Нормирование воздействия металлоносных потоков на почвы Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Троцкий В.М. Климатический атлас СССР. - М.: Наука, 1980. - 127 с.

2. Оберман Н.Г. Отчет о мерзлотно-гидрогеологических работах на территории геолого-поисково-съемочных и разведочных забот ПГО "Полярноуралгеология" на Урале и Пай-Хоеза 1976-77 гг. - Воркута, 1978.

3. Оберман Н.Г. Специализированные мерзлотно-гидрогеологические работы на Урале и Пай-Хое при производстве поисковых и съемочных работ на твердые полезные ископаемые. -Воркута, 1980.

4. Оберман Н.Г. Геоэкологическая съемка территории деятельности ГГГ1 "Полярноурал-геология" масштаба 1:1 ООО ООО. - Воркута, 1999.

УДК 911.53:550.4

А.И. Семячков

НОРМИРОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ МЕТАЛЛОНОСНЫХ ПОТОКОВ НА ПОЧВЫ

Несмотря на то, что антропогенное загрязнение почвенного покрова в городах приобретает угрожающие размеры, не выработана целостная концепция этого, по существу, геологического явления. В рамках этой проблемы особое значение приобретает нормирование воздействие на почвенный покров в различных природных обстановках, которое включает разработку предельно допустимых антропогенных нагрузок на почвы с целью сохранения его генофонда.

По мнению И. Г. Важен и на [I], под нормированием следует понимать такую антропогенную нагрузку, которая при длительном (многолетнем) воздействии на почву не вызывает каких-либо патологических изменений в почвенной биоте и в свойствах ее абиотической части, особенно в почвенном поглощающем комплексе. Нормирование антропогенных нагрузок на почвы, содержащие металлы, предусматривает установление их предельно допустимых количеств (ПДК). Под ПДК металлов следует понимать такие их концентрации, которые при длительном воздействии на почву и произрастающие на ней растения не вызывают каких-либо патологических изменений или аномалий в ходе биологических почвенных процессов, а также не приводят к накоплению токсичных элементов в сельскохозяйственных культурах и, следовательно, не могут нарушить биологический оптимум для животных и человека. Нормирование содержания любого ингредиента для почвенного покрова встречает огромные трудности в связи с тем, что, в отличие от сравнительно гомогенных водной и воздушной сред, почва является гетерогенным компонентом в пространстве и во времени. В связи с этим допустимые концентрации по различным нормативным документам имеют различные значения (табл.1).

Таблица 1

Предельно допустимые концентрации элементов в почвах , мг/кг

Источник информации 2п Сг РЬ N2 С<1 н8 Си Со Аб

Гигиенические нормативы ГН 2.1.7-94. утвержденные ГКСЭН 27.12.94 г. (ОЛЮ рН-7 220 - 130 80 2.0 132 5.0 10,0

Санитарные нормы допустимых конисн траиий (ПДК) химических веществ в почве. СП 443¿-87 - 6.0 32.0 - - 2.1 - 5.0 2.0

Медики-гигиенисты проводят нормирование не только по общему содержанию, но и по концентрации их подвижных форм (табл. 2). Согласно принятой ими схеме нормирование подразделяется на транслокационное (переход нормируемого элемента в растение), миграционное воздушное (переход в воздух), миграционное водное (переход в воду) и общесанитарное, гигиеническое (влияние на самоочищающую способность почвы и почвенный микробиоценоз).

Таблица 2

Предельно допустимые концентрации элементов в почвах и допустимые уровни их содержания

по показателям вредности , мг/кг

Элемент ПДК. мг/кг с с учетом кларка Показатели вредности

транслокационный миграционный | обшесанитарный

Валовые формы

Марганец 1500 3500 1500 1500

Ваналий 150 170 350 150

Свинец 30 35 260 30

Мышьяк 2.0 2.0 15.0 10

Ртуть 2.1 2.1 33.3 5.0

Медь 55

Никель 85

Цинк 100

Полвижныс формы

Мель 3.0 3.5 72.0 3.0

Никель 4.0 6.7 14.0 4.0

Цинк 23.0 23.0 200.0 37.0

Кобальт 5.0 25.0 11)00 5.0

Хром 6.0 6.0

ПДК металлов в почвах и допустимые уровни их содержания по показателям вредности подвергаются критике из-за того, что разрабатывались без учета свойств почв и трансформации соединений металлов во времени. По ряду элементов имеется рассогласованность в силу названных выше причин между ПДК и кларковым содержанием. Эти недостатки устранены в последнее время в принятых нормативных документах (табл.3).

Управление уровнями загрязнения окружающей среды от выбросов предприятий (разработка производственно-хозяйственных норм) при атмогенной миграции металлов реализуется только для атмосферного воздуха в виде методики определения предельно допустимого выброса (ПДВ). Нормирование ПДВ при загрязнении другой природной среды—почвы в настоящее время не осуществляется Заметим при тгом, что и общем случае наиболее эффективным является определение такого ПДВ, при котором не превышались бы ПДК ни в одной природной среде.

Нормирование уровней загрязнения почв металлами может быть проведено с использованием санитарно-гигиенических ПДК. Важно подчеркнуть одну особенность, характерную для почв. Нормирование загрязнения в воздухе исходит из нормирования какой-то осредненной во времени концентрации. В почве происходит накопление загрязняющего вещества во времени. Определение ПДК в этом случае—это определение предела накопления.

. Загрязнение почв металлами максимально в непосредственной близости от источника и быстро убывает по мерс удаления от источника, причем загрязнение непрерывно увеличивается со временем его работы. Отсюда возникает проблема определения размеэов санитарно-защитной зоны и точки поверхности почвы, которую следует выбрать в качестве исходной при расчете ПДВ. По-видимому, для этой цели следует принимать фиксированное расстояние в направлении преимущественного ветра, где начинаются участки земли, вгжные с хозяйственной или гигиенической точки зрения. Кроме того, при длительном воздействии источника формируется неоднородность распределения металлов в почве по вертикали. Отсутствие уверенности в вопросе о том. какой глубины слой почвы следует рассматривать, может привести к неопределенности ПДВ, при котором ПДК в почве не превышается.

Кратко особенности загрязнения почв металлами пылевых выбросов промышленных предприятий таковы [3]:

- вносятся в почву через атмосферу, поверхностно;

- поток их на почву изменяется приблизительно обратно пропорционально расстоянию до источника выброса;

- обратный поток в атмосферу в первом приближении можно принять равным нулю;

- масштаб изменения концентрации металлов по вертикали в почвенном профиле мал (концентрация быстро уменьшается с глубиной, и все металлы сосредотачиваются в пахотном слое).

Таблица 3

Предельно допустимые концентрации (ПДК), ориентировочно допустимые концентрации (ОДК),

фоновые значения (ФЗ), мг/кг, принятые в УУГМС

Класс опасности Определяемый ингредиент Виды почв Кислоторастворимые формы Подв1 фо ■1ЖНЫС эмы

ПДК ОДК ФЗ ПДК ОДК

- Железо 12900

3 Ванадий 150.0 2.1

3 Марганец а) с рН = 4.5 1500.0 300.0

б) с рН = 5-6 400.0

в) с рН > 6 500.0

2 Хром 23.0 6.0

2 Никель а) песчаные и супесчаные 20.0 4.0

б) кислые (суглинистые и глинистые. рН КС1 < 5.5) 40.0

в) близкие к нейтральным, нейтральные (суглинистые, глинистые) рН КС1 > 5.5 80.0

2 Кобальт 17.0 5.0

1 Цинк а) песчаные и супесчаные 55.0 23.0

б) кислые (суглинистые и глинистые. рН КС1 < 5.5) N0.0

в) близкие к нейтральным, нейтральные (суглинистые, глинистые) рН КС1 > 5.5 220.0

2 Медь а) песчаные и супесчаные 33.0 3.0

б) кислые (суглинистые и глинистые. рН КС1 < 5.5) 66.0

в) близкие к нейтральным, нейтральные (суглинистые, глинистые) рН КС1 > 5.5 132.0

1 Свинец а) песчаные и супесчаные 32.0 6.0

б) кислые (суглинистые и глинистые. рН КС1 < 5.5) 65.0

в) близкие к нейтральным, нейтральные (суглинистые, глинистые) рН КС1 > 5.5 130.0

1 Кадмий а) песчаные и супесчаные 0.5

б) кислые (суглинистые и глинистые. рН КС1 < 5.5) 1.0

в) близкие к нейтральным, нейтральные (суглинистые, глинистые) рН КС1 > 5.5 2.0

Учет этих особенностей позволяет существенно упростить задачу нормирования загрязнения почв техногенными примесями. Поступление на почву металлов и их поведение в ней можно считать независимыми процессами без обратной связи, т. е., рассматривая систему почва - сопредельные среды (из которой исключена атмосфера), определить максимально допустимый поток загрязняющих веществ на поверхность почвы. И уже затем, независимо, можно перейти к величине предельно допустимого выброса их в атмосферу (в сущности, потока в атмосферу), не приводящего к превышению установленного допустимого потока на почву. Этот последний переход осуществим на основе моделей рассеяния загрязняющих веществ в атмосфере и выпадения их на подстилающую поверхность, в частности разработанных А.Я.Газиевым [4].

В ней поток на подстилающую поверхность аэрозольной составляющей выбросов с осадками (вымывание) находится по формуле

рм -- ¿йй (,>

где М - мощность выброса: е - относительный вклад смешанных атмосферных осадков в их общее количество; и - среднегодовая скорость ветра в атмосфере в слое распространения примеси; И -расстояние до источника выброса; 1«, - повторяемость направлений ветра при круговой розе ветров; Ь,2 - повторяемость ветра данного румба в холодный и теплый периоды года соответственно; Д1В|, ¿Мвг - относительная (в долях года) продолжительность выпадений твердых и жидких осадков

соответственно; а - поправка на отличие в интенсивностях вымывания твердыми и жидки осадками; 6, - доля массы примеси, приходящаяся на ¡-ю фракцию частиц; X, - постоянная вымыван аэрозольных частиц ¡-го размера. Сухой поток на почву находится по формуле

Рс-1(^| Д1е1 + У0Д1с2)Ч|, (2!

где v¡| - скорость сухого осаждения в зимний период; Д1{| - относительная продолжительность залегания снежного покрова за вычетом времени выпадения осадков в этот период; - ско сухого осаждения на лишенную снежного покрова подстилающую поверхность; Д1(2 - относитель продолжительность отсутствия снежного покрова за вычетом времени выпадения осадков в этот период; q¡ - среднегодовая массовая концентрация 1-й фракции частиц в приземном слое атмосферы.

Суммарная нагрузка металлов за время действия источника I на почвенный слой глубиной И и плотностью р не должна превышать ПДК. то есть должно соблюдаться условие

(Рм+Рс)=Р=ПДК Ьр/и (3)

Если суммарное содержание металлов в почве с учетом рассеивания в пахотном слое не должно превышать ПДК, лимитирующая доза пылевого выброса, поступающего в почву, определится выражением

где Сф - исходное содержание металла в почве, мг/кг; С. - содержание элемента в пыли ,мг/кг; ш -масса пахотного слоя почвы в пересчете на сухое вещество при поверхностном внесении в почву т = 672 т/га.

Таким образом, проблема нормирования загрязнения почв техногенными примесями может быть решена с использованием рассмотренной методики. Однако для реализации методики необходимо решение ряда проблем. Первая из них—определение необходимой точности модели. Естественной мерой точности может служить среднеквадратическое отклонение содержания металлов в почвах.

Другой проблемой является сравнение результатов модельных расчетов с результатами натурных наблюдений содержания металлов в почвах в зонах влияния промышленных предприятий. За длительное время работы предприятия обычно меняется технология как производства, так и выброса в атмосферу, поэтому точно оценить величину выброса и его дисперсный состав достаточно сложно. Это приводит к существенной неопределенности модельных расчетов, поскольку данные параметры моделей являются определяющими. Известную трудность в сопоставлении расчетных и фактических ПДВ составляет недостаточная информация о дисперсном составе выбросов, особенно если рассматривать эти выбросы в историческом разрезе работы предприятия.

Проведённые нами исследования по городам Среднего Урала (г. Кировград, г. Березовский), а также в работе [3] показали достаточно хорошую количественную взаимосвязь металлоносности выброса и почвенного слоя. В связи с тем, что почвы являются важной ресурсной составляющей в городах Среднего Урала, игнорирование нормирования загрязнения приводит к катастрофическим последствиям загрязнения их металлами.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Важенин И.Г. О нормировании загрязнения почв выбросами промышленных предприятий // Химия в сельском хозяйстве. - 1985. - Вып.23. - №6. - С. 30-32.

2. Малахов С.Г., Сенилов Н.Б. О проблемах нормирования загрязнения почв и расчёта ПДВ веществ , загрязняющих почву // Миграция загрязняющих веществ в почвах и сопредельных средах: Тр. 5-го Всес. сов. - Л.: Гидрометеоиздат, 1989. - С. 72-79.

3. Сает Ю.Б. Борисенко Е.Л. Количественная оценка соотношения между промышленными выбросами металлов и их накоплением в природных и сельскохозяйственных почвах // Миграция

загрязняющих веществ в почвах и сопредельных средах: Тр. 5-го Всес. сов. - Л.: Гидрометеоиздат, 1989.-С. 164-171.

4. Сенилов Н.Б., Малахов С.Г. и др. Сравнение моделей загрязнения почв от промышленных источников с расчётными данными // Миграция загрязняющих веществ в почвах и сопредельных средах: Тр. 5-го Всес. сов. - Л.: Гидрометеоиздат, 1989. - С. 57-64.

УДК 662.271.3:552.57

Э. И. Афанаснади, И. В. Абатурова, А. В. Тарасевич

ОПЫТ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОГО РАЙОНИРОВАНИЯ ТЕРРИТОРИИ СТРОИТЕЛЬСТВА ВОРОНЦОВСКОГО ГОКА С ЦЕЛЬЮ РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ОХРАНЫ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ

Одним из важных направлений научно-технического прогресса в области инженерной геологии является разработка фундаментальных и технологических основ обеспечения рационального и бережного освоения геологической среды в районах интенсивного техногенного воздействия. Как показывает опыт, отвалы горнодобывающей промышленности, хвосто- и шламохранилища, участки кучного выщелачивания часто являются источниками загрязнений геологической среды токсичными элементами. При этом наиболее часто подвергаются поражению грунтовые воды, являющиеся наиболее "ранимой" составляющей геологической среды и почвы.

Включение экологической проблематики в сферу интересов инженерной геологии оказывает существенное влияние на специфику инженерно-геологического районирования территории строительства ГОКов золоторудных месторождений Воронцовского типа, предусматривающих применение цианистой технологии обогащения.

Инженерно-геологические условия территории Воронцовского ГОКа, площадок хвостохранилища, установки кучного выщелачивания, обогатительной фабрики определяются повсеместно распространенными глинами, реже суглинками делювиального, озерно-болотного генезиса с коэффициентом фильтрации 0.05 м/сутки, имеющими мощность от 0.9 до 10-12 м, спорадически распространенными гравийно-галечными отложениями с супесчано-суглинистым заполнителем твердой-полутвердой консистенции с коэффициентом фильтрации 0.215 м/сутки, мощностью от 0.5 до 8-13 м и повсеместно подстилающими их песчано-глинисто-кремнистыми отложениями верхнего мела - нижнего эоцена (рис. 1). Песчано-глинисто-крсмнистые породы -пески (алевриты) пылеватые кварц-глауконитового состава, песчаники того же состава, опоки, опоковые и диатомитовые глины, диатомиты - в плане (по площади) и в разрезе обычно фациально замещаются и переслаиваются. Цементом песчаников служит опал, опал с глиной или чистая глина. Все полускальныс разновидности опок, песчаников, диатомитов выветрелы до глинистого состояния (щебнистая кора выветривания вскрыта только на юго-востоке территории). Коэффициенты фильтрации выветрелых песчаников, песков (алевритов) пылеватых приняты равными 0.09 м/сутки. кремнисто-глинистых пород-0.12 м/сутки.

Существующая методика оценки степени защищенности подземных вод от загрязнения базируется на анализе ряда природных факторов:

- наличия в кровле слабопроницаемых пород (Кф < 0.1 м/сутки);

- строения и мощности зоны аэрации;

- сорбционных свойств пород юны аэрации;

- положения уровня грунтовых вод.