Экомониторинг санитарно-защитной зоны металлургического предприятия: снежный и почвенный покровы

Введение

При оценке влияния крупных промышленных предприятий важным является снижение негативного воздействия на все компоненты природы. В ресурсных регионах (Кемеровская обл. – Кузбасс) воздействие осуществляется как на природные экосистемы, так и на городскую среду, обеспечивающую качество жизни населения. В настоящей работе экомониторинг санитарно-защитной зоны (СЗЗ) рассмотрен на примере АО «ЕВРАЗ Объединенный Западно-Сибирский металлургический комбинат» (АО «ЕВРАЗ ЗСМК»). Рассматриваемое предприятие расположено в непосредственной близости от десяти особо охраняемых природных территорий (ООПТ) различного ранга, являющихся объектами природного наследия Кузбасса. Расстояние до границы ООПТ составляет 17 км – заказник регионального значения «Увалы Лучшево»; 30 км – заказник регионального значения «Черновой Нарык»; 35 км – памятник природы регионального значения «Костенковские скалы»; 55 км – памятник природы регионального значения «Кузедеевский»; 55 км – памятник природы федерального значения «Кузедеевский липовый остров»; 56 км – государственный природный заповедник «Кузнецкий Алатау»; 65 км – заказник регионального значения «Караканский»; 68 км – памятник природы регионального значения «Артышта»; 75 км – заказник регионального значения «Бельсинский»; 83 км – заказник регионального значения «Бачатские сопки». Для сохранения уникальных природных комплексов необходимо соблюдение требований по охране окружающей среды, одним из которых является создание санитарно-защитной зоны. Эта зона устанавливается в целях снижения уровня загрязнения атмосферного воздуха до установленных нормативов вредных выбросов после проведения на предприятиях всех мер по очистке вредных веществ.

Цель работы – исследовать и проанализировать воздействие промышленных выбросов на экологическое состояние почвы и снежного покрова СЗЗ АО «ЕВРАЗ ЗСМК».

Изучение вопроса

Для достижения поставленной цели стояли следующие задачи:

– изучить методы исследования почвенно-экологического состояния санитарно-защитной зоны;

– проанализировать результаты лабораторных исследований снежного покрова и почвы на границах СЗЗ АО «ЕВРАЗ ЗСМК».

Город Новокузнецк расположен на юге Кемеровской области, в большой котловине, образованной поймами рек Кондома и Томь, и окружен горами Кузнецкого Алатау и Салаирского кряжа. Металлургическое предприятие АО «ЕВРАЗ ЗСМК» расположено в северо-восточной части города. Место постройки комбината выбрано с учетом возможной близости к энерго-сырьевым источникам, а также с учетом наибольшего удаления от жилых массивов города. По мощности предприятия, условиям ведения технологического процесса, характеру и объему выделяемых в окружающую среду вредностей АО «ЕВРАЗ ЗСМК» относится к первому классу предприятий. Радиус санитарно-защитной зоны для металлургических предприятий первого класса составляет 1 км (фактический 5 км), что соответствует СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200 – 03¹. Озеленение (не менее 50 % площади застройки) осуществляется деревьями специальных пород.

Современное металлургическое предприятие – это сложный производственный комплекс, включающий много цехов, которые могут загрязнить воздушный бассейн окружающей территории. Избежать этого невозможно, поэтому введена санитарная охрана атмосферного воздуха, то есть система мероприятий, направленных на обеспечение чистоты воздуха и поддержание ее на уровне, безопасном для жизни и здоровья человека [1; 2].

Санитарно-защитная зона АО «ЕВРАЗ 3СМК» включает в себя восемь опытных площадок Северного промышленного узла, на каждой площадке представлены различные почвы:

1 – пойменная зернистая в районе Ильинского моста (восточный ветер);

2 – аллювиально-луговая в районе деревни Телеуты (северо-восточный ветер);

3 – чернозем выщелоченный тучный за деревней Малая Щедруха (северный ветер);

4 – чернозем выщелоченный в районе шахты Юбилейная (северо-западный ветер);

5 – луговая тяжело-суглинистая в районе дороги на Курегеш – Есауловку (западный ветер);

6 – черноземо-луговая тяжело-суглинистая в районе дороги в поселке Чистогорск (юго-западный ветер);

7 – чернозем выщелоченный среднемощный легкосуглинистый в районе деревни Мокроусово (южный ветер);

8 – чернозем выщелоченный среднемощный легкосуглинистый в районе деревни Ильинка (юго-восточный ветер).

Зоны опытных площадок АО «ЕВРАЗ ЗСМК» показаны на рисунке.

Санитарно-защитная зона Северного промышленного узла проходит на севере на расстоянии 5 км; на северо-востоке – 3,3 км; на востоке – 3,5 км; на юго-востоке – 4,1 км; на юго-западе – 1,8 км; на западе – 2,6 км; на северо-западе – 4 км; на юге – 4,2 км от границ промплощадки АО «ЕВРАЗ ЗСМК».

Состояние окружающей среды крупных городов и предприятий обычно оценивается по состоянию отдельных ее составляющих: атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, почв (с учетом микрофлоры), растительного покрова, здоровья горожан [3 – 7].

Снежный покров, обладающий высокой сорбционной способностью, является наиболее информативным объектом при выявлении техногенного загрязнения не только атмосферных осадков, но и атмосферного воздуха, а также последующего загрязнения вод и почв [8].

Отбор проб снега выполняли согласно РД 52.04.186 – 89 специальным шаблоном (трубой) с площадью поперечного сечения 50,3 см² на всю глубину снежного покрова. Пробы помещали в полиэтиленовые пакеты и доставляли в лабораторию мониторинга промышленных отходов, почв, ГСМ. В этой лаборатории были выполнены обработка проб и анализы на pH, содержание карбонатов, бикарбонатов, хлоридов, сульфатов, сухого остатка, кальция и магния, пыли по методикам, изложенным в РД 52.04.186 – 89.

Снеговые (талые) воды в период таяния поступают в водоемы и относятся к категории атмосферных сточных вод2 [9 – 11]. Для оценки их состояния в качестве базы сравнения использовали нормативные показатели СанПиН1, 3, 4. Результаты исследования снеговой воды приведены в табл. 1.

Из приведенных данных следует:

– сухой остаток в талой воде ниже (в 7 – 8 раз) ПДК на всех площадках;

– содержание хлорид-ионов не превышают ПДК (350 мг/л);

– содержание сульфат-ионов на площадке 1 в два раза ниже ПДК, на остальных площадках ниже предела обнаружения методикой, изложенной в РД 52.04.186 – 89;

– значения pH на всех площадках находятся в пределах нормы, что также подтверждает вывод об отсутствии техногенного закисления почв на территории СЗЗ.

Для контроля почв был проведен почвенный мониторинг [12]. При мониторинге почвы контролируются [13 – 15]:

– тяжелые металлы (ванадий, марганец, сурьма, никель, медь, цинк, свинец, ртуть, кадмий);

– мышьяк;

– химические показатели (pH (кислотность), бенз(а)пирен, нефтепродукты, сернистые соединения).

Показатели загрязнения были определены по восьми химическим элементам (V, Mn, As, Sb, Ni, Cu, Zn, Pb). Загрязнения почвы в границах СЗЗ тяжелыми металлами представлены в табл. 2. Содержание тяжелых металлов и мышьяка на пробных площадках СЗЗ не превышают значения ПДК.

Результаты химических анализов почв представлены в табл. 3. Активная кислотность (рН водной вытяжки) находится в пределах 6,3 – 7,4 единиц, что указывает на отсутствие техногенного закисления почв. Содержание нефтепродуктов (ПНДФ 16.1.41–04) в отобранных пробах ниже порогового значения (менее 20 мг/кг), то есть почвы на всех площадках по рассматриваемому соединению можно отнести к условно чистым. Содержание бенз(а)пирена не превышает значений ПДК (0,02 мг/кг) на всех экспериментальных площадках, кроме площадки 7. Содержание серы (ГОСТ 8606 – 93) не превышает значений ПДК в 160 мг/кг.

Для оценки степени загрязнения почв рассчитывается коэффициент K_c техногенной концентрации элемента [16]:

K_c = K_общ/K_фон,

где K_общ и K_фон – содержание элемента в исследуемой почве и в фоновой почве.
При загрязнении почвы двумя и более элементами проводится расчет суммарного показателя загрязнения Z_c:

\[{Z_{\rm{c}}} = \sum\limits_{i = 1}^n {{K_{\rm{c}}} - (n - i)} ,\]

где K_c – коэффициенты техногенной концентрации, превышающие единицу; n – число элементов при K_c > 1.

Уровень загрязнения считается низким, если Z_c находится в пределах 0 – 16; средним (умеренно опасным) – если Z_c = 16 ÷ 32; высоким (опасным) – если Z_с = 32 ÷ 128; очень высоким (чрезвычайно опасным) – если Z_c > 128.

В табл. 4 представлена оценка химического загрязнения пробных площадок по ряду элементов, исходя из которой можно увидеть следующее:

– суммарный показатель загрязнения на площадках 1, 2, 3, 6 имеет значение меньше 16 (загрязнение почв находится в категории допустимого);

– на площадках 4, 5, 7, 8 суммарный показатель загрязнения находится в интервале 16 – 32 (загрязнение почв на этих площадках находится в категории умеренно опасного).

Выводы

Анализ снежного покрова показал, что содержание тяжелых металлов и мышьяка, сухой остаток в талой воде, содержание хлорид- и сульфат-ионов на пробных площадках СЗЗ АО «ЕВРАЗ ЗСМК» не превышают ПДК. В почвенном покрове на пробных площадках СЗЗ содержание тяжелых металлов (V, Mn, As, Sb, Ni, Cu, Zn, Pb), мышьяка, серы, нефтепродуктов, а также значение pH находятся в пределах нормы. Некоторое превышение содержания бенз(а)пирена зафиксировано только на одной площадке из восьми.

Суммарный показатель загрязнения на четырех из восьми пробных площадок находится в категории допустимого.