Алматыдағы PM2.5 ластаушы бөлшектерінің негізгі шығарындылар көздері

PMF және HYSPLIT әдістеріне негізделген ғылыми мақаланы талдау

Зерттеудің мақсаты

Зерттеу Алматыдағы PM2.5 концентрациясын қалыптастыратын көздер және олардың ластануға қосатын салыстырмалы үлесі туралы сұраққа жауап береді. Бұл Алматыда PM2.5 бөлшектерінің химиялық құрамына сүйене отырып, PMF әдісі арқылы ластану көздерінің үлестері анықталған алғашқы зерттеулердің бірі. 

Әдістеме

Бастапқы деректер және зерттеу кезеңі. 2022 жылғы тамыздан 2023 жылғы шілдеге дейін жиналған PM2.5 сынамаларының бір жылдық қатары және олардың химиялық талдау нәтижелері пайдаланылды.

Сынама жүргізілген орын. Сынамалар Алматыдағы бір нүктеде, ҚазҰУ кампусында алынды.

Ластану көздерінің үлесін есептеу. Негізгі әдіс – Оң матрицалық факторлау (PMF — Positive Matrix Factorization). Осы әдіспен ластану көздерін сипаттайтын бес фактор анықталды.

Кеңістіктік жағдайды бағалау. Бөлшектердің тасымалдану рөлін бағалау үшін ауа массаларының алдыңғы 72 сағаттағы кері траекторияларын анықтайтын HYSPLIT әдісі қолданылды. Сондай-ақ ластану көздерінің үлестерін желдің бағытымен және жылдамдығымен байланыстыру үшін шартты ықтималдық функциясы (CPF — Conditional Probability Function) пайдаланылды.

Негізгі нәтиже: Алматыдағы PM2.5 бөлшектерінің 5 көзі және олардың үлестері

PMF талдауының нәтижесінде Алматыдағы PM2.5 құрамындағы ластану көздерінің үлестері мынадай болып анықталды:

1) Қалалық жол шаңы (32%)

Бұл көз тежегіштердің, шиналардың және жол жабынының тозуына байланысты элементтер концентрациясының жоғарылауымен сипатталады. Бұл бөлшектердің шығу тегі қаланың екі негізгі автомагистралімен – Әл-Фараби даңғылымен және Шығыс айналма жолымен байланысты. Алматыға баяу қозғалатын ауа массалары тән, бұл жел әлсіз және ластағыштардың таралуы шектеулі болған кезде жол шаңының қайта көтерілуі маңызды екенін көрсетеді.

2) Қала атмосферасы (20%)

Қала атмосферасы факторы аралас фондық ластану ретінде сипатталады. Оған өнеркәсіптік шығарындылар мен отын жағудан пайда болатын шығарындылар, сондай-ақ ауа алмасуы қолайсыз жағдайларда ластағыштардың жиналуы жатады. Бұл фактордың химиялық бейінінде бірнеше көз түрінің араласу белгілері, атап айтқанда әртүрлі элементтер мен маркерлердің үйлесімі байқалады.
Осы факторға жататын бөлшектердің жиналуы Алматының тік және көлденең таралуды шектейтін географиялық ерекшеліктерімен, сондай-ақ құрамындағы қосалқы аэрозольдердің үлесімен түсіндіріледі.

3) ЖЭО және қазандықтар (18%)

ЖЭО факторы жергілікті көмір күлінің сипаттамаларымен және көмірді жоғары температурада жағуға тән элементтер жиынтығымен расталады. Талдау ықтимал ластану көздерінің бағыттарын көрсетеді. Авторлар оларды ірі жылумен жабдықтау нысандарының, соның ішінде ЖЭО-2 және ЖЭО-3 орналасуымен байланыстырады.

4) Жеке тұрғын үйлерді жылыту (16%)

Тұрғын үйлерді жылыту факторы қатты отынның жануына, трансшекаралық шығарындыларға және ұсақ бөлшектердің қайта түзілуіне қатысты көрсеткіштерді, сондай-ақ биомассаның жануы мен қалдықтарды жағу ықтималдығына қатысты көрсеткіштерді қамтиды.

Жағдайды түсіндіру үшін авторлар Алматыдағы үй шаруашылықтарының отын пайдалану құрылымы жөніндегі бағалауды келтіреді. Онда негізгі отын ретінде газдың басым екені көрсетілген. Алайда суық мезгілде ластағыштардың таралуы нашар болған жағдайда қатты отын пайдаланатын үй шаруашылықтарының аз ғана үлесінің өзі елеулі әсер етуі мүмкін.
Бөлшектердің тасымалдануы мен атмосферада ұзақ уақыт болған ауа массаларының ықтимал әсері де бөлек атап өтіледі. Бұл траекторияларды талдау нәтижелерімен расталады.

5) Көліктің пайдаланылған газдары (14%)

Бұл фактор көлік әсеріне тән элементтермен және қыста көктайғаққа қарсы материалдарды пайдалануға сәйкес келетін элементтермен сипатталады.
Талдау барысында авторлар осы бөлшектердің ықтимал келу бағыттарын көлік қозғалысы қарқынды және ірі магистральдарға жақын аудандармен байланыстырады.

«Қала атмосферасы» және «Жеке тұрғын үйлерді жылыту» факторларында көмір мен биомасса жағуға тән маркерлер бар. Ал ЖЭО үлесі көмірді жоғары температурада жағу белгілерімен байланысты. Бұл Душанбе бойынша жүргізілген ұқсас талдаудың нәтижелерімен үйлеседі.

Зерттеудің шектеулері

1. Кеңістіктік репрезентативтілік. Нәтижелер сынама алынған бір нүкте бойынша алынған. Авторлар нәтижелер қалалық үрдістерді көрсететінін атап өтеді. Дегенмен оларды түсіндіру кезінде бақылаулардың жергілікті сипатын және ластану көздерінің үлестері қала аудандары арасында әртүрлі болуы мүмкін екенін ескеру қажет.
2. CPF талдауының белгісіздігі. Сынама алу нүктесі мен желді талдауға пайдаланылған метеорологиялық деректер алынған нүктенің сәйкес келмеуі кеңістіктік белгісіздікке әкелуі мүмкін.

Қалалық саясат үшін маңызы және ауа сапасын тиімді басқару жөніндегі ұсынымдар

1) ЖЭО және ірі жылу көздері

• Табиғи газға көшу арқылы ЖЭО шығарындыларын азайтуға басымдық беру қажет. Бұл негізгі бағыттардың бірі ретінде қарастырылады, өйткені ол шығарындыларды азайтып, жылумен жабдықтаудың тиімділігін арттырады. Алайда ол инфрақұрылымдық ынталандыруды және мемлекеттік-жекешелік әріптестік тетіктерін дамытуды талап етеді.
• Тазарту технологияларын, яғни саптамалы сүзгілерді, электрсүзгілерді және түтін газдарын күкірттен ылғалды тазарту қондырғыларын енгізу қажет. Қазіргі уақытта шығарындыларды бақылаудың заманауи әдістері қолданылмайды.
• Бұл шешімдердің шектеулерін ескеру маңызды: орнату мен қызмет көрсетудің жоғары құны, қажетті алаңға және пайдаланудың технологиялық жағдайларына қойылатын талаптар, бұл әсіресе тозған жабдық үшін аса маңызды.
• ЖЭО-ны жаңғырту шұғыл басымдық ретінде белгіленеді. Негізгі назар жаңа газбен жұмыс істейтін қуаттарды іске қосуға және қолданыстағы қондырғыларды жаңартуға аударылады. ЕО тәжірибесі SO2 шығарындыларының 92%-ға, PM 90%-ға және NOx 70%-ға азайғанын көрсетеді.

2) Тұрғын үй секторында көмір мен биомасса жағу

• Тұрғын үй секторында көмір мен биомасса жағу да бірінші кезектегі басымдық ретінде атап өтіледі. Халықаралық тәжірибе қатты отын жағуға қойылатын шектеулер ауа сапасын айтарлықтай жақсарта алатынын көрсетеді.
• Негізгі кедергілер – баламалардың қолжетімділігі, шараларды қоғамның қабылдауы және қауіптер туралы хабардарлықтың төмендігі. Сондықтан кешенді шаралар пакеті қажет.
• Негізгі шаралар ретінде қатты отын сатуға тыйым салу, таза отын түрлерін ілгерілету, үй шаруашылықтарына қаржылық қолдау көрсету және халықты жүйелі түрде ақпараттандыру ұсынылады.
• Тұрғын үйлердің энергия тиімділігін арттыру шараларының, соның ішінде жылу шығынын азайтатын арзан шешімдердің рөлі ерекше атап өтіледі. Олар отынға сұранысты азайтып, таза энергия көздеріне көшуді жеңілдетеді.
• Қазақстанның тұрғын үй секторында көмірден бас тарту осы сектордың PM2.5 шығарындыларын 92%-ға азайтуға мүмкіндік береді.
• Үй шаруашылықтарын қатты отыннан таза баламаларға көшіру, әдетте, мемлекеттің белсенді қатысуын, соның ішінде субсидиялау мен инфрақұрылымдық шектеулерді жоюды талап етеді.

3) Көлік және автопарк шығарындылары

• Көлік шығарындыларын азайту қоғамдық көлік инфрақұрылымын қатар дамытуды, автомобильдердің техникалық байқауын бақылауды күшейтуді және жаяу жүргіншілерге қолайлы орта қалыптастыруды талап етеді.
• Көше кеңістігін қоғамдық көліктің пайдасына қайта бөлу және микромобильділікті қолдау ауа ластануын азайтады.
• Ашық әрі тұрақты техникалық байқау және сараланған төлемдер таза автомобильдерді пайдалануды және оларға тиісті қызмет көрсетуді ынталандырады. Соның нәтижесінде ЕО-да ластану 12–13%-ға төмендейді.

4) Ауа сапасын басқару

• Ластағыштарға арналған жылдық нормативтер болмаған жағдайда PM2.5 бойынша қол жеткізуге болатын аралық жылдық мақсаттарды енгізу ұсынылады: Алматы үшін – 25 мкг/м³.
• Бұл мақсаттарды Экологиялық кодексті жаңарту арқылы Экологиялық сапа стандарттары ретінде бекітуге болады. Кейін олар шығарындыларды бақылау технологиялары жетілдірілген және мониторинг деректері жинақталған сайын қайта қаралуы мүмкін.
• ЖЭО-ны қоса алғанда, бірінші санаттағы ірі көздер үшін талаптардың орындалуын бақылауды күшейту, ең үздік қолжетімді техникаларды (ЕҚТ) қолдану және шығарындыларды азайтуды ынталандыратын төлемдер мен алымдарды енгізу аса маңызды.
• Қазіргі жүйенің елеулі шектеуі — мониторинг инфрақұрылымының жеткіліксіздігі. Онсыз ластану көздерін анықтау, болжау, ерте ескерту, шығарындыларды түгендеу және шаралардың тиімділігін бағалау қиынға соғады.
• Кешенді стратегия денсаулыққа төнетін қауіптер туралы тұрақты ақпараттандыруды, стандартталған хабарлау хаттамаларын және ластану деңгейі жоғары кезеңдер туралы ашық хабарлауды қамтуға тиіс.

Негізгі қорытындылар

• Алматыдағы PM2.5 бір мезгілде бірнеше ірі көзден қалыптасады, PMF талдауының нәтижесінде бөлшектер концентрациясына негізгі үлес қосатын бес фактор анықталды.
• Ең үлкен үлес қалалық жол шаңына тиесілі (32%), бұл отынға байланысты көздермен қатар шаңның қайта көтерілуі мен жолдағы үдерістердің де маңызды екенін көрсетеді.
• Елеулі үлес ЖЭО-да және тұрғын үй секторында көмір жағуға тиесілі: ЖЭО мен қазандықтардың үлесі 18%, жеке тұрғын үйлерді жылытудың үлесі 16% деп бағаланады. Сонымен бірге қала атмосферасы факторының (20%) химиялық бейінінде көмір мен биомасса маркерлері анық байқалады.
• Қала атмосферасы факторы (20%) ластағыштардың жиналуы мен араласуын көрсетеді, бұл географиялық және метеорологиялық жағдайларға байланысты ластағыштардың таралуының шектелуімен, сондай-ақ екіншілік аэрозольдердің үлесімен түсіндіріледі.
• Көліктің пайдаланылған газдарының (14%) келу бағыттары көлік қозғалысы қарқынды аймақтармен және магистральдарға жақын орналасумен байланыстырылады.
• Алматыдағы маусымдылық тек шығарындылардың өсуімен емес, олардың нашар таралуымен де анықталады. Сондықтан үлесі салыстырмалы түрде аз көздердің өзі ауа алмасуы қолайсыз кезеңдерде елеулі әсер етуі мүмкін.
• Авторлардың ұсынымдары басқарудың төрт негізгі бағытына негізделеді: ЖЭО-ны жедел жаңғырту және газға көшіру; әлеуметтік қолдаумен бірге жеке тұрғын үйлерді жылытуға қатысты шаралар пакеті; қоғамдық көлік пен техникалық байқауға қатысты көлік шаралары; сондай-ақ мониторинг пен бақылауды күшейте отырып, мақсаттарды ресми бекіту.