CC BY
45
УДК 502/504 А. С. Воронкова
СОДЕРЖАНИЕ гн, Сй, РЬ В ПОЧВАХ,
НАРУШЕННЫХ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ УГЛЕДОБЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Семинар № 10
Т_Г итинская область является -ш- крупной минерально-сырье-вой базой России. Интенсивное использование ресурсов полезных ископаемых Читинской области приводит к неблагоприятной экологической ситуации в регионе. Многосторонним воздействием на окружающую среду сопровождается эксплуатация угледобывающих предприятий. Более уязвимым компонентом экосистемы в этом случае являются почвы. Одним из видов загрязнения почвенного покрова в результате разработки угольных месторождений может быть накопление им тяжелых металлов.
Влияние угольных разрезов Читинской области на природные комплексы наиболее подробно рассмотрено в проектах ОВОС для предприятий разрез «Восточный», разрез «Тигнинский» и разрез «Харанорский». В частности в них высказывается предположение о возможном загрязнении почвенного покрова вблизи разрабатываемых месторождений тяжелыми металлами.
Об опасности загрязнения почвенного покрова тяжелыми металлами упоминается в работе Овешникова Ю.М., Бутина Г.П., Добрыниной Н.А. «Влияние деятельности угольных разрезов Читинской области на природные комплексы». Ими отмечается дальнейшая миграция загрязняющих веществ вглубь по профилю почвы или же в растения, а посредством трофических цепей в организмы животных и человека. Более де-
тальных исследований, посвященных вопросу накопления тяжелых металлов в почвах, подверженных прессингу угледобывающих предприятий, в Читинской области проведено не было.
В данной работе рассматривается накопление тяжелых металлов в почвах нарушенных деятельностью угледобывающих предприятий на примере угольного разреза «Восточный» Читинской области.
К источникам загрязнения окружающей среды (по видам отходов) на данном предприятии относятся отвалы вскрышных пород, лом черных металлов, золошлаковые отходы, отходы ГСМ и РТИ, отработанные аккумуляторы и отходы потребления (ТБО).
Почва может загрязняться путем осаждения частиц пыли, а вместе с ними и токсичных элементов, попадающих в атмосферный воздух при эксплуатации предприятия. Исходя из перечня загрязняющих веществ выбрасываемых в атмосферу, можно предположить загрязнение почвенного покрова марганцем и его соединениями, свинцом и его соединениями. В результате непосредственного попадания в почву, вероятно, ее загрязнение нефтью и нефтепродуктами. Источниками поступления наряду с выбросами в атмосферу, сбросами сточных вод поверхностным сливом загрязняющих веществ, являются свалки и места складирования промышленных и бытовых отходов.
На территории разреза «Восточный» существуют места организованного временного хранения (накопления) отходов, часть из них в помещениях и часть на открытой территории предприятия. Размещаемые на территории предприятий отходы по своей природе и принятых способах хранения практически не выделяют в атмосферный воздух вредных веществ и не загрязняют почву, а также подземные и поверхностные воды. Отходы, хранящиеся в производственных помещениях, защищены от влияния атмосферных осадков и не воздействуют на почву, атмосферу, подземные и поверхностные воды. Их воздействие на окружающую среду может проявиться только при несоблюдении правил их сбора и хранения. Отходы, которые хранятся на промплощадках предприятий, в специально отведенных местах и своевременно используются либо передаются на другие предприятия опасности для окружающей среды, в частности почв, не представляют. Потенциально опасными можно считать те, которые хранятся на открытой территории предприятий.
В ходе выполнения НИР для рассматриваемого предприятия было установлено, что вскрышные породы как вид промышленных отходов относится к 4-му классу опасности и не содержит токсичных компонентов. Для пород разреза «Восточный» характерно содержание марганца - 320 г/т, меди - 16 г/т, свинца - 49 г/т, цинка - 230 г/т. Предельно допустимое содержание указанных элементов в почве: 1500 мг/кг, 33 мг/кг, 32 мг/кг и 55 мг/кг соответственно. Породы представлены надугольной толщей и состоят из торфов, песчаногравийной смеси, песчаников, алевролитов, аргиллитов; размещаются в вырабо-
танном пространстве угольных разрезов и во внешних отвалах.
Золошлаковые отходы, образующиеся в результате сжигания угля в котельных промплощадок, хозяйственной автоколонны, бани, вывозятся на захоронение во внутренние отвалы с последующей засыпкой породой, часть из них вывозится на строительные нужды как утепляющий материал. Отходы металлического лома и отработанные автомобильные покрышки и камеры накапливаются в металлических емкостях и навалом, на открытых площадках ОМР, имеющих подготовленное состояние. Отработанные ГСМ собирались и хранились в металлических емкостях, затем откачивались и были использованы частично в котельных или предавались сторонним организациям. Отработанные масла сливаются в бочку-тару и хранятся в специально отведенном месте. Используются в качестве смазочных масел для нужд предприятия. Отработанные фильтра складируются в металлических ящиках. По мере накопления сжигаются в котельной. Отработанные аккумуляторные батареи и отработавшие срок службы ртутные лампы хранятся на складах в специально отведенных метах.
Исходя из вышеизложенного, мож-но предположить отсутствие загрязнения почвенного покрова, как на территории предприятия, так и в его окрестностях.
В 2003 и 2005 годах были опробованы отвалы вскрышных пород на предмет содержания в них тяжелых металлов.
Для исследований 2003 года пробы почв были взяты по схеме основанной на данных «розы ветров» по векторам преобладающих среднегодовых направлений ветра. Преобладающим направлением в течение года
- карьер
,'-4 - точки отбора проб, где проводилось определение валового содержания никеля,
определение показателя рН, определение содержания органического вещества.
О - точка отбора проб, где проводилось определение валового содержания тяжелых металлов (Со, Си, С(1, N1, РЬ, 7п, Мп), определение показателя рН, определение содержания органического вещества.
Рис. 1 Схема отбора проб на территории предприятия (2003 г).
являются ветры южного, юго-запад-ного и западного направлений. Поэтому образцы отбирались в трех направлениях (северном, северо-вос-точном, восточном) в следующих точках: контур карьера, 100 м от контура карьера, 500 м от контура карьера, 1000 м от контура карьера. Контрольный образец взят в южном направлении на расстоянии 10000 м от разреза. Всего было отобрано 13 образцов почв (рис. 1).
Почвенные образцы 1-ой линии -контур карьера (образцы № 1, 5, 9) представлены песчано-гравийным материалом с включением мелких углей. Отвалы 2-ой линии - на расстоянии 100 м
от контура карьера (образцы № 2, 6, 10). Представлены преимущественно песчано-гравийным материалом, отмечены включения глины, также присутствуют включения мелких углей. Растительность отсутствует. Отвалы 3-ей линии -500 м от контура карьера (образцы № 3, 7, 11). Отвалы покрыты в основном травяной растительностью, иногда встречаются кустарники. Отмечено наличие гумусового горизонта в верхних горизонтах небольшого мощностью до 1 см. Глубже по профилю (5-15 см) преобладает песчано-гравийный материал. Как на поверхности, так и в глубине по профилю присутствуют включения мелких
углей. Отвалы 4-ой линии - 1000 м от контура карьера (образцы № 4, 8, 12). Здесь сформирован гумусовый горизонт мощностью до 2-3 см. Растительность представлена травами, кустарниками, низкими и высокими деревьями, в основном березами. Контрольный образец взят на расстоянии 10000 м от разреза. Почвы луговые, покрыты сплошным травяным покровом, мощность гумусового горизонта характерная для данного типа почв - 4-5 см.
В образцах почв было определено содержание органического вещества, показатель кислотности и концентрация тяжелых металлов. В точке контура горного отвода были определены концентрации элементов: Со, Си, С^ N1, РЬ, 2п, Мп; в остальных образцах была определена концентрация одного элемента - N1. Результаты проведенных анализов показали, что превышения уровней предельно допустимых концентраций тяжелых металлов нет. Содержание органического вещества увеличивается с увеличением расстояния от карьера и в контрольном образце принимает среднее фоновое значение, характерное для рассматриваемого типа почв. Характерным является содержание от 3 до 6 %. В контрольном образце - 4, 45 %.
Реакция почвенного раствора слабокислая (5,5 - 6,0), характерной для данного типа почв является нейтральная (рН 7), т.е. отмечается незначительное изменение реакции почвы в сторону подкисления.
Было проведено сравнение фактических концентраций элементов в почвенных образцах с фоновыми концентрациями в почве, с фоновыми концентрациями в изымаемой породе и с ориентировочно допустимыми концентрациями (ОДК).
Согласно одной из систем нормирования, почва, концентрация поллютан-
тов в которой находится в пределах от фонового значения до значения ОДК, считается незагрязненной. По другой системе почва входит в группу незагрязненных, если концентрация полю-тантов не превышает удвоенного фонового значения в почве.
В исследуемом случае концентрация элементов находится в пределах фоновых значений почвы, фоновых значений породы, ОДК. Исключение составляет концентрация кобальта, которая превышает фоновую в почве и фоновую в породе. ОДК для кобальта не установлена, поэтому точных выводов о загрязнении почв кобальтом сделать нельзя.
В 2005 году было проведено повторное опробование почв территории разреза «Восточный». Схема отбора проб также базировалась на данных «розы ветров», но сектор отбора был сужен, и пробы отбирались в северо-северо-восточном секторе по линиям: контур горного отвода, 100 м, 300 м, 500 м, 900 м от контура карьера. На каждой линии по четыре точки отбора (рис. 2). Контрольные образцы были взяты на расстоянии 10000 м от предприятия в юговосточном направлении.
Далее были проведены анализы по определению концентрации тяжелых металлов (С^ 2п, РЬ), органического вещества и показателя кислотности во всех почвенных образца, включая контрольные. Как и в предыдущем случае, концентрация элементов находилась в пределах ОДК. Содержание органического вещества увеличивалось с увеличением расстояния от карьера, значение рН колеблется от 4 до 6, что говорит об изменении рН в сторону подкисления.
На рис. 3, а, 3, б, 3, в показано изменение концентрации элементов с увеличением расстояния от карьера. Прослеживается одинаковый для трех элементов характер изменения их концентра-
С
ции. Максимальная концентрация элементов наблюдается в точке контура горного отвода, далее происходит понижение концентрации и на расстоянии 100 м от контура горного отвода она принимает минимальные значения. На участке 100-300-500 м происходит рост концентрации и в точке 500 м она приобретает значение, близкое или превышающее то, которое наблюдается в точке контура. Далее концентрация опять снижается, и следующий минимум наблюдается в точке 900 м.
Сравнение концентраций в точке 900 м с концентрацией контрольных образцов позволяет сделать вывод о том, что почвы, непосредственно вовлеченные в производственный процесс, содержат меньшее количество элементов, чем это характерно для данного типа почв, т.е. обеднены элементами.
Сравнение результатов 2005 года с результатами 2003 года показало, что произошло увеличение концентрации элементов в точке контура
Средние концентрации РЬ
40
2 30 — ,е 1 20
я то о 10 >
а р 0
контур 100 300 500 900 контроль
—РЬ 8.49 7.08 10.21 9.82 8.52 10.2
— ОДК 32 32 32 32 32 32
концентрация, мг/кг
Рис. 3, б
горного отвода: 2п с 19,4 мг/кг в 2003 году до 25,72 мг/кг в 2005 году, Cd - с
0,02 мг/кг до 0,18 мг/кг, РЬ - с 5,53 мг/кг до 8,49 мг/кг соответственно.
Рассмотрим особенности накопления элементов в почвах. Накопление тяжелых металлов в почвах во многом определяется генетическими особен-ностями почв, такими ее свойствами, как механический состав, содержание органического вещества, емкость поглощения, мощность гумусового горизонта, реакцией почвенного раствора. Кислые почвы накапливают микроэлементов больше, нежели чем почвы с нейтральной реакцией или щелочной. Однако влияние показателя кислотности на аккумуляцию микроэлементов в настоящий момент изучено недостаточно хорошо, поэтому некоторые данные весьма противоречивы. Так некоторые исследователи отмечают повышение содержания кобальта и цинка с изменением реакции почвенной среды в сторону подкисле-ния.
Кадмий, свинец, цинк, медь, никель обладают значительной подвижностью в кислой среде и становятся инертными при изменении среды в сторону подщелачивания. Одним из факторов, влияющих на содержание и поведение цинка, является рН. В условиях кислой реакции среды цинк вымывается и его содержание в верхнем горизонте ниже фонового. Цинк, поступающий с техногенной пылью, хорошо растворим, максимальное количество цинка может быть отмечено при наличии карбонатов. В профиле лугово-болотных почв четко прослеживается связь содержания цинка в почвенных горизонтах с содержанием в них железа. При содержании железа 26-28 мг/кг, количество цинка возрастает до 120-138 мг/кг.
На интенсивности накопления микроэлементов положительно сказывается тяжелый механический состав, высокая емкость поглощения, высокое содержание гумуса. В песчаных, супесчаных, легкосуглинистых почвах небольшие колебания ила по горизонтам резко влияют на распределение микроэлементов. Слоистость и смена механического состава ведут к накоплению микроэлементов. Многие исследователи отмечают важное значение органического вещества, особенно гуминовых кислот, в накоплении микроэлементов. Гольдшмидт В. М. подчеркивал четко выраженную концентрацию кобальта, бериллия, цинка, кадмия олова, свинца в почвенном гумусе, он связывал это с физическими процессами, захватом соединений элементов с органическим веществом почвы.
Содержание кадмия определяется те ми же факторами, что и цинка. В процессах поглощения цинка и кадмия почвами часто ведущую роль играют кислотно-щелочные условия. Сильно гумусированные горизонты почв, с высоким значением pH способны связывать большие количества элемента. Утяжеление механического состава также способствует повышению буферной емкости почв. Высокие концентрации цинка и кадмия негативно влияют на растения, обладая высокой фитотоксичностью. Это объясняется значительной подвижностью этих элементов в почвах.
Низкие содержания кобальта характерны для болотных и подзолистых почв. Содержание кобальта уменьшается в легких почвах, особенно, формирующихся в условиях промывного режима. Мерзлотность почв затормаживает потери элемента из почв и пород. Утяжеление механического состава, накопление органического вещества по-
вышает количество кобальта в почве. На плохо дренированных почвах содержание кобальта повышено по сравнению с почвами, развивающимися в условиях хорошего дренажа. С уменьшением размера частиц увеличивается содержание кобальта, в илистой фракции его в 7 раз больше, чем в песчаных.
Почвы Забайкалья формируются на почвообразующих породах, обедненных микроэлементами. Согласно исследованиям Абашеевой, материнские породы Забайкалья отличаются низким содержанием марганца, меди, цинка, кобальта. Химический состав почвообразующих пород вследствие слабо протекающих процессов биологического и химического выветривания изменяется мало. Этот факт определяет низкие их содержания в почвах. При этом концентрации элементов варьируют в широких пределах в зависимости от гумусированности почв, гранулометрического состава, наличия мерзлоты. Биологический круговорот в системе почва-растение обеспечивает поступление микроэлементов в верхние горизонты.
Территория непосредственного ведения работ охватывает пойму реки Инго-ды. Пойма сложена аллювием мощностью от 4 до 8 м., представленным русловой и пойменной фациями. Русловая фация: пески, гравий, галечник. Пойменная: пески, супеси, суглинки. Более возвышенные участки высокой поймы сложены преимущественно песчаногравийным материалом, а поверхность низкой поймы супесчано-суглинистым материалом. Распространены луговые, лугово-болотные и болотные почвы глу-бокопромерзающие. Местами на высокой пойме и по русловым валам имеются лугово-лесные мерзлотные почвы. Почвы маломощные (мощность гумусо-
вого горизонта до 15 см), супесчаные, аллювиального ряда, по болотам отор-фированые (мощность торфа до 26 см). Содержание гумуса в перегнойном горизонте луговых почв составляет 3-6 %. Реакция почвенного раствора нейтральная, с глубиной изменяется до щелочной. Сумма поглощенных оснований 2027 мг.экв. на 100 г почвы. В прирусловой и центральной частях поймы формируются пойменные аллювиальные слоистые почвы. Они развиваются на песчаных и супесчаных отложениях. В слабо гумусированном дерновом горизонте и ниже по всему профилю чередуются песчаные, супесчаные и редко легкосуглинистые прослойки аллювия (от 1 до 10 см). Мощность гумусового горизонта 10-20 см. В слоистых почвах мало гумуса и азота. В наиболее пониженных частях центральной поймы в условиях избыточного увлажнения формируются оторфированые иловато-глеевые легкосуглинистые почвы. Почвы здесь обогащены скоплениями окислов железа, в их профиле отмечают наличие ржавых пятен. Торф притеррасных болот богат азотом, фосфором, кальцием, магнием, но его добыча не ведется из-за малой мощности торфяного горизонта и близкого залегания мерзлоты. На пойме широко распространены многолетнемерзлые породы (ММП). Они имеют островной характер и высокую температуру: от -1 до 0 0С. Мощность ММП достигает 60 м, при этом она уменьшается от бортов впадины к ее центру, к руслу. (По данным НИР «В»).
Таким образом, учитывая особенности почв исследуемой территории, можно предположить, что они не обладают высокой восприимчивостью к загрязнению. Легкий механический состав, низкое содержание органического вещества, крупность слагающих фракций являются естественной защитой от загряз-
нения и препятствуют их аккумуляции в почве.
Поскольку результаты 2005 года показали увеличение концентрации элементов в точке контура горного отвода, при существующих темпах добычи можно предполагать ее дальнейшее увеличение.
Отсутствие данных ОДК для некоторых элементов, в исследуемом случае
1. Абашеева Н.Е. Агрохимия почв Забайкалья. - Новосибирск: Знание, 1989, с 179.
2. Минеев В.Г. Агрохимия, биохимия и экология почвы. - М.: Наука, 1990, с. 67.
3. Мотузова Г.В. Соединения микроэлементов в почвах: системная организация, экологическое значение, мониторинг. - М.: Эдиториал УРСС, 1999. с.99.
это кобальт, не позволяет оценить степень загрязнения почв.
Высокой остается опасность первичного загрязнения, которое выражается в создании отвалов и карьеров и приводит к образованию антропогенного ландшафта. Поскольку рекультивация земель в данный период времени не ведется, то большие площади земель так и остаются непригодными для использования.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. Отчет о НИР «Проект нормативов образования отходов и лимитов на их размещения (ПНООЛРТ), Чита, 2004.
5. Отчет о НИР. «Оценка воздействия разреза Восточный на окружающую среду и экологическое обоснование хозяйственной деятельности». Чита, 1998.
— Коротко об авторах
Воронкова Анна Сергеевна - аспирантка, Читинский государственный университет.
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ ДИССЕРТАЦИИ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
БРОДСКИЙ Григорий Семенович Обоснование, выбор параметров и разработка систем фильтрации рабочих жидкостей для гидрофицированных горных машин 05.05.06 д.т.н.
