CC BY
81
УДК 550.846:620.9
БИОГЕОХИМИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕРРИТОРИЙ РАЗМЕЩЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ КАК ИНДИКАТОР КОМПЛЕКСНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ
© А.Ф. Брюхань
Ключевые слова: загрязнение; ландшафт; снежный покров; донные отложения; биота; тепловая электростанция. Исследуется аккумуляция загрязняющих агентов в снежном покрове, донных отложениях и биоте на территориях размещения тепловых электростанций (ТЭС). Установлено, что концентрации металлов в этих средах вблизи ТЭС превышают соответствующие концентрации в пахотном слое почвы. Результаты химического анализа проб снега показывают резкое уменьшение количества осажденных загрязняющих агентов с увеличением расстояния от дымовых труб ТЭС. Обоснована возможность использования количественных характеристик аккумуляции загрязнений в снежном покрове, донных отложениях и биоте в качестве индикаторов общего загрязнения природно-техногенных ландшафтов.
ВВЕДЕНИЕ
Нормативные требования к выполнению инженерно-экологических изысканий для строительства тепловых электростанций (ТЭС) предусматривают многокомпонентные геоэкологические исследования в зонах техногенного воздействия (ЗТВ) ТЭС [1-2]. В некоторых случаях, например при оценке общего техногенного загрязнения территорий, прилегающих к ТЭС, проведение детальных геоэкологических исследований нецелесообразно. Поэтому возникает задача установления степени биогеохимического загрязнения ландшафтов по ограниченному числу показателей (индикаторов).
Полученные ранее результаты инженерно-экологических изысканий в районе размещения нескольких ТЭС [3] позволяют проанализировать воздействие ТЭС на компоненты природной среды и выявить те, которые наиболее полно характеризуют общее биогеохимиче-ское загрязнение ландшафтов. Такие воздействия можно интерпретировать как индикаторы комплексного загрязнения природной среды в ЗТВ ТЭС.
1. ИНДИКАТОРЫ БИОГЕОХИМИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ
Учитывая результаты инженерно-экологических изысканий на объектах электроэнергетики [3], можно выделить основные потенциальные индикаторы био-геохимического загрязнения: загрязнение снежного покрова; аккумуляцию загрязняющих веществ (ЗВ) в биоте; аккумуляцию ЗВ в донных отложениях; радиационное загрязнение территорий [4].
Согласно [5], ареал загрязнения территорий вблизи ТЭС достаточно просто выявляется с помощью космических снимков снежного покрова. Оценку интенсивности осаждения ЗВ в снежный период можно получить путем отбора проб снега. С учетом последующего загрязнения других ландшафтных компонентов (почвы, поверхностных и подземных вод, растительности) уро-
вень загрязнения снежного покрова можно интерпретировать как индикатор общего биогеохимического загрязнения территории.
Из работ [6-8] известно, что представители биоты, например, клевер, грибы и рыба, способны аккумулировать в себе большие количества тяжелых металлов и других опасных загрязняющих агентов. Тем самым, они играют роль биологического индикатора техногенного загрязнения. Другим индикатором техногенного биогеохимического загрязнения ландшафтов являются донные отложения, в которых накапливаются ЗВ, попадающие в водные объекты различными способами -в результате осаждения зольных и аэрозольных частиц из атмосферы, сброса загрязненных сточных вод, эрозии почв и смыва ЗВ с поверхности почвы водосборных бассейнов. Радионуклиды, содержащиеся в топливе ТЭС, после его сжигания выбрасываются с золовы-ми частицами из дымовых труб в атмосферу, а затем выпадают с ними на земную поверхность. Согласно [9], угольная ТЭС средней мощности выбрасывает в атмосферу около 3-4 т урана в год. Кроме урана в выбросах ТЭС также присутствуют Яа226, Ро210, РЬ212, рЬ214 и другие естественные радионуклиды (ЕРН) [10]. Таким образом, для угольных, и в меньшей степени, мазутных ТЭС индикатором общего биогеохимического загрязнения техногенных ландшафтов может также являться радиационное загрязнение территорий.
На первый взгляд может показаться, что к системе индикаторов техногенного загрязнения можно отнести также уровень загрязнения замкнутых водных объектов, поскольку ЗВ попадают в них в результате смыва дождевыми и талыми водами со всей территории бассейнов водоемов. Однако помимо сточных вод, обусловленных функционированием ТЭС, в водоемы попадают также очищенные воды других хозяйствующих субъектов и, кроме того, сточные воды со свалок и захламленных территорий. Поэтому практически невозможно идентифицировать вклад ТЭС в общее загрязнение вод водоемов.
2. РЕЗУЛЬТАТНІ
Потенциальные индикаторы, перечисленные выше, исследовались с учетом первичных данных, полученных в рамках инженерно-экологических изысканий в районе золоотвала № 4 действующей Черепетской ГРЭС, на площадке Мордовской ГРЭС, намечаемой к строительству, и на участке склада сухой золы действующей ТЭЦ-22 ОАО «Мосэнерго». Инженерно-экологические изыскания, включающие отбор проб на исследуемых территориях, проводились в соответствии с действующими нормативным требованиям [1-2]. Химические анализы образцов снеговой воды, растительности, рыбы, донного ила выполнялись в ВИМС им. Н.М. Федоровского и ООО «Эко-Дизайн Инжиниринг». Анализы образцов почвы на содержание радионуклидов проводились соответствующими территориальными подразделениями Роспотребнадзора. Измерения мощности эквивалентной дозы (МЭД) внешнего гамма-излучения проводились в рамках полевых работ, предусмотренных инженерно-экологическими изысканиями.
Основные сведения об инженерно-изыскательских работах приведены в табл. 1.
2.1. Снежный покров
Степень загрязнения природно-техногенных ландшафтов определяется главным образом интенсивностью выпадения ЗВ, выбрасываемых из дымовых труб предприятий на земную поверхность. Поскольку при сходе снежного покрова загрязняющие агенты проникают в почву, поверхностные и подземные воды, и кроме того, усваиваются растительностью, ареалы загрязнения снежного покрова характеризуют комплексное загрязнение ландшафтов. Необходимо отметить, что выявление ЗТВ ТЭС описанным способом возможно лишь для тех территорий и сезонов, где формируется устойчивый снежный покров. Для территорий со снежным покровом при его отсутствии в теплое время года информацию о ЗТВ может дополнить роза ветров.
Повышенная интенсивность выпадения загрязняющих агентов вблизи ТЭС подтверждается лабораторными анализами результатов снегомерных съемок. В работе [3] на примере территории, прилегающей к Черепетской ГРЭС, установлено, что количество ЗВ, выпадающих на земную поверхность вблизи ТЭС, может на порядок превышать фоновое значение. Значительные различия в количестве осажденных ЗВ в пробах, отобранных в пределах и за пределами ЗТВ, указывает на возможность использования показателя загрязнения
Таблица 1
Основные сведения об инженерно-изыскательских изысканиях
Объекты ТЭС Годы выполнения работ Изыскательские организации
Золоотвал № 4 Че-репетской ГРЭС 2004 ФГУП «ПНИИИС»
Площадка Мордовской ГРЭС 2004-2005 ООО «Тэп-изыскания»
Участок склада сухой золы ТЭЦ-22 2006-2007 ООО «Тэп-изыскания»
снежного покрова в качестве индикатора загрязнения техногенных ландшафтов.
2.2. Биота
В процессе выбора точек отбора проб учитывались их удаленность от ТЭС, среднегодовая роза ветров, характер рельефа и почвенного покрова территории, расположение населенных пунктов, дорожных коммуникаций и другие факторы. В рамках полевых работ были отобраны следующие пробы:
A). В районе золоотвала № 4 Черепетской ГРЭС:
- 11 проб стеблей и листьев клевера;
- 4 пробы грибов;
- 2 пробы рыбы.
B). В районе площадки Мордовской ГРЭС:
- 9 проб злаков (стеблей и корней растений);
- 1 смешанная пробы рыбы (в районе площадки Мордовской ГРЭС).
Черепетская ГРЭС. Отобранные пробы клевера были подвергнуты атомно-абсорбционному анализу на 11 элементов. По результатам анализа было установлено, что во всех исследованных пробах содержание нормируемых вредных веществ значительно ниже ПДК. В районе ГРЭС также выполнен отбор трех проб съедобных грибов. Кроме того, была отобрана четвертая фоновая проба в окрестностях г. Одоева, расположенного в 23 км к юго-востоку от ГРЭС. Для определения содержания вредных веществ в рыбе были выловлены караси из пруда, находящегося вблизи золоот-вала № 4, и толстолобик, выловленный в Черепетском водохранилище. По результатам лабораторных анализов проб клевера, грибов и рыбы было установлено, что уровень их химического загрязнения незначителен и удовлетворяет нормативным требованиям, устанавливаемым для кормовых сельскохозяйственных культур и пищевых продуктов.
Мордовская ГРЭС. Образцы злаков, отобранные в районе площадки Мордовской ГРЭС, исследовались на содержание 67 химических элементов масс-спектраль-ным и атомно-эмиссионным методами. По результатам химического анализа было установлено, что содержание металлов в пробах растительности изменяется в широких пределах. В районе площадки ГРЭС из р. Мокши была также отобрана смешанная проба рыбы (окуня и плотвы). По результатам анализа было установлено, что содержание металлов в пробе (за исключением ртути) оказалось значительно ниже ПДК.
Сравнение концентраций металлов в пробах растительности с результатами определения концентраций металлов в образцах пахотного слоя почвы, отобранных в тех же точках, что и образцы растительности, показывает значительное превышение содержания металлов в растительности над их содержанием в почве (в несколько раз). Это обстоятельство подтверждает известное свойство живых организмов, в т. ч. и растительных [6], накапливать металлы, рассеянные в среде их обитания. Также оказалось, что концентрации металлов в рыбе значительно выше, чем в воде р. Мокши, откуда она была выловлена. Несмотря на значительную техногенную нагрузку на территорию размещения Че-репетской ГРЭС, уровень аккумуляции вредных веществ в биоте сохраняется в пределах нормативных требований. В сравнении с территорией размещения Черепетской ГРЭС район площадки Мордовской ГРЭС характеризуется более высоким уровнем загрязнения.
2.3. Донные отложения
Черепетская ГРЭС. Результаты химических анализов 18 проб донных отложений (ила) на содержание подвижных форм тяжелых металлов показали, что во всех образцах содержание металлов значительно ниже соответствующих ПДК, установленных для почвы.
Согласно санитарным критериям для почвы (для донных отложений подобные нормативы не разработаны), категории микробиологического и паразитологического загрязнения 4 образцов донных отложений оказались следующими: по индексу бактерий группы кишечных палочек - от умеренно опасной до опасной; по индексу энтерококков - от чистой до опасной; по индексу патогенных бактерий, включая сальмонелл, -чистая; по коли-индексу - от чистой до умеренно опасной; по количеству яиц гельминтов - чистая. Анализ результатов оценки биологического загрязнения показывает, что в большей степени загрязнен донный ил ручьев, протекающих вблизи несанкционированной свалки твердых бытовых отходов.
Мордовская ГРЭС. В процессе полевых работ выполнено опробование донного ила (6 проб) рек Мокши и Рябки. Концентрации вредных веществ в донных отложениях оказались сравнительно невысокими. Донный ил обеих рек загрязнен примерно одинаково. В большей степени загрязнены донные отложения р. Рябка, где отмечаются относительно более высокие концентрации цинка, бериллия, кобальта, никеля, меди, бария, марганца.
Сравнение результатов по территориям двух объектов показало, что донные отложения рек Мокши и Рябки загрязнены сильнее, чем донные отложения водных объектов, находящихся в ЗТВ Черепетскогй ГРЭС. В целом по обеим исследуемым территориям установлено, что концентрации металлов в донных отложениях превышают их концентрации в пахотном слое почвы.
2.4. Радиационное загрязнение территорий
Черепетская ГРЭС. При проведении полевых работ проведен отбор 5 проб почвы, 2 проб золы из золо-отвала № 4 и 6 проб донных отложений на лабораторное исследование удельной активности ЕРН и С8137. Согласно результатам анализа, радиоактивного загрязнения исследованных образцов не установлено. В то же время, в трех образцах техногенной почвы и золы выявлено относительно повышенное содержание радионуклидов Яа226 и 1Ъ232 ( 38-74 Бк/кг и 42-60 Бк/кг соответственно). Для оценки внешнего гамма-фона проводилась маршрутная (пешеходная) гамма-съемка с одновременным использованием поискового гамма-радиометра СРП-97. Результаты измерений показали, что на исследуемой территории МЭД внешнего гамма-излучения изменяется в пределах 0,09-0,19 мкЗв/ч и не превышает допустимого уровня. Вместе с тем вблизи золоотвала гамма-фон, оставаясь незначительным, слегка превышает его значения в отдельных точках измерения.
ТЭЦ-22. Для оценки радиационного загрязнения почв и грунтов на участке склада сухой золы проводились измерения удельной активности ЕРН и С8137 в 27 пробах. Пробы почвы отбирались в пахотном слое почвы, а пробы грунта - с глубины 1,0-9,0 м. Согласно результатам лабораторных исследований, содержание ЕРН и С8137 в образцах не превышает допустимого
уровня. При проведении радиометрического обследования источников ионизирующего излучения и участков с повышенными уровнями гамма-фона не обнаружено. Результаты измерений показали, что МЭД внешнего гамма-излучения изменяется в пределах 0,09-0,16. Таким образом, гамма-фон на исследуемом участке не отличается от присущего данной местности естественного гамма-фона.
Результаты радиационных исследований территорий Черепетской ГРЭС и ТЭЦ-22 указывают на бесперспективность использования уровня радиационного загрязнения в качестве индикатора общего загрязнения техногенных ландшафтов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. В процессе инженерно-экологических изысканий в районе Черепетской ГРЭС, Мордовской ГРЭС, ТЭЦ-22 ОАО «Мосэнерго» выполнено комплексное биогео-химическое исследование территорий их размещения.
2. На основе результатов инженерно-экологических изысканий в районе размещения различных ТЭС выполнен анализ возможности использования показателей загрязнения снежного покрова, биоты, донных отложений, а также радиационного загрязнения территорий в качестве индикаторов общего биогеохимиче-ского загрязнения ландшафтов в ЗТВ ТЭС.
3. Результаты химического анализа проб снега показывают резкое уменьшение количества осажденных загрязняющих агентов с увеличением расстояния от дымовых труб ТЭС.
4. Для территорий размещения Черепетской и Мордовской ГРЭС установлено, что концентрации металлов, аккумулируемых в растительности (клевере и злаках), ниже ПДК для кормовых сельскохозяйственных культур. При этом концентрации металлов в растительности значительно превышают их концентрации в почве. Лабораторные анализы образцов грибов и рыбы, отобранных в районе Черепетской ГРЭС, также показали незначительный уровень их химического загрязнения и его соответствие нормативным требованиям, устанавливаемым для пищевых продуктов. Наряду с этим, в пробе рыбы, выловленной в районе площадки Мордовской ГРЭС, обнаружено высокое содержание ртути.
5. Установлено, что концентрации металлов в донных отложениях территорий размещения Черепетской и Мордовской ГРЭС превышают соответствующие концентрации в пахотном слое почвы.
6. Исследование радиационного загрязнения территорий Черепетской ГРЭС и ТЭЦ-22 показало бесперспективность использования уровня радиационного загрязнения в качестве индикатора общего биогеохи-мического загрязнения ландшафтов.
7. Результаты исследования обосновывают возможность использования следующих индикаторов био-геохимического загрязнения ландшафтов в ЗТВ ТЭС (в порядке их значимости): снежного покрова, биоты, донных отложений.
ЛИТЕРАТУРА
1. СНиП 11-02-96. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения. М.: Минстрой России, 1997. 44 с.
2. СП 11-102-97. Инженерно-экологические изыскания для строительства. М.: Госстрой России, 1997. 41 с.
3. Брюхань А.Ф., Брюхань Ф.Ф., Потапов А.Д. Инженерно-экологические изыскания для строительства тепловых электростанций. М.: Изд-во АСВ, 2010. 192 с.
4. Брюхань А.Ф. Система индикаторов комплексного загрязнения природной среды в зонах техногенного воздействия ТЭС // Вестник МГСУ. 2011. Т. 1. № 1. С. 58-63.
5. Брюхань А. Ф. Оценка техногенного загрязнения ландшафтов выбросами тепловых электростанций по результатам снегомерной съемки // Вестник Московского государственного областного университета. Сер. Естественные науки. 2010. № 4. С. 90-93.
6. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение. Новосибирск: Наука, 1991. 151 с.
7. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. М.: Мир, 1989. 439 с.
8. De Andrade V.M., Da Silva J. R., Da Silva F.R. [et al.] Fish as bioindicators to assess the effects of pollution in two southern Brazilian rivers using the Comet assay and micronucleus test // Environmental and Molecular Mutagenesis. 2004. V. 44. P. 459-468.
9. Рихванов Л.П. Общие и региональные проблемы радиоэкологии. Томск: Изд-во Том. политех. ун-та, 1997. 384 с.
10. Mandal A., Sengupta D. Radioelemental study of Kolaght, thermal power plant, West Bengal, India: possible environmental hazards // Environmental Geology. 2003. V. 44. P. 180-186.
Поступила в редакцию 25 сентября 2012 г.
Bryukhan A.F. BIOGEOCHEMICAL STATE OF THE THERMAL POWER PLANTS TERRITORIES AS AN INDICATOR OF THE NATURAL ENVIRONMENTAL INTEGRATED POLLUTION
The accumulation of pollutants in the snow cover, bottom sediments and biota on the thermal power plants (TPP) territories are investigated. It was stated that concentrations of metals in these environments near thermal power plants (TPP) higher than those in the plowing layer of the soil. Chemical analysis of snow samples shows a sharp decrease of the amount of precipitated pollutants with distance from the thermal power plants (TPP) chimneys. The possibility of the use of quantitative pollution characteristics of snow cover, as well as pollutants accumulation in bottom sediments and biota, as indicators of the general pollution of natural and man-made landscapes has been grounded.
Key words: pollution; landscape; snow cover; bottom sediments; biota; thermal power plant.
