Руководитель Ибрагимова О
О проекте
Целью проекта является создание инновационного устройства Needle Trap (NTD) для высокоэффективного отбора летучих органических соединений (VOC) из атмосферного воздуха. Устройство представляет собой иглу из нержавеющей стали, наполненную сорбентным материалом, обеспечивающим селективный и чувствительный захват органических загрязнителей.
Задачи проекта:

• Конструирование корпуса NTD с учётом аэродинамики и герметичности.
• Подбор и тестирование сорбентов с высокой селективностью к VOC.
• Оптимизация параметров термического десорбирования.
• Разработка методики отбора и последующего анализа проб.

Текущие результаты:

• Создание компактного и воспроизводимого устройства для полевых и лабораторных условий.
• Повышение точности и чувствительности мониторинга воздуха.
• Внедрение новой методики в экологический мониторинг и санитарную химию.

Руководитель Омарова Анара
Цель проекта:
Комплексное исследование химического состава мелкодисперсных частиц PM_2.5, включая концентрации ПАУ, качественный анализ химических элементов и определение морфологических характеристик и окислительного потенциала. Исследование направлено на выявление основных источников, анализа сезонных вариаций и оценку канцерогенного риска воздействия на здоровье населения загрязнения воздуха концентрациями ПАУ. Кроме того, проект включает разработку научно-обоснованных рекомендаций по снижению канцерогенного риска и окислительного потенциала загрязнителей воздуха.
Задачи проекта:

• Отбор образцов PM_2.5 в атмосферном воздухе г. Алматы.
• Исследование среднесуточных и среднегодовых концентраций полициклических ароматических углеводородов в составе мелкодисперсных твердых частиц (PM_2.5), а также анализ их временных вариаций.
• Идентификация источников эмиссии полициклических ароматических углеводородов с использованием диагностических соотношений концентраций отдельных загрязнителей.
• Проведение оценки потенциальных рисков для здоровья населения, обусловленных воздействием полициклических ароматических углеводородов.
• Определение морфологических признаков и элементного состава мелкодисперсных частиц РМ_2.5 для идентификации источников загрязнения.
• Изучение окислительного потенциала PM_2.
• Подготовка и публикация статей в рецензируемых научных журналах в соответствии с требованиями конкурсной документации

1. Омарова Анара Сагидуллаевна – руководитель проекта, PhD, старший научный сотрудник. Scopus ID: 57271406600, ResearcherID: P-5606-2017, ORCID ID: : 0000-0002-3990-1952
2. Байматова Насиба Хикматуллаевна – со-руководитель, PhD, ассоциированный профессор. Scopus ID: 55207389900. ResearcherID: M-8856-2017, ORCID ID: 0000-0002-0631-3425
3. Ибрагимова Ольга Павловна – PhD, старший научный сотрудник. Scopus ID: 57216646818. ResearcherID: O-4098-2017 ORCID ID: 0000-0001-5868-6648
4. Каштанов Артем Евгеньевич – магистр. Scopus ID: 57200445995. ResearcherID: JKI-4910-2023 ORCID ID: 0009-0002-0604-5683
5. Советова Диана Омирбековна – магистр. ORCID ID: 0000-0003-3199-3845
6. Касимов Даурен Аскарович – студент бакалавриата. ORCID: 0009-0001-6311-2531

Руководитель: Бектасов Марат
Цель проекта:
Разработка высокочувствительных и воспроизводимых аналитических методов для определения биогенных летучих органических соединений (БЛОС) и неорганических загрязнителей (включая тяжёлые металлы) в воздухе, воде и почве.
Описание:Проект предлагает инновационный подход к экологическому мониторингу, основанный на сочетании двух передовых методов:

• DHS–GC/MS (динамический отбор проб с газовой хроматографией и масс-спектрометрией) — для анализа БЛОС;
• ICP-OES (оптико-эмиссионная спектрометрия с индуктивно связанной плазмой) — для анализа тяжёлых металлов и других элементов.

Методики будут адаптированы к полевым условиям, что обеспечит мониторинг в реальном времени в экосистемах города Алматы и других регионов Казахстана.

Задачи проекта:

• Оптимизация параметров DHS и GC/MS для выявления ключевых биогенных соединений (α-пинен, 3-карен, дибромметан и др.);
• Разработка методов определения тяжёлых металлов методом ICP-OES;
• Апробация методик на реальных пробах воды и почвы;
• Оценка матричных эффектов и их влияния на точность анализов.

Ожидаемые результаты:

• Публикации в высокорейтинговых научных журналах (Q1–Q3, Scopus/WoS);
• Разработка и внедрение методик мониторинга для городов Казахстана;
• Повышение эффективности экологического контроля и снижение затрат на анализ загрязнений;
• Подготовка PhD-диссертаций и участие в международных конференциях.

Актуальность:
Алматы — город с высокой плотностью населения и сложными условиями рельефа, где природные и антропогенные источники загрязнений переплетаются. Отсутствие систематических данных по БЛОС и тяжёлым металлам затрудняет реализацию эффективной политики по охране окружающей среды. Проект обеспечит научную основу для комплексной оценки состояния окружающей среды и устойчивого управления природными ресурсами.

Руководитель Турсумбаева Мадина
Цель проекта
Углублённый анализ эпизодов загрязнения воздуха в Алматы и изучение влияния метеорологических факторов (в частности, температурных инверсий) на концентрации PM2.5, а также оценка воздействия городского загрязнения на горные экосистемы, включая ледники.

Методология

• Использование интегрированной системы моделирования WRF-CHIMERE для анализа динамики загрязнений и атмосферных процессов.
• Сбор и анализ метеорологических, аэрологических и синоптических данных.
• Верификация моделей с использованием наблюдательных данных и расчёт ключевых показателей (R, NMB, NME).
• Анализ взаимодействия городской атмосферы с окружающими горами.

Научная новизна

• Впервые в Казахстане будет применена система WRF-CHIMERE для оценки влияния городской эмиссии PM2.5 на горные районы.
• Проект заполняет пробел в исследованиях по взаимодействию метеоусловий и загрязнений в регионе Центральной Азии.

Ожидаемые результаты

• 2 публикации в международных научных журналах (Q1–Q3);
• Подготовка и защита PhD-диссертации;
• Разработка рекомендаций для стратегий управления качеством воздуха;
• Проведение семинаров и тренингов по моделированию качества воздуха в КазНУ.

Актуальность
Алматы — мегаполис, расположенный у подножия Заилийского Алатау, регулярно подвергается эпизодам сильного загрязнения воздуха. Метеорологические условия и сложный рельеф усугубляют проблему. Проект призван дать научную основу для принятия эффективных экологических мер и улучшения качества жизни горожан.

грантовое финансирование

Разработка методики определения средневзвешенных концентраций органических загрязнителей для мониторинга атмосферного воздуха города Алматы AP09058606
Руководитель проекта Байматова Насиба
Участники проекта:​

• Ибрагимова Ольга, научный сотрудник, докторант
• Омарова Анара, научный сотрудник
• Букенов Бауыржан, научный сотрудник, докторант
• Тұрсұн Казбек, лаборант

Загрязнение атмосферного воздуха является причиной повышенной заболеваемости населения и существенных экономических потерь. В Казахстане отсутствует полноценная научная характеристика загрязнения воздуха органическими загрязнителями и его ассоциации с онкологическими заболеваниями. Одним из основных этапов деятельности по уменьшению влияния загрязнённого воздуха является мониторинг.
Цель проекта – разработка методики определения средневзвешенных концентраций органических загрязнителей в атмосферном воздухе города Алматы для мониторинга и оценки риска возникновения онкологических заболеваний. 

Задачи программы
Задача 1. Исследование вклада различных источников загрязнения в концентрацию мелких частиц PM2.5 в атмосферном воздухе для отдельных городов Казахстана с использованием химического анализа их состава и рецепторного моделирования.
В рамках Задачи 1 будут установлены две станции отбора проб в городах Алматы и Нур-Султан. Для исследования источников загрязнения PM2.5 будет проанализирован химический состав частиц и их массовые концентрации. Для проведения определения источников путем рецепторного моделирования требуется анализ: массовых концентраций ионов, тяжелых металлов, органического и элементарного углерода. Положительная матричная факторизация будет использоваться в качестве рецепторной модели.
Задача 2. Изучение концентраций различных фракций взвешенных частиц (PM2.5, PM10), летучих органических соединений, тяжелых металлов и полициклических ароматических углеводородов в воздухе отдельных городов Казахстана.
В Задаче 2 массовые концентрации PM2.5, PM10, летучих органических соединений, тяжелых металлов и полициклических ароматических углеводородов будут определены в Алматы и Нур-Султане. Полученные концентрации позволят оценить уровень загрязнения атмосферного воздуха и его зависимость от погодных условий и времени года.
Задача 3. Оценка пространственных и временных изменений загрязнителей воздуха в выбранных городах Казахстана с использованием установленных концентраций и данных национальной мониторинговой сети наземных станций.
В рамках Задачи 3 будут проанализированы пространственные и временные изменения концентраций загрязнителей воздуха. Данные с наземных станций мониторинга Казгидромета и веб-сайта www.airkaz.org будут собраны и проанализированы для выбранных городов. Такие изменения позволят оценить влияние метеорологических параметров и местоположения на уровни загрязнения воздуха. В Задаче 3 будут проанализированы такие загрязнители, как PM2.5, PM10, NO2, CO, SO2 и O3.
Задача 4. Оценка смертности, заболеваемости и экономического ущерба от загрязнения воздуха.
В рамках Задачи 4 оценка преждевременной смертности, связанной с экспозицией к PM2.5, будет проводиться с использованием новой функции «концентрация-реакция» глобальной модели расчета смертности от экспозиции (GEMM). Будут оценены коэффициенты смертности, связанные с пятью причинами: инфекциями нижних дыхательных путей, хронической обструктивной болезнью легких, раком легких, ишемической болезнью сердца и инсультом.
Задача 5. Разработка индикаторов качества воздуха на основе полученных данных и результатов моделирования.
Полученные результаты по определению вклада источников, концентрациям загрязняющих веществ и их процентилям будут использованы для разработки индикаторов качества воздуха для города Алматы и Нур-Султана. Будут рассмотрены возможные варианты сокращения выбросов различными способами и принятием мер, и будут предложены показатели качества воздуха для постепенного улучшения качества воздуха до 2030 года.
Задача 6. Разработка научно обоснованной программы улучшения качества воздуха с использованием современных инструментов моделирования качества воздуха.
План мероприятий по улучшению качества воздуха будет разработан для городов Алматы и Нур-Султан. Рекомендации по улучшению качества воздуха будут представлены и обсуждены с уполномоченными органами и соответствующими заинтересованными сторонами. План действий будет содержать: 1) анализ существующей ситуации с загрязнением воздуха в выбранных городах; 2) анализ передового международного опыта и 3) рекомендации по улучшению качества воздуха.

Цель проекта – лучшее понимание загрязнения воздуха: от его формирования в источниках до распределения и разработка плана действий по эффективному контролю загрязнения с использованием современных методов таких как химический анализ, рецепторное моделирование, статистический анализ наземных наблюдений.

Задачи проекта
Задача 1: Оценка пространственных и временных изменений загрязняющих веществ в воздухе в Алматы с использованием сети наземных станций мониторинга.
В рамках задачи 1: Почасовые измерения (по станциям) показателей загрязняющих веществ (PM2.5, PM10, NO2, SO2 и CO) и метеорологические данные будут получены от Национальной Гидрометеорологической Службы Республики Казахстан (РГП «Казгидромет»). Эти данные будут использованы для оценки качества воздуха и оценки динамики изменений атмосферы и тенденций загрязнения в г. Алматы. Оценка качества воздуха в Алматы включает временные, пространственные и сезонные различия в уровнях загрязнения.
Задача 2: Определение источников мелкодисперсных частиц PM2.5.
В рамках задачи 2: Основными видами деятельности являются установка станций отбора проб, сбор образцов PM и химическая характеристика образцов PM (с применением методов химического анализа). Одна станция мониторинга PM будет установлена в центре города Алматы для ежедневного массового забора образцов. Будут проанализированы массовая концентрация в воздухе и химический состав полученных образцов. Определение источников является ключевым шагом в любых планах и структурах управления загрязнением воздуха в городской местности. Потенциальные вклады источников будут определены с использованием новейших рецепторных моделей.
Задача 3: Изучение основных тенденций и факторов загрязнения воздуха.
В рамках задачи 3: Сначала будет количественно определена пространственная структура загрязнения воздуха, а затем будут изучены связи концентраций загрязнителей воздуха с несколькими социально-экономическими и метеорологическими факторами для выбранных городов с использованием корреляционного анализа в годовом и сезонном масштабах. Социально-экономические факторы включают в себя (но, не ограничиваясь ими) потребление энергии, валовой внутренний продукт (ВВП), численность населения, доходы домашних хозяйств, площадь жилого фонда и т.д.
Задача 4: Разработка плана действий с эффективными мерами по снижению загрязнения воздуха для политиков.
В рамках задачи 4: Будет разработан план действий с эффективными мерами по снижению загрязнения воздуха для политиков. Контроль качества воздуха часто является сложным и междисциплинарным заданием, и существует множество мер и технологий по сокращению количества выбросов, которые могут иметь различный потенциал сокращения объемов выбросов и экономическую эффективность. Будут перечислены и расставлены по приоритетам меры по снижению объемов загрязнения с использованием метода Многокритериального Инструмента Поддержки Принятия Решений (MCDA). Будет представлен план действий по эффективному контролю загрязнения. Данный план будет обсужден с лицами, принимающими политические решения, и соответствующими заинтересованными сторонами. Результаты исследования будут распространяться посредством публикаций в рецензируемых журналах. Кроме того, на местном уровне будет проведен Национальный Семинар по качеству воздуха для распространения результатов проекта с приглашением заинтересованных сторон, включая ключевых лиц, принимающих политические решения, академические учреждения, неправительственные организации и средства массовой информации.

Результаты исследований проекта

В рамках проекта была проведена оценка пространственных и временных изменений загрязнителей воздуха и метеорологических параметров в городе Алматы с использованием сети наземных станций мониторинга, проведено исследование химического состава частиц РМ2.5 для определения источников, также разработан план действий по эффективному снижению загрязнения воздуха для города Алматы.
В городе Алматы наблюдается серьезное ухудшение качества воздуха, что подтверждается как национальной сетью мониторинга качества воздуха, так и независимой сетью мониторинга Airkaz. По данным Airkaz.org значения годовой концентрации PM2.5 превышали годовую норму, установленной ВОЗ (5 мкг/м3), в 9,4–11,8 раз в 2017–2020 гг. Годовые концентрации РМ2.5 в Алматы имеют существенные различия по районам города. Минимальное превышение наблюдалось в Медеуском районе (в 6,4-7,0 раза), а самое большое наблюдается в Турксибском (в 13,4–13,8 раза) и Алатауском районах (в 14,8-19,6 раза). Среднемесячные концентрации PM2.5 имеют ярко выраженный ход в течение года. Максимальные значения среднемесячных концентраций наблюдаются в зимние месяцы (86 до 134 мкг/м3), когда практически во все дни среднесуточные концентрации превышали суточную норму ВОЗ для PM2.5. Минимальные месячные концентрации наблюдаются в летний (16-23 мкг/м3 в летний период среднесуточные концентрации превышали суточную норму ВОЗ в большей степени в Турксибском и Алатауском районах.
Высокие концентрации в холодное время года могут быть объяснены увеличением выбросов в атмосферу и метеорологическими условиями. В зимнее время высоким концентрациям РМ2.5 способствовали низкие значения температуры, скорости ветра, количества осадков и высокие значения относительной влажности. Более того в холодное полугодие (с октября по март) наблюдались низкие значения PBLH (392,5 м. н.у.з.), которые соответствовали более высоким концентрациям PM2.5 за счет уменьшения вертикального перемешивания.
Впервые в городе Алматы были выполнены исследования по определению металлов, ионов, ОС и ЕС в составе частиц РМ2.5 с использованием пробоотборника SASS PM2.5 ambient chemical speciation sampler (производитель Met One Instruments, Inc., США). Всего за весь период исследования было собрано 427 образцов и 39 выездных бланков. Были оценены временные вариации металлов (19 элементов), катионов и анионов (12 ионов), ОС и ЕС, максимальные концентрации которых были в зимний период.
За период исследования за концентрация многих исследуемых элементов на частицах PM2.5 были подвержены сезонным колебаниям. Максимальные концентрации элементов приходился на зимний период: максимальные среднемесячные концентрации для Al, K, Ca, Sc, Fe, Ni, Cu, Zn, As и Pb – 4,421, 2,720, 2,507, 0,053, 3,710, 1,411, 0,167, 0,551, 0,155 и 0,046 мкг/м3 соответственно.
Средние концентрации ионов Na+, NH4+, K+, Mg2+, Ca2+, F-, Cl-, SO42-, Br-, NO3- и PO43- составили 0,081, 2,194, 0,122, 0,007, 0,170, 0,012, 0,379, 2,85, 0,050, 3,923 и 0,033 мкг/м3, соответственно. Среднегодовая концентрация всех анионов в PM2.5 составила 7,25 мкг/м3, что в 2,8 раза превышает суммарную концентрацию катионов, равную 2,6 мкг/м3. Кроме того, было отмечено, что сульфат, нитрат, аммоний, натрий, калий и хлорид-ионы имеют ярко выраженную сезонность, причем повышенные концентрации отмечаются в зимние месяцы.
Концентрации ОС и ЕС также показали четкое различие в зависимости от сезона. Максимальные значения были обнаружены в зимний период ОС варьировались от 2,6 до 71,4 мкг/м3 и ЕС от 0,2 до 13,3 мкг/м3. В среднем зимние концентрации ОС и ЕС превышали летние значения в 4,7 и 8,5 раз, соответвенно.
По результатам рецепторной модели РСА главными источниками являлись (1) сжигание угля, и вторичное образование частиц РМ2.5 (46,6%), (2) выбросы автотранспорта, дорожная пыль или почвенный покров (25,7%), (3) предприятий малой промышленности или печного отопления, износ резиновых шин (14,7%). Оставшиеся 13% относятся к комбинациям других статистически незначительных параметров.
Выявление главного источника посредством суммирования всех загрязняющих веществ и выявление главного источника загрязнения приводит к неэффективным мерам по борьбе с загрязнением воздуха и игнорированию основных источников PM. Решение проблемы загрязнения воздуха в г. Алматы требует комплексного подхода. Поэтому необходимы меры по снижению потребления угля на ТЭЦ 2, ТЭЦ-3, частном секторе и предприятиях, поощрению устойчивых энергетических практик и защите общественного здоровья из-за значительных рисков, связанных с чрезмерным потреблением угля путем ужесточения экологического регулирования. Параллельно необходимо улучшение качества топлива: необходимо повысить качество бензина и дизельного топлива, ужесточить требования к техническому состоянию личного автотранспорта, а также внедрить стимулы для перехода на более чистые виды топлива как для населения, так и для транспортных компаний.
По результатам исследования были опубликованы две публикации в рецензируемых зарубежных научных изданиях, индексируемых базами данных Web of Science (WoS, Q1-Q2), и доложены шесть докладов в пяти международных и Казахстанских конференциях (Приложение Е). В рамках проекта подготовлена одна Ph.D. диссертация к защите (Приложение Е).
Социально-экономический эффект данного исследования заключается в определении источников образования частиц РМ2.5 путем определения их химического состава, что значительно поможет в улучшении контроля над качеством воздуха и планирования энергопотребления на основе фактических источников данных. А также результатом данного проекта является повышение осведомленности ответственных лиц, принимающих решения, академического сообщества и местного населения о серьезности проблемы, предоставлением данных о состоянии качества воздуха, полученных при помощи передовых методов и технологий. Влияние такой исследовательской деятельности неоценимо на мероприятия и планы действий, направленных на снижение загрязнения воздуха.
Более того, результаты исследования по данным о качестве воздуха и источниках загрязнения помогут повысить осведомленность среди всего населения Казахстана. Ожидается также, что данное исследование создаст эффект домино за счет повышения осведомленности лиц, принимающих политические решения (включая в системе здравоохранения), местных поставщиков технологий, местных муниципалитетов и академического сообщества, включая на уровне среднего образования.
Результаты исследования были распространены среди потенциальных пользователей, сообщества ученых и широкой общественности, на сайте и социальных сетях (Telegram и Instagram) лаборатории «Экология биосферы» и в социальных сетях руководителя проекта (Приложение Е). Работа над публикациями результатов проекта продолжаются и предполагается, что исследование положит начало будущим исследованиям качества воздуха в Казахстане и может стать основой для развития выдающегося центра исследований качества воздуха в Центральной Азии.