Характеристика загрязнения водных ресурсов Пермского края тяжелыми металлами Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

2013

Химия

Вып. 1(9)

УДК 543.272.8:572.524.22

ХАРАКТЕРИСТИКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ ПЕРМСКОГО КРАЯ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

Л.И. Торопов

Пермский государственный национальный исследовательский университет. 614990, г. Пермь, ул. Букирева, 15 E-mail: toropov@psu.ru

В работе дана характеристика состояния водных ресурсов Пермского края. Приведена оценка качества водных объектов относительно загрязнения их тяжелыми металлами (ТМ). Установлены приоритетные для водных объектов Пермского края ТМ и превышение их предельно-допустимых концентраций. Выявлены проблемные места в организации мониторинга окружающей природной среды. Даны рекомендации.

Ключевые слова: окружающая среда; водные объекты; тяжелые металлы; экология

Территория Пермского края расположена в бассейне р. Камы и покрыта густой гидрографической сетью, представленной всеми типами внутренних водных объектов - реками, водохранилищами, прудами, озерами, болотами. В крае насчитывается более 29 тыс. рек. Большинство рек края — малые, длиной менее 200 км, и только 19 рек имеют большую протяженность. Реки Кама и Чусовая относятся к разряду больших — их длина свыше 500 км и характеризуются значительной величиной стока. По обеспеченности водными ресурсами Пермский край занимает 1-е место на Урале

- 19,06 тыс. м3/год на человека, по объемам забираемой воды — 10-е место в Российской Федерации [1]. Таким образом, богатые водные ресурсы используются очень активно. На территории Пермского края создан мощный водохозяйственный комплекс для

Введение

обеспечения потребностей в воде населения, промышленности, сельского хозяйства, гидроэнергетики, для развития судоходства, рыбного промысла, рекреации. Важная роль в водохозяйственном комплексе принадлежит водохранилищам, которые обеспечивают регулирование во времени стока рек. Крупнейшие из них — Камское, Боткинское (на р. Кама) и Широковское (р. Кось-ва) (рис. 1). В Прикамье представлены предприятия всех основных отраслей экономики России. До 87 % от общего забора воды используется на промышленные нужды. Забор воды по основным отраслям за 2008 г. составил 2903.27 км3 (рис. 2). К числу наиболее крупных водопользователей (свыше 50 млн. м3/год) относятся:

• Филиал Яйвинская ГРЭС-16 ОАО

«ОГК-4», п. Яйва;

• Филиал Закамская ТЭЦ-5 ОАО «ТГК -

9», г. Краснокамск;

© Торопов Л.И., 2013

Соликамск

іерсзники

Иньва

КИРОВСКАЯ

ОБЛАСТЬ

УДМУРТИЯ

РЕСПУБЛИКА МАРИЙ ЭЛ

[Янское вдхр. Чайковский

Ижевск

СВЕРДЛОВСКАЯ ОБЛАСТЬ \

Сарапул

Казань

Ніс^і^^^І^^Нефтекамск Набережные Челны

Нижнекамск

ЧИСТОПОЛЬ!

ТАТАРСТАН

ЧЕЛЯБИНСКАЯ XОБЛАСТИ Л

БАШКОРТОСТАН

ОРЕНБУРГСКАЯ V ОБЛАСТЬ

Рис. 1. Бассейн р. Кама.

□ теплоэнергетика - 78.2%

□ топливная -1 2%

□ черная металлургия -1.2%

□ цветная металлургия - 0.6%

□ химическая и нефтехимическая - 5.4%

□ лес ная дерев ооб рабаты ваюп^я - 3 0% ■ жипишн1>ксммуна.пьноехозяйство - 8 4%

□ сельское хозяйство- 0 2%

□ прочие -2.1%

Рис. 2. Потребление воды предприятиями основных отраслей экономики Пермского края в 2008 г.

• Филиал Чайковская ТЭЦ ОАО «ТГК-9», г. Чайковский;

• Пермский филиал ООО «Новогор -Прикамье», г. Пермь;

• Пермская ГРЭС - Филиал ОАО «ОГК-1», г. Добрянка.

Объем сбрасываемых в поверхностные водные объекты загрязненных сточных вод в 2008 г. увеличивался за счет ненормативной очистки стоков на очистных сооружениях ООО «НОВОГОР-Прикамье». Кроме него наибольшие объемы загрязненных сточных вод сбрасываются следующими предприятиями края: ООО «Промканал» г. Березники, ОАО ЦБК «Кама», ОАО «Чусовской металлургический завод», ОАО «Соликамский магниевый завод», ООО «Водоканал» и ОАО «Сильвинит» г. Соликамск т.

Оценка качества водных объектов проводилась на основе статистической обработки результатов гидрохимических наблюдений, проводимых ГУ «Пермский ЦГМС» в последние годы на 21 водном объекте (из них 3 водохранилища) в 35 пунктах (48 створах) в основные фазы гид-

рологического режима (от 7 до 12 раз в год). В пробах воды определялись 35 ингредиентов (показатели физического, газового, биогенного, органического, солевого состава, загрязняющие вещества). В 2011 г. по-прежнему к наиболее распространенным загрязняющим веществам воды р. Кама, Камского, Боткинского водохранилищ относились соединения железа, марганца, меди, железа, органические вещества (нефтепродукты, фенолы и др.). Среднегодовые концентрации этих соединений, как и в 2010 г., в поверхностных водах стабильно превышали предельно допустимые концентрации для водоемов рыбохозяйственного пользования, чаще всего в пределах от 1 до

5 ПДКр,.. По комплексной оценке вода р. Кама и ее водохранилищ в 2011 г., как и в течение предшествующих десяти лет, оставалась на всем протяжении в пределах 3-го класса качества и оценивалась как «загрязненная», либо «очень загрязненная» [2, 3]. Так, в районе Соликамско-Березниковского промышленного узла (Камское водохранилище) среднегодовые концентрации, превышающие ПДК, составили по содержанию

соединений марганца - 10, железа - 5 ПДК, содержание фенолов повысилось с 1 до 2 ПДК, меди и нефтепродуктов - в пределах ПДК. Качество воды на данном участке водохранилища в 2011 г. осталось на уровне 2010 г. Значения удельного комбинаторного индекса загрязнённости воды (УКИЗВ) составили 2,44-3,84, что соответствует 3-му классу качества, разряд «а» - вода «загрязнённая». Качество воды в створе ниже г. Березники осталось на уровне 2010 г. и соответствует 3-му классу качества, разряд «б» - «очень загрязнённая» (УКИЗВ - 3,18). В районе Пермско-Краснокамского промышленного узла (Боткинское водохранилище) среднегодовые концентрации, превышающие ПДК, наблюдались: по марганцу-7, железу - 4 ПДК, фенолам и меди возросли с 1 до 2 ПДК. Среднегодовые концентрации нефтепродуктов остались на уровне ПДК. Комплексная оценка качества воды Боткинского водохранилища показала, что в 2011 г. значения УКИЗВ варьировали в пределах 2,92-3,73, что выше значений УКИЗВ 2010 г. (2,50-3,09). Качество воды во всех створах Боткинского водохранилища в 2010 г. оценивалось также в пределах 3-го класса качества, но уже с преобладанием разряда «б» - вода «очень загрязнённая» [2].

Высокой загрязненностью воды соединениями меди ежегодно выделяется в бассейне р. Кама один из ее левых притоков

— р. Чусовая. Особенно высокий уровень загрязненности воды р. Чусовая соединениями меди уже несколько десятилетий фиксировали на участке 1,7-17 км ниже г. Первоуральск, где в 2011 г. среднегодовые концентрации в воде соединений меди превышали ПДК в 14-15 раз. Река Чусовая многие годы относится к наиболее загрязненным среди притоков Камы. По комплексной оценке вода р. Чусовая на этом участке оценивалась и в 2011 г. как «очень

грязная» и соответствовала разрядам «в» и «г» 4-го класса качества. По-прежнему высокой осталась загрязненность р. Косьва соединениями железа. На участке р. Косьва ниже г. Губаха качество воды реки формируется под влиянием шахтных вод Кизелов-ского угольного бассейна. В 2011 г., как и в предыдущие годы, в реке наблюдали в каждой пробе высокие концентрации в воде соединений железа и марганца в среднем 47 и 18 ПДК [3].

Неудовлетворительное качество природной воды р. Камы в черте краевого центра обусловливает расположение г. Перми на водотоке, в который выше по течению сбрасывают сточные воды предприятия и организации других поселений региона (гг. Соликамск, Березники, Добрянка, Полазна), а также имеется значительное собственное антропогенное воздействие. По данным Пермского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, в последние годы в створах Камского водохранилища выше Перми среднегодовые концентрации выше ПДК отмечались: по меди

- 2 ПДК, марганцу - 13 ПДК, железу общему-4 ПДК. Значения УКИЗВ составили 2,78-3,27 (вода «очень загрязненная»). По данным краевой инспекции по охране окружающей среды, на территории Перми расположено 39 мест выпусков сточных вод в природные водные объекты, через которые сбрасывается ежегодно порядка 50-60 млн м3 сточных вод. Фактическая производительность городских биологических очистных сооружений на текущий момент составляет порядка 380 тыс. м3 в сутки, что обеспечивает очистку около 83 % городских сточных вод. Для очистки 100 % стоков требуется увеличение мощности БОС на 120 тыс. м3 в сутки [4].

По данным наблюдений проведена оценка уровня загрязнения поверхностных вод в соответствии с РД 52.24.643-2002 г.

«Метод комплексной оценки степени загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям» с расчетом удельного комбинаторного индекса загрязненности воды (УКИЗВ). УКИЗВ - комплексный показатель, рассчитываемый для водных объектов Пермского края по 14—15 загрязняющим веществам. Большему значению индекса соответствует худшее качество воды в различных створах (пунктах). Классификация качества воды по степени загрязненности осуществляется с учетом числа критических показателей загрязненности (КПЗ) и повторяемости случаев превышения ПДК. Значение КПЗ отражает устойчивую либо характерную загрязненность высокого (ВЗ) или экстремально высокого загрязнения (ЭВЗ).

Классификация качества воды, проведенная на основе значений УКИЗВ с учетом числа КПЗ, позволяет разделить поверхностные воды на 5 классов в зависимости от степени их загрязненности. 3-й и 4-й классы для более детальной оценки качества воды разбиты, соответственно, на 2 и 4 разряда).

Комплексная оценка качества воды основных рек и водохранилищ Пермского края показала, что в 2011 г. общей тенденции снижения уровня загрязнения по сравнению с 2010 г. не наблюдается. В подавляющем большинстве створов вода характеризовалась как «загрязненная», 3-й,а класс качества. В створах Боткинского водохранилища (ниже г. Перми до черты г. Чайковского) превалирует категория «очень загрязненная», 3-й,б класс качества. Как следует из табл. 1, среднегодовые концентрации тяжелых металлов в поверхностных водах в 2011 г. превышали допустимые нормы, установленные для рыбохозяйственных водоемов [5]. Из табл. 1 следует, что реки Косьва, Вильва, Северная

Вильва имеют высокое, а р. Кизел — экстремально высокое загрязнение тяжелыми металлами. Основная причина загрязнения этих рек — самоизлив шахтных вод закрытых шахт Кизеловского угольного бассейна. В 2011 г. продолжены гидрохимические наблюдения на р. Кизел (приток р. Вильва) в установленном створе в районе г. Кизел, учитывающем влияние самозливов шахтных вод через притоки: Полуденный Кизел, Малый Полуденный Кизел, Сухой Кизел, Въящер.

Результаты проведенных наблюдений показали, что р. Кизел - самая загрязненная соединениями металлов из обследованных водных объектов, подверженных влиянию шахтных вод закрытых шахт Кизеловского угольного бассейна. Во всех 12 отобранных пробах воды содержание железа общего и марганца отмечено на уровне ЭВЗ. Среднегодовая концентрация соединений железа увеличилась до 2320 ПДК (в 2010 г. - 2160 ПДК), концентрация марганца незначительно снизилась до 479 ПДК (516 ПДК в 2010 г.). Максимальные концентрации железа зафиксированы в периоды зимней и летней межени (от 2980 до 3800 ПДК), марганца - от 699 до 781 ПДК. Во всех отобранных пробах воды содержание никеля, меди и цинка также значительно превышало ПДК (табл. 1).

Настораживает факт отсутствия контроля в водных объектах всех металлов, контролируемых в атмосфере (Сг, №, РЬ, Мп, Си, Хп, Бе, Сё, Mg). В сборнике «Состояние и охрана окружающей среды Пермского края в 2011 году» при описании качественных и количественных показателей водных объектов не упоминается о наличии или отсутствии таких супертоксикантов, как свинец и кадмий, в то время как при оценке изменений основных показателей сброса загрязняющих веществ в составе

Таблица 1

Загрязнение поверхностных вод Пермского края тяжелыми металлами в 2011 г.

Водный объект Створы отбора проб Кратность превышения ПДК УК ИЗБ Класс каче-

Си Мп ГС05щ Другие Ме* ства

р. Кама в районе п. Тюлькино < 1 8 7 - 2,73 За

Камское вдхр. СБПУ* * < 1 10 5 - 3,18 36

Камское вдхр. Боткинское Пермь, выше КамГЭС 2 8 5 — 2,87 36

вдхр. ПКПУ*** 2 7 4 3,13 36

Боткинское вдхр. ниже Краснокамска до г. Чайковского 2 6 4 - 3,73 36

р. Вишера ниже г. Красновишерска < 1 4 5 - 2,68 За

р. Косьва г. Губаха, ниже города - 47 18 - 4,73 46

р. Чусовая г. Чусовой в р-не города - 8 4 Сг < 0,5 3,2 36

р. Сылва г. Кунгур, в районе города < 1 5 3 - 2,91 За

р. Лысьва г. Лысьва в районе города < 1 9 3 - 3,17 36

р. Иньва г. Кудымкар в р-не города 1 5 5 - 2,58 За

р. Вильва мост трассы Чу сов.-Губаха - 23 110 - 4,08 4а

р. Сев. Вильва п. Всеволодо-Вильва - 92 161 №4 5,27 46

р. Кизел Выше моста Губаха-Александровск 9 479 2320 №22, гп9, Си9 7,63 5

* Сг, №, /п: - — нет данных;

* * Соликамско-Березниковский промышленный узел;

* * * Пермско-Краснокамский промышленный узел

сточных вод свинец присутствует. По кадмию в 2011 г. не были предоставлены данные загрязняющими предприятиями.

Также не учитывается реальное загрязнение природной среды веществом 1-го класса опасности пентоксидом ванадия (У205), который выбрасывается ежегодно ОАО «Чусовским металлургическим заводом» и ОАО «Ависма» в количестве более 20 т [6]. Положение усугубляется тем, что хотя основная масса выбрасываемых в воздух поллютантов осаждается в непосредственной близости от источников загрязнения, часть техногенных выбросов ТМ,

поступающих в атмосферу в виде тонких аэрозолей, переносится на большие расстояния и вызывает глобальное загрязнение. Другая часть с гидрохимическим стоком мигрирует на внушительные расстояния в водной среде или попадает в бессточные водоемы, где накапливается в водах и донных отложениях и может стать источником вторичного загрязнения. Все выброшенные металлы с течением времени переходят в водорастворимые формы и оказывают губительное влияние на здоровье населения. Так, при углубленном исследовании, выполненном ГУЗ «Пермский краевой науч-

но-исследовательский клинический институт детской экопатологии» (ПКНИКИ ДЭП) в 2008 г. в крови пациентов института был идентифицирован широкий спектр чужеродных для организма веществ, характерных для выбросов и сбросов производственных объектов: свинец, ванадий, хром, никель и др. [7].

Таким образом, кроме административных мероприятий, направленных на уменьшение количества сбросов в водные объекты и выбросов в атмосферу загрязняющих веществ, необходимо:

1) расширить перечень контролируемых показателей с учетом возможных переносов загрязненных воздушных масс;

2) установить посты наблюдения за загрязнением окружающей среды (ПНЗ) в городах и населенных пунктах, где имеется потенциальная и прямая опасность загрязнения поллютантами (Чусовой, Очер и др.);

3) контролировать содержание тяжелых металлов (ТМ) и их соединений 1-го класса опасности (включая V2Os и Hg) на всех постах внутри каждого города Пермского края, так как известно, что даже в г. Перми из семи действующих ПНЗ, только на двух контролируется содержание ТМ [8].

Библиографический список

1. Материалы сборника «Состояние и охрана

окружающей среды Пермского края в 2008 году». URL:

www.permecology.ru/reports2008 .php (дата обращения: 10.02.2013).

2. Материалы сборника «Состояние и охрана окружающей среды Пермского края в 2011

году». ИКЬ:

http://permecology.ru/report2010/2_l.htm (дата обращения: 10.02.2013).

3. Государственный доклад «О состоянии и

об охране окружающей среды Российской Федерации в 2011 году» / Гос. комитет РФ по охране окружающей среды. М., 2012. 458 с. иКЬ:

http://www.mnr.gov.ru/upload/iblock/a76/ gosdoklad2011.pdf (дата обращения:

10.02.2013).

4. Материалы по обоснованию проекта гене-

рального плана г. Перми. Том 1. 2010. МАУ «Бюро городских проектов».

URL:http://www.permgenplan.ru/ Г|р/Ьо()к8/1от 1_Гіпа1 ^1_(дата обраще-ния:

10.02.2013).

5. Перечень рыбохозяйственных нормативов: предельно допустимые концентрации (ПДК) и ориентировочно безопасные уровни воздействия (ОБУВ) вредных веществ для воды водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение. Приказ Госком-рыболовства России от 28.04.99 № 96.

6. Торопов ЛИ. Загрязнение атмосферы городов Пермского края // Вестник Перм, ун-та. Сер. хим. 2012. № 1. С. 98-105.

7. Материалы сборника «Состояние и охрана

окружающей среды Пермского края в 2008 году». ИКЬ:

http://www.permecology.ru/report2008/ 5_4.html (дата обращения: 10.02.2013).

8. Материалы сборника «Состояние и охрана

окружающей среды Пермского края в 2010 году». ИКЬ:

http://permecology.ru/report2010/2_l.htm (дата обращения: 01.02.2012).

WATER POLLUTION CHARACTERISTICS OF PERM REGION HEAVY METAL

L.I. Toropov

Perm State University. 15, Bukirev St., Perm, 614990 E-mail: toropov@psu.ru

In this work the characteristics of the water resources of the Perm region. The assessment of water quality, the pollution of heavy metals (HM). Set priorities for water bodies Perm region HM and exceeding their maximum allowable concentrations. Identified problem areas in the organization of environmental monitoring. Recommendations are given.

Keywords: environment; soil; water bodies; heavy metals; ecology