикантов, когда известны составы выбрасываемых веществ и удельные выбросы от того или иного технологического процесса или операции [8].

Поэтому в настоящей работе предпринята попыт-

ка восполнить этот пробел и на примере муниципальных центров СФО дать оценку количеству и видам загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу.

Были проведены исследования пожаров за 19952010 гг., произошедших:

- в жилых зданиях (муниципальные, частные жилые дома, общежития, садово-дачные постройки, мобильные жилые здания);

- в общественных зданиях (торговые, культурно-зрелищные объекты, детские, образовательные, лечебно-профилактические, административные учреждения и др.),

- на производственных объектах (заводы и другие промышленные объекты, автозаправочные станции, нефтебазы, мельницы, элеваторы и многие другие объекты жизнеобеспечения);

- на прочих объектах (культовые здания, новостройки и реконструируемые объекты, сельскохозяйственные, животноводческие, собаководческие, звероводческие объекты, склады овощей, фруктов, объекты тепличного хозяйства, а также объекты, не стоящие на балансе).

Для определения количественных и качественных показателей материалов, сгоревших на объектах, были изучены следующие документы: технические (а для промышленных и подобных объектов - технологические) паспорта объектов, на которых произошёл пожар; акты о пожаре с планом-схемой объекта; описание пожара; протоколы осмотра места пожара; заключения о причине пожара; акты служебного расследования происшедшего пожара; справки о материальном ущербе с объектов и от страховых компаний; объяснительные владельцев объектов и очевидцев пожара. (На первый взгляд, данная работа представляет определённую процессуальную сложность, но авторами это уже апробировано и дало практические результаты [5]).

Таким образом, используя полученные данные, а также методики авторов работ [1, 3, 5, 6, 12, 13], были рассчитаны типовые (характерные) усреднённые показатели материалов, сгоревших на пожарах (табл. 2).

Таблица 2

Усредненные показатели основных сгоревших материалов при пожарах в городских муниципальных _образованиях СФО (период исследования 1995-2010 гг.)_

Вид сгоревшей пожарной нагрузки Масса сгоревших материалов, т  год-1

г. Иркутск г. Кемерово г. Новосибирск г. Омск г. Чита г. Улан-Удэ г. Горно-Алтайск г. Кызыл г. Абакан г. Барнаул г. Красноярск г. Томск

Древесина (конструкционные и отделочные материалы) 4440,3 5484,5 7072,8 7616,2 2022,2 2275,6 249,8 464,3 1031,9 6748,6 6880,9 2180,4

Древесно-стружечные плиты, древесно-волокнистые плиты, древесные пластики, фанера 1882,5 2279,2 2955,7 3001,8 1151,1 240,3 39,6 128,1 180,1 1722,4 2714,8 1036,8

Поливинилхлорид (конструкционные и отделочные материалы) 328,5 368,8 409,6 431,8 171,2 87,9 10,1 20,7 36,2 357,6 416,7 154,2

Целлюлоза (бумага, обои) 238,6 240,6 283,4 305,2 54,7 72,1 9,4 14,8 21,3 195,1 249,3 129,8

Лесные горючие материалы (сухая трава, листва, хвоя, ветки, кустарники, полуразложившаяся древесина, напочвенный покров, дрова) 202,3 192,7 335,3 252,4 190,5 106,7 5,1 8,3 51,6 269,8 285,1 186,5

Синтетические материалы (ткани, изделия) 186,9 182,4 202,1 128,1 84,4 36,5 7,2 11,3 16,5 172,7 201,4 94,5

Хлопок (ткани, изделия) 124,8 91,2 148,2 159,6 61,3 57,1 6,6 9,2 12,9 138,2 230,6 70,6

Шерсть (ткани, изделия) 72,7 37,7 76,7 82,6 32,7 29,5 3,1 8,6 12,2 47,3 61,3 37,1

Полистирол, пенополистирол (конструкционные и отделочные материалы) 10,8 9,8 18,1 12,5 2,7 3,4 1,9 1,7 2,3 5,9 12,6 6,2

Пенополиуретан (теплоизоляционные материалы) 8,8 9,8 10,8 10,5 2,7 3,4 0,3 0,8 1,1 7,9 13,6 4,1

Бензин 7,6 10,2 13,5 18,5 4,9 2,1 0,8 1,1 1,6 9,6 17,9 14,7

Дизельное топливо, мазут 4,6 6,6 10,4 12,4 6,4 2,4 0,6 0,9 2,2 8,1 9,2 3,2

Резинотехнические изделия (обувь, шины, конструкционные материалы) 1,8 2,2 2,3 2,9 1,6 1,4 0,6 1,1 1,3 2,1 2,2 0,9

Кожа (одежда, обувь, мебель) 1,1 0,9 2,5 1,5 1,6 0,7 0,2 0,8 0,4 1,4 2,1 1,3

Лакокрасочные материалы (краски, лаки, растворители) 3,8 4,9 9,2 10,3 1,8 2,3 0,9 1,3 1,4 4,6 8,7 3,2

Показатели сгоревшей пожарной нагрузки являются необходимым условием для определения вида и количества токсикантов, выделившихся при пожарах в городских агломерациях.

Данные, представленные в работах [1, 5, 6, 9, 10], позволили расчетом определить качественные и количественные показатели токсичных продуктов сгорания при пожарах, исходя из массового значения каждого вида сгоревшей пожарной нагрузки в городских муниципальных центрах. При этом коэффициент недожога в расчётах принимался при пожарах:

- в зданиях и сооружениях - 0,7;

- в открытых складах, при горении лесных горючих материалов в городской, ландшафтно-рекреационной и пригородных зонах - 0,9;

- в одно-, двухэтажных зданиях V степени огнестойкости - 0,8 [1, 3, 6].

Оценка вклада выбросов при пожарах приведена по 26 токсичным компонентам. Результаты выбросов газовоздушных смесей, представленные в табл. 3, показывают, что авторами приведён частичный анализ продуктов горения. Очевидно, что состав токсичных продуктов горения значительно шире того, что был использован в расчётах. Как отмечается в работах [3, 5, 6], в продуктах горения древесины найдено 220 веществ, поливинилхлорида - 75, пенополиуретана - 50. Это объясняется тем, что для большинства

материалов нет строгих количественных данных.

Исследования пожаров в городах позволили сделать вывод об источниках (зонах) выделения в атмосферу токсичных продуктов сгорания [12]:

1. Зона пожара, расположенная на уровне межэтажных перекрытий внутри зданий, на долю данного источника загрязнения приходится 72% всех пожаров в зданиях. Наиболее экологически опасными являются пожары в подвальных и цокольных этажах зданий. Особенностью данных пожаров является механический и химический недожог (неполнота сгорания). Именно для этого источника характерны интенсивные выделения токсичных продуктов горения, которые распространяются в смежные помещения, верхние этажи зданий, а также рассеиваются в атмосфере.

2. Зона пожара - высотный факел, т.е. выброс загрязняющих веществ за счёт конвективной составляющей на высоту, определяемую тепло-физическими свойствами потока, а также наличием инверсионных слоёв и их характеристиками. Доля данных источников загрязнения атмосферы составляет около 25%. Данный вид загрязнения атмосферы продуктами сгорания формируется при пожарах открытых складов горючих материалов, а также отдельно стоящих одно-, двухэтажных зданий V степени огнестойкости. Установлено, что за счёт конвекции и сильного ветра может происходить загрязнение городской застройки в радиусе

до 1,5 км от источника возгорания.

3. Зона пожара, расположенная на уровне чердачного (последнего) этажа здания. На долю этого источника загрязнения приходится около 3% возникающих пожаров в зданиях. Исследования пожаров показали, что для данной зоны характерно интенсивное горение. Пылающие факелы над очагом пожара достигают высоты нескольких метров. За счёт конвекции и движения ветра может происходить загрязнение городской застройки на расстоянии 300-500 м от

места пожара.

Анализ расчётных значений позволяет сделать вывод, что наиболее рисковыми являются города: Новосибирск, Омск, Кемерово, Красноярск, где отмечается наибольшая удельная нагрузка атмосферы токсичными продуктами от пожаров (см. табл. 3).

В табл. 4 приведены усреднённые показатели загрязнения атмосферы от пожаров по классам опасности токсикантов в городских муниципальных образованиях [11].

Таблица 3

Усреднённые ежегодные показатели токсикантов, попадающих в атмосферу при пожарах в городских муниципальных образованиях СФО

Вид токсиканта Величина выброса, тоннгод-1

г. Иркутск г. Кемерово г. Новосибирск г. Омск г. Томск г. Чита г. Улан-Удэ г. Горно-Алтайск г. Кызыл г. Абакан г. Барнаул г. Красноярск

Аммиак 0,7 0,9 1,1 1,0 0,3 0,5 0,4 0,01 0,03 0,09 0,64 0,7

Оксид углерода 28,5 31,3 40,5 39,2 13,1 14,2 14,1 1,4 2,5 10,4 30,3 38,2

Диоксид углерода 16,8 22,4 33,1 30,1 9,4 9,5 9,3 0,8 1,7 7,1 21,8 25,3

Сероводород 1,9 2,1 2,5 2,2 0,7 0,5 0,6 0,03 0,051 0,2 1,2 2,3

Хлористый водород 6,8 8,1 10,1 9,8 2,7 2,8 2,4 0,2 0,6 2,1 7,1 8,4

Цианистый водород 2,5 2,7 3,3 2,9 0,9 1,0 0,8 0,08 0,1 0,3 1,7 2,9

Акролеин 2,4 2,9 4,3 3,8 1,2 1,3 1,2 0,01 0,02 1,07 2,4 3,1

Ацетон 3,6 3,9 5,1 5,3 1,6 1,8 1,7 0,02 0,032 0,12 4,1 4,9

Ацетальде-гид 4,4 5,6 6,8 6,9 2,3 1,9 1,6 0,1 0,15 0,45 4,9 6,3

Бензол 6,8 9,8 11,1 10,5 3,0 3,2 2,8 0,8 1,4 4,3 7,5 8,1

Винилхло-рид 0,3 0,4 0,6 0,5 0,2 0,3 0,2 0,01 0,023 0,09 0,35 0,7

Нафталин 0,9 1,2 1,5 1,5 0,2 0,3 0,1 0,01 0,021 0,06 0,9 1,4

Пиридин 0,04 0,05 0,08 0,06 0,02 0,03 0,01 0,001 0,012 0,05 0,06 0,08

Стирол 0,05 0,07 0,09 0,09 0,02 0,03 0,01 0,001 0,01 0,03 0,07 00,9

Толуилен-диизоциа-нат 0,8 0,92 1,2 0,9 0,3 0,4 0,2 0,002 0,003 0,13 0,88 0,98

Бенз(а)пи-рен 2,810-4 3,210-4 5,310-4 3,710-4 1,310-4 1,0-10Г4 1,2 10-4 0,910-6 0,210-5 0,310-5 2,810-4 3,410-4

Фенол 5,9 6,6 8,1 6,3 1,8 1,9 1,8 0,01 0,031 0,12 5,0 6.9

Оксид азота 5,8 6,9 8,6 8,4 2,2 2,8 2,1 0,02 0,041 0,7 5,9 7,3

Диоксид азота 4,9 5,3 6,7 6,1 2,3 2,5 1,6 0,01 0,022 0,2 4,2 5,2

Сажа 7,7 8,7 9,9 9,3 3,1 3,8 2,9 0,3 0,25 0,5 6,4 7,1

Уксусная кислота 0,41 0,45 0,06 0,6 0,2 0,3 0,2 0,01 0,022 0,04 0,5 0,7

Диоксид серы 0,7 0,68 0,9 0,8 0,4 0,4 0,3 0,01 0,021 0,03 0,8 0,9

Формальдегид 0,6 0,41 0,7 0,7 0,2 0,3 0,2 0,02 0,035 0,08 0,52 0,7

Ацетилен 6,5 7,1 9,1 8,4 2,5 2,7 2,4 0,2 0,35 1,1 6,8 7,3

Ванадия пятиокись 3,110-2 3,610-2 5,910-2 5,210-2 1,710-2 1,410-2 1,310-2 1,110-4 2,410-4 5,710-4 4,210-2 4,710-2

Итого 109,1 128,5 165,4 155,4 54,8 52,2 45,9 4,2 8,1 28,3 114,2 142,1

Таблица 4

Усредненные данные загрязнения атмосферы от пожаров по классам опасности токсикантов в муниципальных центрах СФО за период исследования с 1995 по 2010 гг._

Объект исследования 1 Загрязнение атмосферы по классам опасности токсикантов, т-год"

I-й II-й III-й IV-й

г. Иркутск 1,15 32,79 34,91 40,25

г. Кемерово 1,32 39,63 43,13 44,42

г. Новосибирск 1,86 49,07 57,46 57,30

г. Омск 1,42 44,75 53,8 55,43

г. Томск 0,54 12,84 17,60 23,10

г. Чита 0,73 13,86 18,40 19,51

г. Улан-Удэ 0,45 11,92 15,90 17,63

г. Горно-Алтайск 0,01 1,17 1,23 1,79

г. Кызыл 0,03 2,30 2,17 3,60

г. Абакан 0,22 7,21 8,32 12,55

г. Барнаул 1,23 31,45 38,60 42,92

г. Красноярск 1,38 35,39 41,50 47,03

На основании выше изложенного можно сделать следующие выводы:

1. Установлено, что ежегодно пожары привносят в атмосферу городов дополнительно до 12% загрязняющих веществ по сравнению со стационарными источниками загрязнения и автотранспортом.

2. Данный вид загрязнения атмосферы в городах ранее не учитывался и не был учтён в стратегии экономического оздоровления окружающего среды и защиты от необоснованного риска здоровья и жизни людей.

3. Отсутствие исчерпывающих данных о составе продуктов горения является одной из причин, которая делает прогноз экологических последствий пожаров

приближенным, однако даже ориентировочная оценка заслуживает внимания, поскольку осознание опасности позволяет предпринимать меры по её уменьшению.

4. В настоящее время необходимо вырабатывать механизм оценки последствий пожаров, чтобы избежать ухудшения качества окружающей среды и оценить скрытый в этом характер опасности пожаров для человека.

5. По сравнению с выбросами от других антропогенных источников пожары в городах нельзя считать глобальным источником загрязнения окружающей среды, но на локальном уровне их опасность очевидна.

1. Абдурагимов И.М. Процессы горения / И.М. Абдурагимов [и др.]. М.: ВИПТШ МВД СССР, 1984. 268 с.

2. Анализ обстановки с пожарами и последствиями от них на территории Российской Федерации за 2010 год. М.: Департамент надзорной деятельности МЧС России, 2011г. 19 с.

3. Брушлинский Н.Н., Исаева Л.К., Маринов С.И. Управление экологическим риском при пожарах // Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. 1992. № 2. С. 28-39.

4. Бурканов А.К., Егоров И.Г., Волохов В.В. Пожары: влияние на окружающую среду. Обзорная информация. М.: ВНИИПО, 1992. 18 с.

5. Гармышев В.В. Оценка экологического риска пожаров в городских агломерациях (на примере г. Иркутска): дис. ... канд. техн. наук. Иркутск, 2003. 155 с.

6. Исаева Л.К., Серков Б.Б. Экологические последствия загрязнения воздуха при пожарах в жилых зданиях // Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. 1992. № 2. С. 39-49.

7. Копылов Н.П.,Рыжков А.М., Хасанов И.Р. Взаимодействие пожаров с атмосферой // Юбилейный сборник трудов Всероссийского научно-исследовательского института противопожарной обороны. М.: ВНИИПО МВД России, 1997. С. 137-157.

Библиографический список

8. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОнД-86. Л.: Гидрометеоиздат, 1997. 79 с.

9. Методика определения и расчета выбросов загрязняющих веществ от лесных пожаров. М.: ГК РФ, 1997. 26 с.

10. Методика расчета выбросов от источников горения при разливе нефти и нефтепродуктов. М.: ГК РФ, 1997. 24 с.

11. Перечень и коды веществ, загрязняющих атмосферный воздух. 4-е изд., перераб. И доп. Научно-исследовательский институт охраны атмосферного воздуха. СПб.: Фирма «Интеграл», 1998. 184 с.

12. Тимофеева С.С. Социальные и экономические и экологические последствия пожаров в муниципальных центрах Сибирского федерального округа: анализ, оценка, прогноз: монография / С.С. Тимофеева, В.В. Гармышев, А.В. Ма-лыхин, С.Р. Хисматулин. Иркутск: Изд-во ООО «Аспринт», 2010. 169 с.

13. Тимофеева С.С. Оценка пожарной и экологической опасности современного жилья городских агломераций Сибирского федерального округа / С.С. Тимофеева, В.В. Гармышев, С.Р. Хисматулин // Вестник ИрГТУ. 2010. № 7 (47). С. 52-56.