CC BY
51
УДК 504.05
DOI: 10.24412/1728-323X-2021-2-92-96
ВЛИЯНИЕ ПРЕДПРИЯТИЯ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ НА СОСТОЯНИЕ САНИТАРНО-ЗАЩИТНОЙ ЗОНЫ
Д. А. Школьных, аспирант кафедры рационального природопользования, Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова (МГУ), dimych4265@yandex.ru, Москва, Россия, С. Н. Кириллов, доктор экономических наук, профессор, Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова (МГУ), eco-msu@mail.ru, Москва, Россия, А. В. Холоденко, кандидат географических наук, доцент, Волгоградский государственный университет (ВолГУ), kholodenko@volsu.ru, Волгоград, Россия
В настоящей работе с помощью статистического анализа, методов геоботанического описания и атомно-абсорбционной спектрометрии продемонстрированы особенности влияния предприятий черной металлургии на окружающую среду на примере АО «ВМК «Красный Октябрь» в Волгограде. Установлено, что станция мониторинга качества атмосферного воздуха не регистрирует в полной мере превышения концентраций загрязняющих веществ металлургического комбината из-за особенностей состава выбросов. Проведенный химический анализ депонирующих сред — тканей растений в пределах са-нитарно-защитной зоны — позволил продемонстрировать влияние комбината на окружающую среду. В процессе исследования нами было отмечено, что выбросы стационарных источников предприятия изменяют естественный химический состав почв и растений вблизи предприятия и тем самым влияют на фитосанитарное состояние лесозащитной полосы. При этом металлические фракции быстро рассеиваются, и станция мониторинга качества атмосферного воздуха не всегда фиксирует превышения ПДК, несмотря на ежегодные многочисленные жалобы граждан, живущих вблизи предприятия. Исследование позволило установить, что концентрации тяжелых металлов в тканях вяза мелколистного (Ulmus pumila) возле источника воздействия превышают фоновые значения в несколько раз.
Using statistical techniques, geobotanical survey and atomic absorption spectrometry, we demonstrated the environmental impact of the iron and steel industry in the case study of the Metallurgical plant in Volgograd. We found that the atmospheric air quality stations do not register the increase of contaminant concentration near the Metallurgical plant due to the peculiarities of the emission composition. It is the chemical analysis of the deposit media, such as plant tissue, that allows us to determine the extent of the environmental impact from the smelter. It was found that the cloud of metal dust containing NOx, CO, HF and heavy metals, such as copper, manganese, chromium, nickel, zinc, spread in sanitary protection zone and have an effect on plant health in the forest protective belt. At the same time, metal fractions dissipate quickly, and atmospheric air quality station does not record the excess of threshold limit values. Although the citizens living near the smelter are constantly complaining of the polluted air. We revealed that the concentrations of heavy metals in the leaves of Ulmus pumila are higher than those of the background values.
Ключевые слова: атомно-абсорбционная спектрометрия, тяжелые металлы, санитарно-защитная зона, жизненное состояние растений, металлургический комбинат.
Keywords: atomic absorption spectrometry, heavy metals, sanitary protection zone, plant health, smelter.
92
Введение. На территории Российской Федерации расположено несколько градообразующих предприятий черной металлургии. При строительстве таких городов промышленные зоны размещали как можно ближе к селитебной территории, водоемам, выбирая удобное логистическое расположение. При этом специфике воздействия предприятий на окружающую среду уделялось недостаточно много внимания, а о возможных рисках и последствиях в долгосрочной перспективе не учитывали в полной мере.
Рост автомобилизации в России, приведение в упадок общественного транспорта, уничтожение в ряде городов системы трамваев и троллейбусов и ненадлежащий уход за зелеными насаждениями привели к ухудшению экологической обстановки. В результате воздух в больших городах загрязнен пылевыми частицами, тяжелыми металлами и продуктами сгорания автомобильного топлива, а зеленые насаждения не способны нейтрализовать негативное воздействие антропогенного характера на окружающую среду.
Так, предприятия черной металлургии загрязняют компоненты окружающей среды тяжелыми металлами. Если же градостроительная структура населенного пункта характеризуется расположением крупных транспортных артерий и промышленных объектов вблизи зоны жилой застройки в совокупности с неудовлетворительным состоянием зеленого каркаса города, то уровень загрязнения окружающей среды возрастает в несколько раз. Одним из таких городов является Волгоград. В северной части города на правом берегу Волги на расстоянии менее 1 км расположен металлургический комбинат АО «ВМК «Красный Октябрь». Данное предприятие основано в середине прошлого века, поэтому немалая часть оборудования и системы очистных сооружений технически устарели и обладают малой эффективностью. При этом завод наращивает производственные мощности, а, следовательно, объемы выбросов загрязняющих веществ также растут [10]. Предприятие имеет II класс опасности, однако
№ 2, 2021
размер фактической СЗЗ составляет менее 500 м [8]. Специфический состав выбросов и их непредсказуемый режим эмиссии трудно поддается контролю стационарными постами мониторинга качества атмосферного воздуха. И лишь химический состав депонирующих сред — почв и растений — позволит оценить воздействие объекта на окружающую среду.
Модели и методы. Объектом исследования в данной работе послужили зеленые насаждения вдоль санитарно-защитной зоны волгоградского металлургического комбината АО «ВМК «Красный Октябрь». Карта-схема промышленного объекта представлена на рисунке 1.
Геоботаническое описание зеленых насаждений санитарно-защитной зоны комбината проводились в сентябре-октябре 2017 г. на семи геоботанических площадках по установленной методике [2]. Химический состав листьев вяза приземистого (Ulmus pumila) определялся методом атомно-абсорбционной спектрометрии (AAC) [7].
Результаты и обсуждение. Согласно имеющимся данным в составе выбросов АО «ВМК «Красный Октябрь» присутствуют токсичные тяжелые металлы, их соли и оксиды. К ним относятся кадмий, хром, свинец, медь, цинк, никель и другие. Из всех компонентов выбросов наименее опасным является оксид железа; именно на него приходится больший процент эмиссий [9].
В 2016 году АО «ВМК «Красный Октябрь» модернизировал оборудование и технологические процессы, в результате чего суммарный объем выбросов сократился. Однако это не значит,
что загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами параллельно снизилось. Рассмотрим динамику изменения объемов выбросов загрязняющих веществ на диаграмме 2.
Как видно из диаграммы, общая масса выбросов предприятия стала снижаться с 2013 года. Это обусловлено сокращением объемов газообразных компонентов в составе выбросов комбината. Масса же твердых фракций остается неизменной, следовательно, АО «ВМК «Красный Октябрь» продолжил загрязнять окружающую среду тяжелыми металлами и их соединениями.
За качеством атмосферного воздуха в Волгограде отвечает сеть из восьми стационарных постов. Один из них располагается одновременно в селитебной зоне и под факелом влияния АО «ВМК «Красный Октябрь». Ему присвоен номер 3.
2012 2013 2014 2015 2016 2017
Рис. 2. Динамика изменения выбросов загрязняющих веществ по фракциям металлургического комбината АО «ВМК «Красный Октябрь», т/год (составлено авторами по [3—5])
№ 2, 2021
93
Диоксид азота С Пыль Оксид углерода ■ Фторид н
2013 2014 2015 2016
2017
2018 2019
Рис. 3. Максимально зарегистрированные концентрации загрязняющих веществ стационарным постом № 3, доли ПДКсс (составлено авторами по [3—5])
0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0
■ Железо ■ Медь ■ Марганец ■ Свинец и Цинк оо о"
э
г-
о
ш П
о <4 о ГЦ о"
00 Р о ^вЯ ■о©£Ш— оИо ■оси о о До" 1 -п8£ ой® о оон ^Шш Я Ш я- 11 Я I Во 1 ёИ у® ■Я-0! о ■о | ||| 10,02 " 0,001 Н0,0б 0,082 1_к!°г
2013 2014 2015 2016 2017
2018 2019
Рис. 4. Максимально зарегистрированные концентрации тяжелых металлов стационарным
постом № 3, доли ПДКсс (составлено авторами по [3—5])
Для того чтобы наглядно продемонстрировать динамику изменения качества атмосферного воздуха возле металлургического комбината, мы произвели расчет в долях ПДКсс (рис. 3).
Как следует из диаграммы, в 2013—2016 гг. концентрации всех загрязняющих веществ хотя бы раз превышали норматив. В 2014 и 2015 гг. регистрировалось превышение по фтороводороду более чем в пять раз. Проведенная в цехах металлургического комбината модернизация оборудования позволила сократить объем выбросов в два раза. После 2016 года превышений предельных концентраций по оксиду углерода не наблюдалось.
Работы по модернизации оборудования сталеплавильных цехов не избавили от проблемы залповых выбросов. Они представляют собой газопылевые облака оранжевого цвета, которые быстро распространяются над зоной жилой застройки и акваторией Волги, а спустя несколько часов рассеиваются. Стационарный пост № 3 определяет
концентрации железа, меди, марганца, свинца и цинка с определенной периодичностью. В пересчете на доли ПДКсс за 7 лет не было зарегистрировано ни одного превышения (рис. 4).
Стационарный пост № 3 регистрирует концентрации загрязняющих веществ в определенное время, которое может не совпадать с моментом залповых выбросов. В состав эмиссионных облаков входят железистая пыль, окалина, соли тяжелых металлов и прочие компоненты в твердом агрегатном состоянии, которые быстро оседают после попадания в атмосферу. Поэтому предоставленные постом № 3 данные не могут быть достоверными в полной мере.
На диаграмме продемонстрировано, как максимально зарегистрированные концентрации меди и марганца увеличивались до 2018 года, но в 2019 году они снизились до уровня 2013 года. Вероятно, это связано с уменьшением объема выбросов данных компонентов на предприятии. Содержание цинка практически неизменно. Однако концентрации свинца увеличиваются непрерывно и приближаются к неблагоприятной отметке.
Фитосанитарное состояние древесных насаждений является информативным показателем качества окружающей среды. Результаты исследования фитопатологического состояния зеленых защитных насаждений отображены на рисунке 5.
Согласно полученным результатам большинство оцениваются как «ослабленные» и «сильно ослабленные». При этом наибольшее число деревьев с неудовлетворительным фитосанитарным состоянием встречается возле цехов комбината. На геоботанической площадке в 100 метрах от источника выбросов (сталеплавильный цех) большая часть взрослых деревьев Шжж рыжНа поражена бактериальной водянкой, что свидетельст-
Здоровые Ослабленные Сильно Усыхающие Сухостой ослабленные
Рис. 5. Фитосанитарное состояние лесообразующей породы Ulжыs рыжПа на территории СЗЗ металлургического комбината (составлено авторами)
45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
□ Марганец
□ Цинк
□ Медь
1
3
6
Фон
Рис. 6. Химический состав листьев Ulmus pumila, мг/кг (составлено авторами)
вует о сниженном иммунитете растении ввиду сильного загрязнения окружающей среды. Конфигурация розы ветров города Волгограда предрасполагает к тому, что изучаемая территория сильнее подвержена загрязнению со стороны комбината.
Анализ химического состава листьев Ulmus pumila позволил установить, что в деревьях, растущих на территории СЗЗ предприятия, концентрации тяжелых металлов в несколько раз выше контрольных значений. Результаты исследования приведены на рисунке 6.
Древесная растительность захватывает металлическую пыль листовыми пластинами, абсорбируя часть тяжелых металлов через кутикулу. Почва, обладая аккумулирующей способностью, накапливает в себе тяжелые металлы, подвижные формы которых поглощаются корнями растений и депонируются в тканях. Вблизи АО «ВМК «Красный Октябрь» концентрация м арганца превышает ПДК в 6 раз, цинка — в 4 раза, меди — в 20 раз [6].
Заключение. Таким образом, установлено, что фитосанитарное состояние зеленых насаждений на территории СЗЗ металлургического завода является неудовлетворительным. Исследование показало, что ткани Ulmus pumila содержат высокие концентрации меди, марганца и цинка, превышающие фоновые значения в несколько раз. Совокупность этих двух факторов свидетельствует о негативном влиянии АО «ВМК «Красный Октябрь» на окружающую среду.
Древесные породы извлекают тяжелые металлы из окружающей среды и депонируют их в тканях, вовлекая тем самым поллютанты в биологический круговорот. Избыточное поступление даже жизненно важных микроэлементов негативно сказывается на здоровье древесных пород. В свою очередь, ухудшение фитосанитарного состояния зеленых насаждений снижает барьерные функции санитарно-защитной зоны, что многократно усиливает воздействие промышленного объекта на окружающую природную среду и здоровье населения.
Библиографический список
1. ГН 2.1.6.3492—17 Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе городских и сельских поселений (утв. постановлением Главного государственного санитарного врача РФ от 22 декабря 2017 года № 74) // Нормативные базы ГОСТ/СП/СНиП: информ. система. — 2020. — 10 декабря.
2. Боголюбов, А. С. Методы геоботанических исследований: методическое пособие / А. С. Боголюбов. — М.: Экосистема, 1996. — 21 с.
3. Доклад «О состоянии окружающей среды Волгоградской области в 2012 году» / Комитет природных ресурсов и экологии Волгоградской области. — Волгоград: «СМОТРИ», 2013. — 200 с.
4. Доклад «О состоянии окружающей среды Волгоградской области в 2017 году» / Комитет природных ресурсов и экологии Волгоградской области. — Волгоград: «Темпора», 2018. — 300 с.
5. Доклад «О состоянии окружающей среды Волгоградской области в 2019 году» / Комитет природных ресурсов, лесного хозяйства и экологии Волгоградской области. — Волгоград: «Темпора», 2020. — 300 с.
6. Тихонова, А. А. Значимость данных о фактической зоне влияния локального промышленного объекта при оценке качества городской среды (на примере ВМК «Красный октябрь») / А. А. Тихонова, И. А. Болгов // Современная экология: образование, наука, практика. Материалы международной научно-практической конференции (г. Воронеж, 4—6 октября 2017 г.) / Под общей редакцией проф. В. И. Федотова и проф. С. А. Куролапа. — Воронеж: Издательство «Научная книга», 2017. — Т. 2. — С. 108—114.
7. Kalra Yash. P. Handbook or reference methods for plant analysis. New York, CRC Press. 1998. 291 p.
8. Карта зон с особыми условиями использования территории // Картографический фонд Волгограда от 27.10.2020. — Режим доступа: http://www.volgmap.ru/pzzvlg.map/?layers=SPZone
9. Объект 18-0134-000164-П АО «ВМК «Красный октябрь»» // ПТО УОНВОС: Открытый реестр объектов НВОС от 14.12.2020. — Режим доступа: https://onv.fsrpn.rU/#/public/registry/18-0134-000164-%D0 %9F.
10. Справка о предприятии ВМК «Красный Октябрь» // ВМК «Красный Октябрь» от 14.02.2020. — Режим доступа: http://www.vmzko.ru/spravka.html.
№ 2, 2021
95
INFLUENCE OF A FERROUS METALLURGY ENTERPRISE ON THE STATE OF THE SANITARY PROTECTION ZONE
D. A. Shkolnykh, Ph. D. student, Lomonosov Moscow State University, dimych4265@yandex.ru, Moscow, Russia,
S. N. Kirillov, Ph. D. in Economics, Dr. Habil., Professor, Lomonosov Moscow State University, eco-msu@mail.ru, Moscow, Russia,
A. V. Kholodenko, Ph. D. in Geography, Volgograd State University, a.v.kholodenko@bk.ru, Volgograd, Russia
References
1. GN 2.1.6.3492—17 Predelno dopustimye koncentracii (PDK) zagryaznyayushchikh veshchestv v atmosfernom vozdukhe gorodskikh i selkikh poselenij (utv. postanovleniem Glavnogo gosudarstvennogo sanitarnogo vracha RF ot 22 dekabrya 2017 goda № 74) [TLV of pollutants in the air of city and urban settlements (approved by the Chief Medical Officer of the Russian Federation on 22 December 2017 № 74)]. Moscow, Federalnyj centr gigieny i epidemiologii Rospotrebnadzora. 59 p. [in Russian].
2. Bogolyubov A. S. Metody geobotanicheskih issledovanij [Manual on geobotanical researches]. Moscow, Ekosistema. 1996. 21 p. [in Russian].
3. Doklad O sostoyanii okruzhayushej sredy Volgogradskoj oblasti v 2012 godu [Committee of Natural Resources, Forestry and Ecology of Volgograd Region: Environmental report in Volgograd region on 2012]. Volgograd, SMOTRI. 2013. 300 p. [in Russian].
4. Doklad O sostoyanii okruzhayushej sredy Volgogradskoj oblasti v 2017 godu [Committee of Natural Resources, Forestry and Ecology of Volgograd Region: Environmental report in Volgograd region on 2017]. Volgograd, TEMPORA. 2018. 300 p. [in Russian].
5. Doklad O sostoyanii okruzhayushej sredy Volgogradskoj oblasti v 2019 godu [Committee of Natural Resources, Forestry and Ecology of Volgograd Region: Environmental report in Volgograd region on 2019]. Volgograd, TEMPORA. 2020. 200 p. [in Russian].
6. Tikhonova A. A., Bolgov I. A. Znachimost dannykh o fakticheskoj zone vliyaniya lokalnogo promyshlennogo objekta pri ocenke kachestva gorodskoj sredy na primere VMK "Krasnyj oktyabr". Sovremennaya ekologiya: obrazovanie, nauka, praktika. Materialy mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii (g. Voronezh, 4—6 oktyabrya 2017g.) [Data significance of the local facility impacted zone during environmental assessment — evidence from VMK Krasny Oktyabr CJSC. Modern Ecology: education, science, practice. The proceedings of international scientific conference in Voronezh on 4—6 October 2017]. Voronezh, Nauchnaya kniga. 2017. Vol. 2. P. 108—114 [in Russian].
7. Kalra Yash. P. Handbook or reference methods for plant analysis. New York, CRC Press. 1998. 291 p.
8. Karta zon s osobymi usloviyami ispolzovaniya territorii. Kartograficheskij fond Volgograda [Zoning map of special conditions of land use. Volgograd map archive]. Available at: http://www.volgmap.ru/pzzvlg.map/?layers=SPZone, date of access 14.02.2020 [in Russian].
9. Obekt 18-0134-000164-P AO "V?M?K "Krasnyj oktyabr". PTO UONVOS: Otkrytyj reestr obektov NVOS [Object 18-0134-000164-P VMK Krasny Oktyabr CJSC. The software for tracking objects having a negative impact on the environment: a public register of objects having a negative impact on the environment]. Available at: https://onv.fsrpn.ru/#/public/registry/18-0134-000164-%D0 %9F, date of access 14.02.2020 [in Russian].
10. Spravka o predpriyatii VMK "Krasnyj Oktyabr". VMK "Krasnyj Oktyabr" [The certificate of VMK Krasny Oktyabr CJSC. VMK Krasny Oktyabr CJSC]. Available at: http://www.vmzko.ru/spravka.html, date of access 14.02.2020 [in Russian].
