Вітри зі сторони південної промислової зони, штиль та слабкий вітер — основні умови для накопичення високих концентрації формальдегіду в повітрі Кривого Рогу. Фахівці Громадської спілки «Екологічна рада Криворіжжя» вважають, що формальдегід в повітрі нашого міста є не лише результатом хімічних реакцій в атмосфері. Ми переконані в тому, що в місті діють декілька потужних джерел «первинного» формальдегіду, діяльність яких чітко фіксується різким зростанням концентрацій цього канцерогену при вітрах певних напрямків. На формування високих концентрацій формальдегіду слабо впливає висока температура повітря. Це також опосередковано свідчить про наявність джерел первинного формальдегіду, які власне і формують основний фон забруднення. І тільки потім на цей фон накладається «атмосферний» формальдегід, який утворюється за рахунок хімічних реакцій в хмарі фотохімічного смогу.
Наша спілка вже неодноразово наголошувала на проблемі високих рівнів формальдегіду в повітрі Кривого Рогу. Так, за даними «Лабораторії спостережень забруднення атмосферного повітря Кривий Ріг» Гідрометеоцентру — в Кривому Розі постійно фіксується перевищення граничних допустимих концентрацій цієї речовини. Причому, у весняно-літній період середньомісячні концентрації перевищують санітарні норми у 4-7 разів!
Середньомісячні концентрації формальдегіду на спостережних постах криворізької лабораторії спостережень за забрудненням атмосферного повітря (Гідрометеоцентр)
Українськими санітарно-гігієнічними нормами формальдегід віднесено до потенційно канцерогенних речовин. Найбільш імовірним наслідком канцерогенної дії формальдегіду є розвиток пухлин носової порожнини.
Лабораторія Гідрометеоцентру проводить моніторинг повітря на 5-ти стаціонарних постах. Пости розташовані в південній частині Кривого Рогу: вул. Степана Тільги (Революційна), пл. Визволення, вул. Каховська, вул. Героїв АТО (Димитрова), вул. Груні Романової.
Розташування постів моніторингу якості атмосферного повітря в Кривому Розі
«Екологічна рада Криворіжжя» неодноразово намагалась отримати первинні (неусереднені) дані аналізів атмосферного повітря. Нагадаємо читачам, що інформація про стан довкілля («екологічна інформація») не може бути прихованою, недоступною, засекреченою. Так зазначено у Конституції України та цілій низці Законів України. Усереднені за місяць-рік дані, які знаходяться у вільному доступі, непридатні до нормального аналізу. Усереднені дані — це сумнозвісний приклад «середньої температури по лікарні». Проте, лише втручання народних депутатів України дозволило нам нарешті отримати саме первинні, неусереднені, дані. Спілка дуже вдячна підтримці від народного депутата Остапа Єднака та його помічників. Також дякуємо депутату Дзержинської районної у місті ради (м.Кривий Ріг) Євгену Карісу за його постійну підтримку в питаннях отримання та обробки даних.
Нами було отримано дані спостережень за 2014, 2015 роки та січень-квітень 2016 року. В даних містяться результати аналізів криворізького повітря, відібраних на всіх 5-ти постах Гідрометеоцентру. Відбирання проб повітря на аналіз здійснюється 2-4 рази на добу (для різних компонентів). У вихідні та святкові дні проби повітря не відбираються. У цій статті ми детально розглядатимемо лише формальдегід. Хоча, в повітрі Кривого Рогу є ціла низка інших проблем, зокрема — надзвичайно високі концентрації пилу, високі концентрації оксидів азоту тощо.
Дані, які ми отримали, були в закодованому вигляді (не плутати із зашифрованим!). Саме в такому вигляді вони відправляються в Центр обробки даних Гідрометеоцентру (м.Київ). Розкодування даних, подальший їх аналіз та побудова графіків виконувались за допомогою мови програмування R. Для роботи з картографічною інформацією та побудови карт використано геоінформаційну систему QGIS. Метеорологічну інформацію (дані про температуру та вологість повітря, атмосферний тиск, швидкість та напрямок вітру, точку роси тощо) ми отримали з архіву METAR-повідомлень «Метеорологічної станції цивільної Кривий Ріг», яка розташована в міжнародному аеропорту «Кривий Ріг». В цих повідомленнях кожні півгодини передається інформація про фактичні метеорологічні умови в районі розташування аеропорту. Дані про метеорологічні умови в час відбору проб повітря ми поєднали з даними моніторингу повітря в єдину таблицю. Загалом за період січень 2014 — квітень 2016 року на всіх 5-ти постах було відібрано 6565 проб на формальдегід.
При аналізі первинних даних перше, що спадає у вічі — надзвичайно високі концентрації формальдегіду у певні дні. Ми об’єднали дані зі всіх п’яти постів та обчислили середні арифметичні значення концентрацій кожної доби. Навіть взимку фіксуються 2-3 кратні перевищення середньодобових граничних концентрацій. Це той самий «фон», про який ми згадували на початку статті. В теплу пору року проблема набуває масштабів катастрофи: в окремі дні липня-серпня-вересня 2015 року фіксувались перевищення добових граничних концентрацій у 10-15 разів! Середньомісячні концентрації формальдегіду для цих місяців було перевищено у 4,33, 7,33 та 6,67 разів відповідно! На графіку нижче представлені кратності перевищення добових граничних концентрацій. Цифри всередині кожного дня — кратність перевищення ГДК. Сірим фоном показано дні, за яких проби повітря на формальдегід не відбирались. Загалом за період 2 роки і 4 місяці налічується лише 40 днів, для яких не було перевищено середньодобову граничну концентрацію формальдегіду в атмосферному повітрі.
Кратність перевищення добових граничних концентрацій формальдегіду в атмосферному повітрі за даними ЛСЗА “Кривий Ріг”
Щоб визначити місця розташування ймовірних джерел формальдегіду ми проаналізували концентрації забрудника, які фіксувались при певних напрямках вітру. При цьому, окрім 16-ти напрямків вітру, було враховано також «слабкий вітер змінного напрямку» та «штиль». Щоб нормально зобразити основну частину значень ми відкинули 195 значень більше 0,03 мг/куб.м. Для побудови графіку було використано 6370 значення концентрації формальдегіду в повітрі. Графік являє собою так звану «Діаграму Тьюкі» (або «Ящик з вусами»). Кольорові смужки показують діапазони, в яких «сидять» 50% всіх вимірювань. Чорні горизонтальні риски всередині кольорових смужок відображають медіани. Половина всіх вимірювань знаходиться нижче медіани, половина — вище. Чим більша медіана, тим більший загальний фон усіх значень. Для спрощення сприйняття медіани поєднані червоною лінією. Цифри всередині кольорових смужок показують загальну кількість вимірювань, які були здійснені при конкретному напрямку вітру (без відкинутих раніше значень більше 0,03 мг/куб.м). Чорними лініями позначені так звані «інтерквартильні розмахи» – інтервали які зі статистичної точки зору ще виглядають «нормальними». Одиничні чорні крапки — це викиди, значення, які вже не вважаються «нормальними». Знову ж таки — зі статистичної точки зору.
Концентрації формальдегіду в повітрі на спостережних постах ЛСЗА “Кривий Ріг” в залежності від напрямків вітру
Як видно з графіку — доволі контрастно вирізняються вітри на постах ПСЗ-2 (вул. Степана Тільги), ПСЗ-6 (вул. Груні Романової) та ПСЗ-7 (вул. Героїв АТО). Але взагалі для всіх постів характерні високі концентрації формальдегіду при слабкому вітрі змінного напрямку та при повному штилі. За результатами цього аналізу ми можемо сказати, що «в цілому» вітри південно-східних напрямків несуть підвищенні концентрації формальдегіду на всі пости, окрім ПСЗ-3. При цьому дуже контрастно виглядають діаграми для постів ПСЗ-2 та ПСЗ-7. А штиль та слабкий вітер — сприяють накопиченню забрудників в атмосфері та фотохімічному утворенню вторинного формальдегіду.
Відкинувши штиль та змінний вітер, можна поєднати результати аналізу із картою місцевості. Для цього ми побудували колові діаграми із зазначенням тільки медіанних значень. Найбільші медіани вказують нам напрямки, де можливо знаходяться вірогідні джерела викидів первинного формальдегіду. Вітер саме з цих напрямків здебільшого приносить на пости найвищі концентрації формальдегіду.
Медіанні концентрації формальдегіду при вітрах різного напрямку
Для того, щоб встановити зв’язок концентрацій формальдегіду з іншими забрудниками та метеорологічними умовами, ми використали кореляційний аналіз. Під час аналізу ми обчислювали коефіцієнти кореляції як для кожного посту окремо, так і для всіх постів одразу. Коефіцієнти кореляції, які обчислено одразу для всіх постів виявилися трохи «змазаними» у порівнянні з підрахунком окремо по постах. Проте, аналіз об’єднаного масиву даних дає змогу виявити загальні закономірності для всієї території, яка охоплена спостереженнями Гідрометеоцентру. Після обчислення кореляцій було виконано статистичну перевірку значущості отриманих коефіцієнтів. Ті коефіцієнти, які не є значущими — на графіках захреслено. Також виконано перевірку значущості кореляцій відповідно до проблеми множинних порівнянь. Для цього використано поправку Беньяміні-Йекутілі. Ті коефіцієнти, які виявились не значущими після введення цієї поправки — захреслено вище основної діагоналі на графіках. Коефіцієнти, які не є значущими без введення поправки — захреслено нижче основної діагоналі на графіках.
 Кореляція показників на пості “ПСЗ-1” ЛСЗА “Кривий Ріг” |
 Кореляція показників на пості “ПСЗ-2” ЛСЗА “Кривий Ріг” |
 Кореляція показників на пості “ПСЗ-3” ЛСЗА “Кривий Ріг” |
 Кореляція показників на пості “ПСЗ-6” ЛСЗА “Кривий Ріг” |
 Кореляція показників на пості “ПСЗ-7” ЛСЗА “Кривий Ріг” |
 Кореляція показників на спостережних постах ЛСЗА “Кривий Ріг” |
*Тут і далі на графіках позначені:
| CH2O – формальдегід | TSP – пил |
| NH3 – аміак | delta.temp — різниця між температурою та точкою роси |
| C6H6O – фенол | atmos_pres — атмосферний тиск |
| H2S – сірководень | rh — відносна вологість повітря |
| NO — оксид азоту | dew_point — точка роси |
| NO2 — діоксид азоту | temp — температура повітря |
| CO — оксид вуглецю | ws — швидкість вітру |
| SO2 — діоксид сірки |
Як видно на графіках коефіцієнтів кореляцій — формальдегід слабко корелює з іншими газами, пилом та метеорологічними умовами. Зокрема — слабко корелює з температурою повітря. На нашу думку це опосередковано вказує на те, що в повітрі Кривого Рогу присутня значна частка «первинного» формальдегіду. І на вже сформований первинний фон потім накладається формальдегід, який утворюється безпосередньо в атмосфері за високої температури повітря та ясної сонячної погоди. Також формальдегід має низьку від’ємну кореляцію з відносною вологістю повітря.
При кореляційному аналізі добре виділяються три гази: аміак, фенол та сірководень. Вони мають середні та вище середніх коефіцієнти кореляції між собою. Це може свідчити про близьке розташування їхніх джерел та синхронне викидання в атмосферу.
Стосовно впливу температури повітря на концентрації формальдегіду — побудовані нами діаграми вказують на прискорення зростання концентрацій при високих температурах. Вочевидь — включаються процеси атмосферного утворення формальдегіду. На противагу — наявність високих концентрацій при низьких температурах повітря може свідчити про наявність джерел первинного формальдегіду. Всередині шестикутників зазначено кількість вимірювань, які потрапили в цю область графіку.
Залежність між температурою повітря та концентрацією формальдегіда в повітрі Кривого Рогу
Більш складні методи аналізу також вказують на проміжне положення формальдегіду між метеорологічними умовами та загальним забрудненням атмосфери. Нами був виконаний аналіз головних компонент для об’єднаної таблиці даних для всіх постів. Результати не дуже показові, оскільки перша компонента вміщує 30% загальної дисперсії вибірки, а друга та третя — 19% та 12% відповідно. Далі дисперсія плавно спадає, і 8 перших компонент досягають вмісту 91% загальної дисперсії. Тому ми обмежились побудовою графіку лише для двох перших компонент.
Розподіл даних з постів ЛСЗА “Кривий Ріг” в координатах головних компонент
В принципі, результати аналізу головних компонент повторюють результати кореляційного аналізу: виділяються пов’язані групи показників. Формальдегід посідає проміжне місце між температурними умовами та забрудненням атмосфери, знаходячись при цьому ближче до оксиду вуглецю та діоксиду азоту.
Які можна зробити висновки? Надзвичайно високі концентрації формальдегіду протягом 2015 року можуть свідчити про офіційно не зафіксований технологічний процес, який був джерелом потужних викидів формальдегіду. При цьому — джерело викидів розташовувалось біля або всередині Південного промислового вузла. Низька кореляція концентрацій формальдегіду з температурою повітря та сильна залежність від напрямків вітру також свідчать про наявність джерела первинного формальдегіду.
За результатами спостережень влітку 2016 року видно, що середньомісячні концентрації формальдегіду трохи знизились. У червні 2016 року середньомісячне перевищення концентрацій формальдегіду становило 3,67 разів на противагу 5,33 разів у червні 2015. Проте, такого зниження аж ніяк не достатньо для досягнення екологічної безпеки населення міста.
Також слід зауважити на тому, що утворення формальдегіду безпосередньо в атмосфері відбувається за рахунок цілої низки забруднюючих речовин, зокрема — широкої гами вуглеводнів. Концентрації цих речовин в повітрі Кривого Рогу не відстежуються і про закономірності їхнього поширення наразі нічого не відомо. Так само, нічого не відомо про численні «нелегальні» джерела викидів, які власне і могли бути однією з причин формування надзвичайно високих концентрацій формальдегіду в повітрі Кривого Рогу.
Наприкінці хочемо додати, що лише оперативний аналіз всієї отриманої моніторингової інформації дозволить виявити закономірності, виявити джерела, знайти «нелегальні» викиди та забезпечити дотримання санітарних норм. Нажаль, сьогодні в Кривому Розі відсутні заходи з оперативної багатосторонньої оцінки ситуації… І ми ще раз наголошуємо на надзвичайній важливості вільного доступу громадськості до первинної екологічної інформації. Ми переконані — якби громадськість мала вільний доступ до цих даних — подібних інцидентів було б набагато менше!