CC BY
81
УДК: 57.044 ГРНТИ: 34.35.51 DOI: 10.32415/jscientia.2019.07.01
МОНИТОРИНГ ПОЧВЫ В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ АСФАЛЬТОБЕТОННОГО ЗАВОДА
А. Д. Шакирова, А. А. Исламова
Башкирский государственный университет (Бирский филиал) Россия, 452453 г. Бирск, ул. Интернациональная, 10А
И Шакирова Адилина Даутовна - shakirova.adelina.96@gmail.com
В данной статье рассматривается загрязнение почв нефтепродуктами, хлорид-ионами и тяжелыми металлами на территории асфальтобетонного завода. Анализ почвенных образцов на содержание химических элементов и их соединений в почве проводился гравиметрическим и флуорометрическим методами. Почва способна поглощать техногенные примеси и также накапливать загрязняющие вещества, включая нефтепродукты, хлорид-ионы и тяжелые металлы, которые при избыточном содержании проявляют токсические свойства, медленно разрушаясь в естественных условиях и попадая в круговорот трофических цепей. Анализ отобранной пробы почвы осуществлялся в лаборатории экологического мониторинга физико-химических загрязнений окружающей среды г. Бирска Республики Башкортостан. Проведенные исследования показали, что на территории асфальтобетонного завода наблюдается превышение большинства исследуемых параметров. Совокупность результатов исследования состояния почвы на территории, прилежащей к асфальтобетонному заводу выявила значительный уровень загрязнения почв, соответствующий существенной степени техногенного истощения. Это в свою очередь говорит об эксплуатации технологических оборудований и о большом сроке работы.
Ключевые слова: асфальтобетонный завод, почва, тяжелые металлы, нефтепродукты, хлорид-ионы, окружающая среда, проба, предельно допустимая концентрация.
SOIL MONITORING IN THE ZONE OF INFLUENCE OF ASPHALT-CONCRETE PLANT A. D. Shakirova, A. A. Islamova
Bashkir State University (Birsk branch) 10A International St., 452453 Birsk, Russia
H Shakirova Adilina - shakirova.adelina.96@gmail.com
This article deals with the contamination of soils by oil products, chloride ions and heavy metals in the territory of the asphalt plant. The analysis of soil samples for the content of heavy metals was carried out by gravimetric and fluorometric methods. The soil is able to absorb technogenic impurities and also accumulate contaminants, including heavy metals, which, if excess, exhibit toxic properties, slowly breaking down under natural conditions and entering the cycle of trophic chains. The analysis of the selected soil sample was carried out in the laboratory of environmental monitoring of physico-chemical pollution of the environment in Birsk, Republic of Bashkortostan. Research shows there is an excess in majority of the investigated parameters are observed in the territory of the asphalt plant. The totality of the results of the soil state study in the area adjacent to the asphalt plant revealed a considerable level of soil contamination corresponding to significant degree of technogenic depletion. In its turn it speaks of the operation of technological equipment and a long working life.
Keywords: asphalt concrete factory, soil, heavy metals, petroleum products, chloride ions, environment, sample, maximum permissible concentration.
Почвенный покров Земли является важнейшим природным образованием, обладающее только ей присущими строением, составом и свойствами, который определяет многие процессы, происходящие в биосфере. Поэтому чрезвычайно важно изучить почвенный покров, его современное состояние и изменения под влиянием антропогенной деятельности [1, с. 38].
Антропогенное воздействие на почвы носит прямой и косвенной характер и, как правило, приводит к нарушениям почвы, т.е. к изменению состава и свойств почвы, как динамической системы, выражающемуся в нарушении равновесных экологических процессов [2, с. 16].
В настоящее время предприятия дорожного хозяйства имеют широкое повсеместное распространение и создают определенную угрозу окружающей среде.
Целью нашего исследования было дать оценку экологического состояния почв на территории асфальтобетонного завода.
Основной источник загрязнения - газоочистное оборудование асфальтосмесителя (дымовая труба).
Стандартная асфальтосмесительная установка оборудо-
вана следующими пылеочистными устройствами с проектной производительностью:
1. Первая ступень - прямоточный осевой циклон; коэффициент пылеочистки; К1 = 40%;
2. Вторая ступень - групповой циклон СЦН (система централизованного наблюдения) - 40 (4 циклон); К2 = 87%;
3. Третья ступень - мокрый пылеуловитель ударно-инерционного действия; К3 = 65%.
В атмосферу выбрасываются следующие вещества: пыль неорганическая с сод 20-70% SiO2, углеводороды предельные С12-С19, углерод черный (сажа), сера оксид; углерод оксид, азот оксид, азот диоксид, зола мазута, бензапирен.
Согласно санитарно-эпидемиологических правил и нормативов (СанПин 2.2.1/2.2.1.1200-03) по санитарной классификации предприятий и производства промплощадка АБЗ (асфальтобетонный завод) относится к предприятиям II класса опасности с санитарно-защитной зоной 500 м - производство асфальтобетона на стационарных заводах [3].
Для оценки качества исследуемой территории были отобраны пробы почвы и битума (др. название асфальтит) в северо-западной стороне асфальтобетонного завода,
Вю!оду | Juvenis scientia 2019 № 7
5
Таблица 1
Содержание загрязняющих веществ в исследуемой почве
Аналитический показатель № пробы ПДК [5]
№ 1 битум № 2 почва
Гумус, % 1,5 ± 0,1 3,6 ± 0,2 4,0 - 6,0
Нефтепродукты, мг/кг 885 120,67 100
Влажность при ест. усл., % 10,65 ± 1,64 16,87 ± 1,75 30
Влажность при 150°С, % 11,25 ± 1,13 17,92 ± 3,05 0,80
Летучий фенол, мг/кг менее 0,01 менее 0,01 0,05 - 4,0
Азот нитратный, мг/кг (по N03) 2,7 ± 0,5 7,8 ± 1,5 130
Азот нитритный, мг/кг (по N02) 1,5 ± 0,3 1,6 ± 0,3 130
Азот аммонийный, мг/кг 4,9 ± 0,9 4,7 ± 0,9 40 - 60
Кислотность обменная 3,6 ± 0,8 8,9 ± 0,8
рН водной вытяжки, ед. рН 6,8 ± 0,3 6,2 ± 0,3 4,0 - 4,8
рН солевой вытяжки, ед. рН 6,3 ± 0,3 5,9 ± 0,3 6,6 - 6,8
Хлорид-ион, мг/кг 672,49 ± 47,07 932,68 ± 65,28 560
Содержание металлов Подв. форма Валов. форма
Медь, мг/кг 16,26 ± 4,11 18,75 ± 5,62 3,0 55
Свинец, мг/кг 15,35 ± 4,61 12,78 ± 3,83 6,0 32
Кобальт, мг/кг 27,65 ± 8,29 35,41 ± 10,62 5,0 -
Марганец, мг/кг 635,61 ± 190,68 765,2 ± 229,56 80 1500
Никель, мг/кг 78,26 ± 21,39 78,26 ± 22,31 4,0 85
Кадмий, мг/кг менее 0,05 менее 0,05 1,0 2,0
Ртуть, мг/кг менее 0,05 менее 0,05 - 2,1
Мышьяк, мг/кг менее 0,05 менее 0,05 - 2,0
т.к. из-за ранее проведенных исследований было выявлено, что именно северо-западная сторона наиболее угнетенная, причина этому направление ветра и форма рельефа. Также непосредственно в северо-западной стороне разлит битум на большую площадь земли (примерно 10 м2). Пробы были исследованы в лаборатории экологического мониторинга физико-химических загрязнений окружающей среды и был выявлен результат анализа, приведенный в таблице 1.
В ходе исследований было установлено, что содержание нефтепродуктов в обеих пробах превышает нормативы ПДК (предельно допустимая концентрация), причем в пробе № 1 на 88,5%, в пробе № 2 на 20,67%. Концентрация хлорид-ионов также превышает установленные стандарты, в пробе № 1 на 20%, а в пробе № 2 на 66,55%. Валовая форма содержания тяжелых металлов не превышает установленные нормы, а подвижная форма превышает в десятки раз. По сравнению с исследованием 2017 года (таблица 2) содержание тяжелых металлов переваливают за пределы установленных норм ПДК.
Источники поступления никеля, меди и кобальта в окружающую среду это выхлопные газы автомашин и тракторов завода, так как на территории завода имеется ряд устаревшего автотранспорта, которые выделяют значительное количество токсичных элементов и в таких транспортах нет нейтрализаторов выхлопных газов, газообразные твердые продукты их сгорания являются одними из главных источников загрязнения окружающей среды [4, с. 10]. Один из источников загрязнения никелем окружающей среды являются горнорудная промышленность, где в карьере добывают горную породу - гранит, которую путем дробления перерабатывают в гранитный щебень. Гранитный щебень-
это один из основных компонентов необходимых для приготовления асфальтобетонной смеси в дальнейшем для прокладки дорог и автомагистралей. А на территории асфальтобетонного завода находятся горы данного материала, вероятно, чем и обусловлено наличие в составе почвы никеля.
Согласно анализу, образцов почвы и битума установлено, что на территории завода в больших количествах поступает свинец. Известно, что раньше в качестве топлива использовался этилированный бензин, в состав которого и входил свинец и его органические соединения. Однако начиная с 2002 гг. этилированный бензин запрещен в России, как и во многих европейских странах. Естественно, в настоящее время на территории завода нет транспорта, который бы работал на этилированном бензине, весь автотранспорт в России перешел на неэтилированное топливо. Но, тем не менее результаты исследования выявили в обеих пробах в значительной степени содержание свинца. Дело в том, что свинец способен мигрировать (на незначительную глубину) и накапливаться в поверхностном слое почвы (до 10 см), а так как асфальтобетонный завод был построен еще в 90-х гг. и ранее автотранспорт завода работал на этилированном бензине, то вместе с выхлопными газами автотранспорта свинец поступал в окружающую среду и накапливаясь сохранился в почве.
Также было выявлено поступление в значительных количествах кобальта. В почву соединения кобальта попадают при разложении растительных и животных организмов, так как кобальт биологически активный элемент, он всегда содержится в организме животных и растений. На территории завода растительности очень много, разложение
Таблица 2
Результаты анализа пробы почвы с территории асфальтобетонного завода 2017 года
Определяемый показатель Проба почвы ПДК [5]
Гумус, % 1,9 ± 0,1 4,0 - 6,0
Влажность при ест. усл., % 15,45 ± 2,21 30
Нефтепродукты 108,26 ± 22,11 100
Летучий фенол, мг/кг менее 0,01 0,05 - 4,0
Азот нитратный, мг/кг (по N03) 9,8 ± 1,9 130
Азот нитритный, мг/кг (по N02) 0,9 ± 0,2 130
Азот аммонийный, мг/кг 3,6 ± 0,8 40 - 60
Кислотность обменная 5,4 ± 0,7
рН водной вытяжки, ед. рН 5,2 ± 0,3 4,0 - 4,8
Хлорид-ион, мг/кг 747,95 ± 148,78 560
Подвижная форма металлов
Медь, мг/кг 2,71 ± 0,81 3,0
Свинец, мг/кг 1,78 ± 0,52 6,0
Кобальт, мг/кг 0,88 ± 0,26 5,0
Марганец, мг/кг 106,33 ± 30,46 80
Никель, мг/кг 2,79 ± 0,83 4,0
Кадмий, мг/кг 0,5 ± 0,1 1,0
растительности может быть одной из причин содержания кобальта в почве. Источником поступления кобальта в окружающую среду является автотранспорт, сжигание углеводородных топлив. На территории завода есть различного вида транспорт: автомобильный (камаз); тракторный (К-700, Т-150, С-100, асфальтоукладчик, С-170, каток тяжелый, легкий); прицепный (грейдер), которые работают на дизельном топливе. В составе дизельного топлива есть кобальт. В результате разливов горюче-смазочных материалов при работе техники происходит загрязнение почвы. При нагревании (подсушки) щебня в сушильном барабане с помощью горелки (поток пламени) в окружающую среду выделяется ряд тяжелых металлов и веществ, в частности кобальт. В качестве топлива сжигается мазут или дизельное топливо, которые состоят в основном из углеводородов.
В процессе сварки выделяется медь, а на территории завода часто осуществляется сварка металла, что и отразилось в анализе проб. При сжигании углеводородного топлива и от выхлопов автотранспорта также выделяется в ОС медь.
Пробы, отобранные с территории завода, свидетельствуют о том, что степень кислотности почв определяется, как слабо кислая. Однако, содержание марганца в обеих пробах существенна, по сравнению с исследованием 2017 года. Отмечают, что в кислых почвах всегда присутствует марганец. Наличие марганца в почве зависит от степени ее кислотности: содержание марганца в почве увеличивается с возрастанием кислотности почвы. Марганец поступает в окружающую среду также от сварочных работ.
Основная причина большого содержания хлорид-ионов в почве асфальтобетонного завода в том, что суспензию технической соли, применяемую в зимнее время для обработки дорожных полотен, готовят на территории АБЗ. Нефтепродукты, как правило, содержатся в составе асфальтобетонных смесей, так как для их производства применяют вязкие и жидкие нефтяные дорожные битумы. Загрязнение прилегающих территорий в основном обусловливается организованными и неорганизованными выбросами пыли и
парогазовыделений, потерями продукции при хранении и транспортировке, поверхностном стоке и эоловым переносом с промышленной площадки.
Ранее в 2017 году было проведено аналогичное исследование и получены результаты, которые были сопоставимы с данными 2019 года (рисунок 1). Из результатов анализа почвы мы выяснили, что за 2 года содержание тяжелых металлов, нефтепродуктов и хлорид-ионов превысили нормы в несколько десятков раз. Все дело, в том, что ранее мы почву отбирали методом конверта с 5 разных контрольных точек территории завода и в ходе исследования было выяснено, что северо-западная сторона наиболее угнетенная, в силу разных факторов. Также в исследовании, проведенном в 2017 году в северо-западной стороне завода не наблюдалось разлива битума на большой участок земли. На этот раз мы образцы почвы отбирали именно в северо-западной стороне, из самого эпицентра всех загрязнений, где и обнаружен в конце 2018 года пятно битума. Вероятно, химические элементы, содержащиеся в битуме, смешались с почвой и привели к такому результату. Также природные и антропогенные факторы как направление ветра, форма рельефа и автотранспорт тоже повлияли на процент значительного содержания тяжелых металлов, нефтепродуктов и хлорид-ионов в исследуемых образцах.
Нефтепродукты Нефтепродукты ^юрид-иан 2017 Хлорид-ион 2019 2017 2019
■ Проба почвы ■ ПДК
Рисунок 1. Уровень содержания нефтепродуктов и хлорид-ионов в почве за 2017-2019 гг.
Biology | Juvenis scientia 2019 № 7
7
Таким образом, почвенный слой территории асфальтобетонного завода особенно северо-западная часть, характеризуется повышенным содержанием хлорид-ионов, нефтепродуктов, и тяжелых металлов, что является не безопасным для окружающей среды. Загрязнение почвы в зоне влияния асфальтобетонного завода имеет локальный
ЛИТЕРАТУРА
характер. Почвенный компонент на территории асфальтобетонного завода, по наличию в нем загрязняющих химических элементов и веществ находится в тревожном состоянии, в значительном отклонении от нормы на момент исследования.
1. Иеронова В.В., Безухова А.В. Оценка экологического состояния почв в зоне нефтегазодобычи по содержанию загрязняющих веществ (на примере нефтяного месторождения ямало-ненецкого автономного округа) // Вестник Югорского государственного университета. 2014. № 3 (34). С. 39-40. [leronova VV, Bezuhova AV. Ocenka ekologicheskogo sostoyaniya pochv v zone neftegazodobychi po soderzhaniyu zagryaznyayushchih veshchestv (na primere neftyanogo mestorozhdeniya yamalo-neneckogo avtonomnogo okruga). Vestnik YUgorskogo gosudarstvennogo universiteta. 2014;3(34):39-40. (In Russ).]
2. Муравьев А.Г., Каррыев Б.Б., Ляндзберг Х.Р. Оценка экологического состояния почвы. Практическое руководство. Изд. 2-е, перераб. и до-полн. СПб.: Крисмас+, 2015. [Murav'ev AG, Karryev BB, Lyandzberg HR. Ocenka ekologicheskogo sostoyaniya pochvy. Prakticheskoe rukovodstvo. Saint Petersburg: Krismas+, 2015. (In Russ).]
3. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы (СанПиН) 2.2.1/2.2.1.1200-03 «Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов» от 25.09.2007 г. № 74. М.: Министерство здравоохранения Российской Федерации, 2007. [Sanitary-epidemiological rules and regulations (SanPiN) 2.2.1 / 2.2.1.1200-03 "Sanitarno-zashchitnye zony i sanitarnaya klassifikatsiya predpriyatii, sooruzhenii i inykh ob"ektov" No. 74 dated 25/09/2007. Moscow: Ministry of Health of the Russian Federation, 2007. (In Russ)] URL: http://docs.cntd/ ru/document/902065388.
4. Голохваст К.С., Чернышев В.В., Угай С.М. Выбросы автотранспорта и экология человека (обзорлитературы) // Экология человека. 2016. № 1. С. 9-14. [Golohvast KS, CHernyshev VV, Ugaj SM. Vybrosy avtotransporta i ekologiya cheloveka (obzor literatury). Ekologiya cheloveka. 2016;(1):9-14. (In Russ).]
5. Санитарные правила и нормы (СанПиН) 2.1.7.1287-03 «Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы» от 15.06.2003 г. М.: Министерство здравоохранения Российской Федерации, 2003. [Sanitary rules and norms (SanPiN) 2.1.7.1287-03 "Sanitarno-epidemiologicheskie trebovaniya k kachestvu pochvy" dated 15/06/2003. Moscow: Ministry of Health of the Russian Federation, 2003. (In Russ)] URL:http://docs.cntd.ru/ document/901859456.
Поступила в редакцию 28.06.2019 После доработки 12.07.2019
