Комплексная эколого-геохимическая оценка урболандшафтов Волгоградской агломерации

Каждый из мониторингов должен проводиться в рамках целостных природных образований - ландшафтов. Поэтому выбор мест наблюдений должен предваряться ландшафтной съемкой территории, а набор параметров наблюдений предопределяется целью мониторинга.

Основной подход к обоснованию мониторинга техногенных воздействий на ландшафт - это применение принципов ландшафтной индикации загрязнения. Ландшафтная структура территории сама по себе уже индикатор состояния природы, а нарушение ее плановой и вертикальной структуры индицирует уровень техногенного воздействия. Суть ландшафтной индикации загрязнения состоит в том, что по состоянию ландшафта н его морфологической структуры индицируется уровень загрязнения. Индикатор - физическое явление, химическое вещество или организм, наличие, количество или перемена состояния которых указывают на характер или изменение свойств окружающей среды. Наиболее ярко индицируют воздействия биотические компоненты ландшафта. Поэтому при организации техногенных стационаров следует дать ландшафтное и ландшафтно-геохимическое направление этим исследованиям, что необходимо для регламентирования техногенных нагрузок на ландшафт, регулирования потоков техногенных веществ в природе и экологического нормирования.

Изучая ответные реакции ландшафта как целостного природного образования на техногенные нагрузки, возникающие при воздействии определенного производства в разных природных зонах, можно судить о сравнительной их устойчивости к одному типу техногенного воздействия. Нарушенность ландшафта, испытывающего техногенное воздействие, определяется степенью измененности отдельных природных компонентов или его структуры в целом. При этом измененность ландшафта может проявляться либо в виде его техногенных модификаций, либо в виде коренной перестройки основных структур всего комплекса. Техногенно обусловленные отклонения ведущих компонентов на величину, большую естественной амплитуды колебаний, ведут к их нарушению, коренной перестройке структуры ландшафтов и превращению их в техногенные образования - техногеомы - составные части природно-техногенных систем (ПТС), т.е. их техногенной трансформации. При анализе этих изменений устанавливаются критические экологические нагрузки на ландшафт. Показатель техногенного воздействия - поступление техногенного вещества на единицу площади за единицу времени, показатель нарушения ландшафта -- площади его структурной перестройки, а также территориальные ареалы изменения компонентов и элементов. Таким образом, по нарушенности ландшафта в целом, а также модификациям и трансформациям его компонентов и элементов выявляется или индифицируется уровень техногенного воздействия, что может служить отправными точками при экологическом нормировании.

Исследования техногенного воздействия на ландшафт получили мощный методологический импульс с возникновением концепции геотехнической системы. Воздействие техники как фактора интеграции природы и различных ее компонентов рассматривалось в работах А.Ю. Ретеюма, К.Н. Дьяконова, Л. Ф. Куницина, B.C. Преображенского, Л.И. Мухиной.[6,7,48] Ими определено понятие природно-техническая система (или геотехническая система) и предложена схематическая классификация техники по отношению к природе.

При изучении техногенного воздействия на ландшафт таких детериорантных отраслей промышленности, как черная и цветная металлургия, теплоэнергетика, настолько сильно изменяющие природу, что уже невозможно рассматривать ее в отрыве от их воздействия. Поэтому авторами [46] введено понятие природно-техногенная система, составные части которой - технические элементы и природа сферы их воздействия. Целостность функционирования этих систем обеспечивает техногенный поток вещества в технологической цепи, на выходе из нее в природу и распределение его в природе.

Вероятно, в будущем будет возможно дозирование поступающих в природу техногенных выбросов, будет осуществлен контроль за потоком загрязняющих веществ, т.е. процессом техногенного воздействия на ландшафт можно будет управлять.

При постановке физико-географических исследований в сферах воздействия цветной, черной металлургии и теплоэнергетики на ландшафты разных природных зон были разработаны принципиальные схемы-модели природно-техногенных систем [46,48,49], которые позволили рассмотреть взаимодействие природы и техники, выявить связи и дать их количественную характеристику.

Главная отличительная черта разработанной авторами [46] методики - высокая комплексность исследований при сочетании ландшафтного (морфогенетического) подхода с системным и ландшафтно-геохимическим.

Сущность системного подхода состоит в выявлении материальных и информационных связей между техникой и природой в ПТС, в количественной оценке потока техногенного вещества в ландшафт и ограничении территории, испытывающей воздействие, т.е. практически обнаружению воздействия и ограничению его ареала. Поэтому на начальных этапах исследований необходимо построение моделей и картосхем ПТС [21,50,51].

Основная задача геохимических исследований - изучение режимов воздействия производства на природный территориальный комплекс и ответной реакции ландшафта на него.

Важно установить тип техногенного воздействия на природную среду и основной спектр загрязняющих веществ. Авторами [49,50,51,52,53] изучены следующие типы воздействий: кислый (резкое подкисление среды) + тяжелые металлы, кислый + макроэлементы, щелочной + макроэлементы и т.д.

Устойчивость живого к воздействию промышленных выбросов должна изучаться на популяционно-ценотическом уровне, причем фитоценоз, биоценоз, микробиоценоз рассматриваются как составные части ландшафтов, тесно связанных между собой.

Исследование перераспределения вредных веществ биотой комплекса их миграции в трофической цепи необходимо для подведения оценок на "входе" и "выходе" для разноуровневых биологических систем, состояние которых может быть охарактеризовано структурой популяций растений н животных, их разнообразием, численностью, биомассой. Выявление сферы воздействия возможно по одному из элементов ландшафта, например по снежному покрову, содержанию выбросов в атмосфере, почвах и т.д. Канадскими учеными, например, для оконтуривания зоны воздействия использовался такой индикатор, как состояние эпифитной растительности [19,45]. Состояние высшей растительности, количество животных, резкое падение видового разнообразия их, тоже могут характеризовать степень воздействия загрязняющих веществ. Для осуществления аналитического контроля почвы, использовались следующие средства измерения:

· эмиссионный спектрометр с индуктивно-связанной плазмой, предназначенной для качественного и количественного определения содержания металлов;

· pH-150М для определения реакции среды;

· фотоколориметр КФК-2 для определения фенолов, формальдегида;

· анализатор ртути «Юлия-5К» для определения ртути;

· жидкостной хроматограф «Цвет-3006» для определения водорастворимых фторидов;

· газовый хроматограф «Цвет-100» для определения ароматических углеводородов.

На ранних стадиях воздействия на ландшафт или при низкой интенсивности техногенных нагрузок работают методы биотестирования и компонентной индикации, т.е. индикаторами выступают биотические компоненты, а при длительном интенсивном техногенном воздействии удается проследить нарушение на уровне организации его морфоструктуры. Ландшафтная индикация загрязнения природы по сравнению с биотестированием и компонентной индикацией более сложный вид исследований, так как требует не только установления компонентов-индикаторов, но и поисков показателей нарушенности вертикальных и горизонтальных связей в ландшафтах.[42-55]

Индикация как направление научных исследований развивается не только в географии, но также в гидрогеологии и ботанике, медицине радиотехнике и сельском хозяйстве.

В физической географии индикационный подход применяется сравнительно недавно. Обычно основоположником индикационного подхода называют американского ботаника Ф. Клементса, который в 1920 г. в работе "Растительные сукцессии и индикаторы" отмечал, что каждое растение или растительное сообщество представляет лучшую меру условий, в которых произрастает. Однако еще в конце прошлого века В.В. Докучаев считал, что все элементы природы взаимосвязаны между собой и что по одному из них можно судить обо всех остальных. После работ Ф. Клементса в физической географии и геоботанике развивалось преимущественно фитоиндикационное направление, т.е. использование свойств растений и их сообществ для характеристики других компонентов природы: рельефа, климата, почв, грунтовых и подземных вод и др. При отсутствии дистанционных методов исследования развитие индикации в таком направлении вполне закономерно, поскольку растительность наиболее доступна для наблюдений при полевых исследованиях, динамична и чутко реагирует на изменения окружающей среды. [16,47,55,52]

Свойство растительности реагировать не только на естественные, но и на антропогенные изменения окружающей среды легло в основу другого "направления индикационных исследований - биотестирования. Применяется оно при решении практических задач, связанных с определением уровней антропогенного воздействия на среду по состоянию биологических систем. В связи с актуальностью проблем загрязнения среды в последние годы биотестирование развивается преимущественно при изучении уровней загрязнения вод и воздуха. Наиболее убедительные результаты получены при использовании в качестве биотестов низшей растительности, и особенно эпифитной лишайниковой.

Ландшафтная концепция объединяет биологические, бкокосные и косные системы в более сложные природные и антропогенные территориальные системы. В этой связи биологические индикаторы выступают в качестве компонентов и элементов геосистем. В этом заключается сущность ландшафтной индикации, рассматривающей индикаторы природных и автропогенных процессов и явлений в качестве подсистем более сложных территориальных систем.

В настоящее время выделяется несколько направлений ландшафтно-индикационных исследований. Первое из них можно назвать классической ландшафтной индикацией, а с учетом ведущего метода исследований - аэроландшафтной индикацией. По сравнению с аэроландшафтной индикацией ландшафтная индикация нарушения природной среды исследует природно-антропогенные и природно-техногенные системы. В этом случае любой индикатор может быть элементом сразу двух систем: природной геосистемы и природно-технической. Поэтому один и тот же индикатор, с одной стороны может характеризовать интенсивность и величину техногенного воздействия, а с другой - степень нарушенности природных геосистем. В настоящее время загрязнение - один из ведущих факторов трансформации среды, и потому ландшафтная индикация загрязнения природной среды выступает в качестве одного из пертективных направлений индикации. Рассмотрим его основные принципы.

Ведущий принцип ландшафтной индикации загрязнения среды - взаимодополняющее диалектическое исследование ее воздействия и нарушения. В результате реализации этого методологического принципа все индикаторы разделены на две большие группы: воздействия и нарушения.

В зависимости от цели исследования в качестве индикаторов воздействия и нарушения широко используются сами природные комплексы, их компоненты и элементы, на которых непосредственно отражается загрязнение. Для индикации используются также свойства компонентов и элементов, как структура, размеры, химический состав и др. Иногда присутствие или отсутствие индикатора служит информацией об изучаемом процессе. Особый интерес представляют индикаторы, содержащие многолетнюю информацию, в том числе такие природные комплексы, как торфяные болота, ледники, деревья с большим абсолютным возрастом.

Для индикации воздействия и нарушения могут использоваться одни и те же индикаторы. Например, зольность торфа применяется для оценки уровня техногенного воздействия, а значения рН торфа характеризуют ответную реакцию болотных систем.

Другой принцип ландшафтной индикации - анализ территориальных структур - используется на двух уровнях исследования. На первом основное внимание уделяется границам территориальных систем, которые рассматриваются как качественные и количественные границы действия био- и геоиндикаторов [17,50].

Ландшафтная, карта рассматривается в качестве основы при проведении индикационных исследований.

Анализируются собственно территориальные структуры, которые выступают в качестве территориальных индикаторов техногенного воздействия и нарушения среды.

2.1.1 Методики исследования: индикаторы техногенного воздействия на геосистемы

Индикаторы техногенного воздействия на геосистемы. К индикаторам, носителям информации о техногенном воздействии относятся такие природные комплексы и их компоненты и элементы, как почва, лед, снег, торф, поверхностные (озерные, речные, дождевые) воды, приземный слой воздуха и т.д. Основное требование, предъявляемое к природным индикаторам воздействия, - способность отражать (фиксировать) воздействие и сохранять его в "памяти" с минимальной трансформацией до времени опробования.

Индикаторы нарушения геосистем. Они характеризуют ответную реакцию на техногенные воздействия через атмосферу, к ним относятся почва, почвенные и грунтовые воды, растительность и животный мир. Для индикаторов нарушения (биокосной и биотической подсистем), так же как и для всей геосистемы, присущ механизм саморегуляции: чтобы воздействие запечатлелось в их "памяти", оно должно превысить некий пороговый уровень, различный как для каждой геосистемы, так и для каждого индикатора.

К перспективным, а главное, широко распространенным индикаторам ранних стадий нарушения геосистем относится напочвенная и почвенная мезо- и микрофауна. Опыт ее изучения на ландшафтной основе в сфере воздействия цветной и черной металлургии дал контрастные в пределах ландшафта результаты [41,11,56].

К обязательным индикаторам при изучении ответной реакции геосистем на техногенное воздействие вследствие ее повсеместного распространения можно отнести почву. Она относится к таким блокам ландшафтно-геохимических систем, в которых накапливается наибольшая информация о техногенных аномалиях [41,57]. Особый интерес для ландшафтоведа представляет изучение изменений под воздействием техногенного фактора физических, физико-химических и химических свойств верхнего горизонта ("пленки") почвы. В физическом смысле это поверхность земли, фокус взаимодействия внутренних и внешних для данной геосистемы процессов. К тому же свойства поверхностных горизонтов почвы в большей степени зависят от совокупности ландшафтных факторов. Поверхностные горизонты почвы быстро отражают изменения окружающей среды по сравнению с более устойчивыми консервативными свойствами нижних горизонтов.

Степень загрязнения атмосферного воздуха устанавливали по кратности превышения ПДК с учетом класса опасности, суммации биологического действия загрязнений воздуха и частоты превышений ПДК.

Для повышения надежности оценки результатов измерений и исключения случайных величин используют статистическую обработку материала.

Для оценки степени загрязнения используют среднесуточные пробы, полученные путем непрерывной аспирации в течении 24 часов или прерывистой аспирации как минимум 4 раза в сутки через равные интервалы времени. Все концентрации из отобранных среднесуточных проб подвергают анализу. Для каждой среднесуточной концентрации рассчитывают кратность превышения показателя К. Определенный по этому показателю ряд за анализируемый период (год) оценивают в соответствии с принятыми критериями.

Среднегодовые - концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе рассчитывали по ГОСТ 17.2.3.01-86 или использовали данные «Ежегодников о состоянии загрязнения воздуха городов и промышленных центров» за несколько лет, но не менее двух.

Степень загрязнения воздуха рассчитывается с учетом кратности превышения среднегодового ПДК веществ, их класса опасности, допустимой повторяемости концентраций заданного уровня, количества веществ, одновременно присутствующих в воздухе, и коэффициента их комбинированного действия. Степень загрязнения воздуха веществами разных классов опасности определяется «приведением» их концентраций, нормированных по ПДК, к концентрациям веществ 3 класса опасности по формуле.

Где: n-коэффициент неэффективности;j-класс опасности.

2.2 Химические методы анализа

2.2.1 Основное оборудование и приборы, используемые для химанализа загрязнений окружающей среды

Современные методы контроля химических веществ, загрязняющих окружающую среду, - это по сути физико-химические методы.

Для количественного анализа смесей используют несколько разновидностей хроматографического анализа: газовая хроматография, высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ), тонкослойная хроматография (ТСХ), ионная хроматография, хроматомасс-спектрометрия (ХМС), полярография.

Общую загрязненность почвы характеризует валовое количество тяжелых металлов. Доступность же элементов для растений определяется их подвижными формами. Поэтому содержание в почве подвижных форм тяжелых металлов - важнейший показатель, характеризующий санитарно-гигиеническую обстановку.

Эмиссионный спектральный анализ является одним из самых распространенных экспресс-методов определения элементного состава веществ.[58,59,60]

Этот метод, как правило, используется при входном контроле сырья и выходном контроле продукции в таких отраслях промышленности как черная и цветная металлургия.

Чаще всего в почве определяют содержание доступных растениям питательных веществ: азота (N), фосфора () и калия (К₂0). Определяют величину рН почвенного раствора.

Для изучения степени засоленности и солевого состава определяют водорастворимые вещества в почвах при помощи водных вытяжек.

Определяют количество обменных катионов К⁺ которые могут переходить из твердой фазы в раствор; от содержания их зависят структура, водно-воздушный режим, обеспеченность почвы элементами питания растений. Если в почве много поглощенного натрия, то это признак солонцеватости. Замена катиона Na⁺ на Са²⁺ достигается гипсованием почвы, а катиона Н⁺ ионом Са²⁺ - известкованием. Катионы Са²⁺ улучшают свойства почвы.

Часто определяют физические и водные свойства почвы: влажность, удельный и объемный вес. Эти показатели необходимы для вычисления запаса влаги в почве, дефицита ее, установления поливных норм.

Под валовым анализом почвы понимают определение в ней общего содержания азота, фосфора, калия, гумуса, карбонатов.

Средние пробы почв составляют из отдельных образцов только в пределах одной почвенной разности. [58-61]

Количественное определение загрязняющих веществ в почве проводилось по действующим аттестованным методикам, внесенным в «Государственный реестр методик КХА», и методикам, разрешенными к применению для целей производственного экологического контроля. ГОСТ 26423-85

Метод определения pH заключается в извлечении водорастворимых солей из почвы дистиллированной водой при соотношении почвы к воде 1:5 и в определении активности ионов водорода на pH-метре.

Сущность определения плотного остатка согласно ГОСТ и заключается в извлечении водорастворимых солей из почвы дистиллированной водой при соотношении почвы к воде 1:5 и определении его количества гравиметрическим методом.

Сущность метода по определению сульфатов в той же водной вытяжке заключается в осаждении иона сульфата раствором хлористого бария и взвешивании прокаленного остатка и выполняется по ГОСТ.

Формальдегид извлекается из почвы перегонкой с водяным паром в сильнокислой среде и определяется в отгоне восстановлением с хромотроповой кислотой. Интенсивность окраски фиксируется фотоколорометрически.

Флуориметрический метод измерения массовой концентрации нефтепродуктов основан на экстракции их гексаном и измерении интенсивности флуоресценции экстракта на приборе «Флюорат-02».

Принцип ионохроматографического определения водорастворимых фторидов состоит в том, что многокомпонентная смесь ионов разделяется на колонках, заполненных сорбентами, в структуре которых содержатся ионогенные группы, специфичные по отношению к катионам и анионам.

2.3 Биологические методы анализа

Комплексный мониторинг состояния окружающей среды включает в себя исследование природных ресурсов - воды, воздуха, почвы и экосистем в целом физическими, химическими и биологическими методами с целью измерения, оценки и прогноза антропогенных изменений абиотической составляющей биосферы (в первую очередь - загрязнений) и ответной реакции биоты на эти изменения, а также последующих изменений в экосистемах в результате антропогенных воздействий.

Составной частью экологического мониторинга является мониторинг биологический, т.е. система наблюдений, оценки и прогноза любых изменений в биоте, вызванных антропогенными факторами. В рамках биологического мониторинга принято рассматривать три вида деятельности: разработку систем раннего оповещения, диагностику и прогнозирование.

Химические и физико-химические методы анализа не в состоянии охватить все многообразие загрязняющих веществ, которые претерпевают в окружающей среде сложные трансформации, образуя подчас еще более токсичные соединения. Количественный анализ какой - либо примеси сам по себе не дает ответа на вопрос о се биологической опасности. Поэтому необходимы методы интегральной оценки качества среды[58-62].

Биотестирование - прием исследования, в котором о качестве среды, о факторах, действующих самостоятельно или в сочетаниях, судят по выживаемости, состоянию и поведению специально помещенных в эту среду организмов - тест-объектов.

Биоиндикация - очень близкий к биотестированию прием, использующий организмы, обитающие в исследуемой среде, присутствие, количество или особенности развития которых служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных, изменений среды обитания.

Биологические методы основаны на том, что для жизнедеятельности - роста, размножения и функционирования живых существ необходима среда строго определенного химического состава. При изменении этого состава, например при исключении из питательной среды какого-либо компонента или введении дополнительного (определяемого) соединения, организм через какое-то время, иногда практически сразу подает соответствующий ответный сигнал. Установление связи характера или интенсивности ответного сигнала организма (называемого индикаторным) с количеством введенного в среду или исключенного из среды компонента служит для его обнаружения или определения. Для биологических методов характерны своя методика эксперимента, аппаратура и способ регистрации ответного сигнала индикаторного организма [58-62].

Методика сбора и обработки материала для оценки стабильности развития берёзы повислой (Betula pendula Roth.)[63-65]

Оценка стабильности биологических систем любого уровня крайне необходима, особенно для определения степени антропогенного воздействия, Состояние природных популяций билатерально симметричных организмов может быть оценен через анализ величины флуктуирующей асимметрии, характеризующей мелкие ненаправленные нарушения стабильности развития и являющейся интегральным ответом организма на состояние окружающей среды. Растения, как продуценты экосистемы, в течение всей жизни привязанные к локальной территории и подверженные влиянию двух сред: почвенной и воздушной, наиболее полно отражают весь комплекс стрессирующих воздействий на систему.

Традиционные методы, оценивающие химические и физические показатели, не дают комплексного представления о воздействии на биологическую систему, тогда как биоиндикациоииые показатели отражают реакцию организма на все многообразие действующих на него факторов, имея при этом биологический смысл,

При сборе материала для биоиндикационных исследований следует учитывать следующие правила:

В качестве модельного объекта выбирается обычный, широко распространенный вид, в данном случае береза повислая (Betula pendula Roth).

Выборки должны производиться с растений находящихся в сходных экологических условиях по уровню освещенности, влажности и т.д. Например, одна из сравниваемых выборок не должна находиться на опушке, а другая в лесу.

Для анализа используют только средневозрастные растения, избегая молодые экземпляры и старые.

Выборка листьев производится с 10 близко растущих деревьев по 10 листьев с каждого, всего 100 листьев с одной точки (следует брать несколько больше, на случай попадания повреждённых листьев),

Листья берутся из нижней части кроны, на уровне поднятой руки, с максимального количества доступных веток (стараясь задействовать ветки разных направлений, условно - на север, юг, запад, восток).

У березы используют листья только с укороченных побегов.

Листья стараются брать примерно одного, среднего для данного вида размера.

Для обработки собранного материала необходимы: линейка, циркуль-измеритель, транспортир. Одна выборка вся обрабатывается одним человеком.

При занесении данных в компьютер для хранения и математической обработки, используют программу Microsoft Exceel.

2.4 Статистические методы обработки результатов исследований

Величина асимметричности оценивается с помощью интегрального показателя - величины среднего относительного различия на признак (среднее арифметическое отношение разности к сумме промеров листа слева и справа, отнесенная к числу признаков).

Обозначим значение одного промера X, тогда значение промера с левой и с правой стороны будем обозначать как , соответственно. Измеряя параметры листа по 5-ти признакам (слева и справа) мы получаем 10 значений X.

В первом действии (1) находим относительное различие между значениями признака слева и справа - Y для каждого признака. Для этого находят разность значений измерений по одному признаку для одного листа, затем находят сумму этих же значений и разность делят на сумму. Например, в нашем примере у листа №1 по первому признаку Находим значение по формуле:

Подобные вычисления производят по каждому признаку. В результате получается 5 значений Y для одного листа. Такие же вычисления производят для каждого листа в отдельности.

Во втором действии (2) находят значение среднего относительного различия между сторонами на признак для каждого листа (Z). Для этого сумму относительных различий надо разделить на число признаков. Например, для 1 листа

Находим значение по формуле:

где N - число признаков, в данном случае N=5.

Подобные вычисления производят для каждого листа.

В третьем действии (3) вычисляется среднее относительное различие на признак для выборки (X). Для этого все значения Z складываются и делят на число этих значений.

где n - число значений Z, т.е. число листьев.

Этот показатель характеризует степень асимметричности организма. Для данного показателя разработана пятибалльная шкала отклонения от нормы (Захаров В.М., Крысанов Е.Ю. и др. [63-67]), в которой 1 балл - условная норма ФА <0,055, а 5 баллов - критическое состояние. (ФА более 0,07)

Поскольку любые статистические данные требуют представления в виде «величина±погрешность», необходимо провести расчет погрешности измерений ассиметрии. Статистическая значимость различий между выборками по величине интегрального показателя стабильности развития (величина среднего относительного различия между сторонами на признак) определяется по t - критерию Стьюдентаю

Погрешность среднего в этом случае определяется по формуле (1)

(1)

Где t_p,f - коэффициент Стьюдента, x_i - величина i-го измерения, x - средняя величина асимметрии, n - число измерений. Будем считать погрешность среднего для каждой группы измерений в отдельности, т.е. в группе n = 100 измерений. Доверительная вероятность P = 0,95 - это значит, 95% измерений попадает в интервал, полученный после подсчёта погрешности. Для 120 измерений и P = 0,95 определим коэффициент Стьюдента коэффициент Стьюдента t_p,f = 1,98

Глава III. Оценка воздействия загрязняющих веществ промышленных предприятий (ОВПП) Волгоградской агломерации на состояние атмосферы

В России с каждым годом становится все больше регионов, где состояние окружающей природной среды приближается к экологической катастрофе, что делает жизнь людей крайне опасной.

Для оценки состояния территории по выявлению зон экологического бедствия или чрезвычайных экологических ситуаций Минприроды России 30 ноября 1992г. утвердило «Критерии оценки экологической обстановки территорий для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия»

В соответствии с этими положениями экологическая обстановка классифицируется по возрастанию степени экологического неблагополучия следующим образом, относительно удовлетворительная; напряженная; критическая; кризисная (или зона чрезвычайной экологической ситуации); катастрофическая (или зона экологического бедствия),

В большинстве случаев показатели разделены на основные и дополнительные. Состояние территории оценивают по основным показателям с учетом дополнительных.

Пространственный масштаб воздействия колеблется в чрезвычайно широких пределах, в зависимости от характеристик источников загрязнения и объектов воздействия. Концентрация загрязняющих веществ от отдельных локальных источников в результате процессов рассеяния и выпадения примесей довольно быстро убывает с расстоянием. Максимальные концентрации отмечаются на расстоянии 10 - 20 высот трубы [39,55]. Поэтому опасные для здоровья человека концентрации от таких источников наблюдаются, как правило, на площади не более Для хвойных лесов, чувствительность которых к загрязнению атмосферы в несколько раз выше, чем у человека, площадь поражения растительности может достигать 100 - 1000км .

В крупных промышленных агломерациях происходит наложение загрязнения от отдельных источников, и общая площадь негативного воздействия может быть близкой к площади самой агломерации или превосходить ее.

При оценке возможного неблагоприятного влияния загрязнения атмосферного воздуха на здоровье населения используют результаты измерения на стационарных, маршрутных и передвижных постах наблюдения.

Производственно-хозяйственная деятельность промышленных предприятий Волгограда сопровождается выделением в атмосферу вредных загрязняющих веществ от стационарных источников.

Основными загрязняющими веществами в выбросах являются твердые частицы (пыль, сажа, металлы) и газообразные вещества (окись углерода, двуокись серы, окислы азота).

Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от промышленных предприятий по районам города распределились следующим образом отображенных в.

Анализируя представленные данные, можно сделать вывод, что наиболее неблагоприятная экологическая обстановка складывается в Красноармейском районе - Южный промышленный узел - 51%, а также в Краснооктябрьском и Тракторозаводском районах - Северный промышленный узел.

Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников загрязнения различными отраслями промышленности г. Волгограда представлены в период с 2000 по 2004 г.

За пятилетний период сократились выбросы по ряду отраслей промышленности.

Наибольший вклад в загрязнение атмосферы (по объему выброса) вносят предприятия топливной промышленности (25,7% от общего валового выброса по городу), металлургии (31,9%), химии и нефтехимии (21,5%), энергетики (7,7%).

Глобальные проблемы находят свое отражение и в региональных масштабах. Следует признать, что экологическая ситуация в Волгоградской области продолжает оставаться достаточно сложной. Она определяется целым рядом проблем, основными из которых являются комплексное загрязнение ОС и деградация экосистемы. Отмечается дальнейший рост выбросов загрязняющих веществ в атмосферу в целом по области. По данным Волгоградского комитета государственной статистики, за 2005 г. валовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу составили: от стационарных источников - 342,3 тыс. тонн (в 2004 г. - 265,57), от передвижных источников -455,068 тыс. тонн (в 2004 г. - 407.3).

В процентном соотношении прирост составляет по стационарным источникам 28,89%, а по передвижным - 11,73%. Цифры, как мы видим, значительны даже для нашего миллионного города.

3.1 Оценка воздействия промышленных предприятий Южного промузла на состояние атмосферы

Химическая промышленность является, как известно, одним из главнейших поставщиков загрязнителей в окружающую среду. На территории нашего региона сосредоточено большое количество предприятий этой отрасли, такие как ВОАО «Химпром», ОАО «Каустик», заводы Волгоград-Нефтепереработка, Шпалопропитка, БВК з-д (Белково-витаминных концентратов), Волгоградский техуглерод и т.д.

Наименование вредных веществ, образующихся в производственном цикле ВОАО «Химпром».

Не утилизируемые органические отходы уничтожаются на установке термического обезвреживания отходов, мощностью 500т/год.

Не утилизируемые твердые отходы 3,4,5 классов используются для укрытия бывшего пруда-накопителя сточных вод по проекту и по согласованию с инспектирующими организациями.

На размещение отходов выданы лимиты, утверждение которых производят Федеральные органы.

Так, по данным загрязнения атмосферного воздуха за 2005 г., наибольший вклад в загрязнение окружающей среды вносят такие вещества, как неорганическая пыль - 1892, 439 т. (29,8%), оксид углерода - 2146, 525 т. (33,8%), четыреххлористый углерод - 438, 579 т. (6,9%), хлорвинил - 156, 469 т. (2,5%), аммиак - 77, 565 т. (1,2%). Ни один из загрязнителей не превышает ПДВ. Это говорит о том, что на предприятии принимаются меры для снижения загрязнения, а соответственно и вредного воздействия на окружающую среду.

Рассматривая ситуацию на предприятии со сточными водами, можно отметить, что превышения установленных норм не наблюдается, стоки полностью очищаются и утилизируются. На предприятии присутствует замкнутое водоснабжение, используются циркуляционные процессы.

ВОАО «Химпром» - большое химическое предприятие, здесь существует специальная служба, занимающаяся вопросами охраны атмосферного воздуха, почв, водных ресурсов.

На данном предприятии эксплуатируются объекты по выпуску таких продуктов как: хлор, хлорорганические продукты, хлорная известь, карбамид - формальдегидная смола, хладоны, бензиловый спирт, карбид кальция и др.

Кроме того, на ВОАО «Химпром» эксплуатируется ряд производств, с повышенной опасностью.

ВОАО «Химпром» расположен на правом берегу р. Волга, в юго-восточной части г. Волгограда. Территория предприятия примыкает с восточной стороны к береговой зоне, с западной стороны - 2^й Продольной магистрали.

Санитарными нормами предусматривается создание вокруг предприятия санитарно-защитной зоны, размер которой обусловлен классом вредности предприятия. ВОАО «Химпром» имеет СЗЗ площадью до 150 га. Согласно утверждённым директивным документам имеет размер 1 км. Меридиальная протяженность равна 1,7 км, широтная 1,4 км.

Общая площадь землепользования составляет 207,6 га, площадь занимаемой территории основной промплощадки - 147,6 га, площадь застройки -53,1 га, площадь озеленения - 29,3 га.

Санитарно - защитная зона является промежуточной зоной между предприятием ВОАО «Химпром» и жилым массивом на восток от 2Продольной магистрали в связи с особенностями гидрологических условий. На санитарно-защитной зоне предприятия находятся и другие предприятия, характер действия которых: сжигание топлива «Волгогрэс», производство стройматериалов - Стройдеталь «ЖБИ-6», а также переработка металла (ОАО «Вторчермет», «Вторцветмет»).

На солончаковой почве СЗЗ предприятия размещены дренажи для отвода ливневых и грунтовых вод, уровень которых залегает на глубине 20 м.

Засоленность грунтовых вод на санитарно - защитной зоне предприятия относится к высокой. Мг/дм³ рН-6,15, хлориды 1290, сульфаты 11,2, кальций 1200, сухой остаток 2220.

Глубоко залегающие засоленные грунтовые воды видимо могут оказать влияние на почвообразовательный процесс. Большую опасность все-таки оказывает верховодка, которая обогащена солями за счёт почвообразующей хвалынской глины. Состав сброса сточных вод ВОАО «Химпром». На состав сточных вод оказывает влияние и состав выбросов промышленных предприятий, а главное это используемые технологии, которые необходимо заменять.

Ввиду того, что ВОАО «Химпром» географически расположен практически в центре города с санитарно - защитной зоной в месте активного гидрологического природного и техногенного воздействия на окружающую среду, были изучены вопросы, касающиеся степени загрязнения почвы санитарно-защитной зоны и её благоустройства.

Так как СЗЗ является барьерным разрывом от предприятия до жилого массива, то на поверхности не исключено скопление загрязняющих веществ от организованных выбросов вредных веществ, в том числе от газоочистных установок.

На границе СЗЗ установлены контрольные точки, по которым проводились натурные замеры концентрации вредных веществ по веществам: хлористый водород (ПДК -0,2 мг/м ), хлористый метил (ПДК - 0,003 мг/м°), хлор (ПДК - 0,001 мг/м³), аммиак (ПДК - 0,0003 мг/м³).

По результатам контроля превышений предельно - допустимых концентраций в жилом массиве не зарегистрировано.

По расчётным величинам установлена граница рассеивания, которая является границей санитарно - защитной зоны.

На СЗЗ ВОАО «Химпром» и «Волгогрэс» находятся шламонакопители этих предприятий. Данные сооружения предназначены для сбора шламов (отсевы, отходы от очистки оборудования). Так как эти сооружения специального назначения, то воздействие их на окружающую среду оценивается по результатам контроля грунтовых вод и атмосферного воздуха от данных объектов.

Сочетание низкой температуры и высокой относительной влажности способствуют увеличению концентраций загрязнителей в приземном слое воздуха.

Изложенное свидетельствует о том, что поведение загрязнителей в атмосфере подчиняется определённым закономерностям.

Рассчитанные на их основе максимальные приземные концентрации основных загрязнителей, поступающих в атмосферный воздух от действующих производств ВОАО «Химпром» (том ПДВ»), не превышают ПДК для воздуха населённых мест. Основные загрязнители, их приземная концентрация в долях ПДК и ПДК данных веществ.

Как видно из диаграммы, наибольший вклад в общий вал загрязнителей вносит пыль (взвешенные неорганические вещества). Пыль размером <10 мкм РМ₁₀ играет огромную роль в заболевании населения верхних дыхательных путей. Показатели по пыли влияют на смертность населения, проживающих на территории, где систематически в воздухе находится пыль. Более подробно об этом влиянии будет описано в VI главе.

Приземные концентрации пыли: северо-восточное направление - 1,85 мг/м³ , северное - 1,8 мг/м³ , восточное 1,92 мг/м³

Средние приземные концентрации пыли при восточном направлении преобладают над другими.

Нами проанализированы результаты контроля содержания пыли CCaO в атмосферном воздухе при одном направлении и скорости ветра в точках, которые удалены от источника выброса на разное расстояние.

Выбраны 3 точки.

1 т - непосредственно около источника. Т, пыль ССаО, г/м³ =80

2 т- в СЗЗ - 800 м. ССаО, г/м³ =3

3 т - жилой массив. ССаО г/м³ =0,5

Таблица 2

Как видно из результатов контроля с удалением от точки выбросов концентрация пыли уменьшается с 80 г/м до 0,5 г/м

Результаты рассеивания приземных концентраций вредных веществ представлены картами рассеивания с изолиниями концентраций загрязняющих веществ.

Цифры на изолиниях карт показывают концентрации в долях ПДК.

Самый большой вклад в уровень загрязнения атмосферы имеет оксид кальция.

Причина этого вклада состоит в том, что наиболее многотоннажным производством на ВОАО “Химпром” является производство карбида кальция. Сырьем для производства карбида кальция являются: известь обожженная и кокс.

Процесс получения продукта происходит в трехфазной электропечи с рядовым расположением электродов. Для очистки дымовых газов предусмотрены газопылеочистные устройства. Очищенные на 85% выбросы выбрасываются через трубу высотой 100 м.

Характеристика газопылеулавливающей установки - пылеуловители ВЗП - 800 в производстве карбида кальция: степень очистки 85%,оксид кальция - выброс 1259 т/год, а пыль кокса - 839 т/год после очистки

Перечень загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу от организованного источника выброса (труба цеха № 40): пыль извести (оксид кальция) - 9269,8 т/год; пыль кокса III класс опасности, выброс - 6174,8 т/год.

Основной мерой по достижению степени снижения является выполнение технических мероприятий по совершенствованию очистительных установок в производстве карбида кальция.

Мы условно отнесли ООО Лукойл - Волгограднефтепереработка к группе заводов, которые образуют Южный промышленный узел Волгоградской агломерации и который вносит свой вклад в окружающую среду. Рассмотрим этот эффект подробнее.

ООО Лукойл - Волгограднефтепереработка.

Завод расположен в Заканальной части Красноармейского района. Предприятие занимает центральное место в промзоне района, включающей в себя предприятия стройиндустрии, энергетики, легкой и химической промышленности. (ТЭЦ-3, завод «Каустик», завод «Техуглерод» и др. предприятия)

Жилые застройки Красноармейского района размещаются с западной и северо-западной стороны завода. Расстояние от нефтеперерабатывающего завода до ближайших застроек составляет 1,5 км. Общая площадь, занимаемая предприятием в плане равна 760 га. Юго-западная часть производственной территории завода представляет собой в основном установки, в первую очередь построенные на предприятии. Это установки электрообессоливания и атмосферно-вакуумной перегонки нефти, термического крекинга и вторичной перегонки бензина. Дальнейшее развитие завода осуществлялось по следующему принципу: масляное производство развивалось в юго-восточном и восточном направлениях, топливное - в северном и северо-восточном направлениях.

Волгоградский нефтеперерабатывающий завод работает с 1958 года, его максимальная мощность обеспечивает переработку 2600 тонн нефти- сырца в день, средняя фактическая производительность завода составляет 2000 т/день из-за невозможности получения необходимого количества сырья.

Предприятие является заводом топливно-масляного профиля с развитым нефтехимическим производством. На заводе перерабатывается три вида нефтей: Жирновско-Коробковские, Мангишлакские, Шаимские и нефти Волгоградской области. В ассортименте продукции завода около 200 наименований: моторные и котельные топлива, минеральные масла, присадки к маслам, растворители, ароматические углеводороды, парафиновая продукция, нефтяные коксы, битумы и т.д.

В процессе хозяйственной деятельности Волгоградский нефтеперерабатывающий завод оказывает влияние на атмосферу, гидросферу и литосферу.

Политика 000 «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка» - это своевременное реагирование на изменяющиеся условия производства и требования федерального законодательства. Приоритетными задачами 000 «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка» являются обеспечение безопасных условий труда работников, защита здоровья персонала и населения, проживающего в районе деятельности предприятия, а также предотвращение загрязнения окружающей среды.

На ООО “ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка” в октябре 2004 года Международной аудиторской фирмой BVQI (Бюро-Веритас) проведен сертификационный аудит на соответствие требований стандарта систем менеджмента ISO 14001, и в ноябре получен сертификат BVQI.

Это обязывает предприятие еще выше поднять планку требований по снижению техногенной нагрузки на окружающую среду.

Атмосфера. В 2006 году закончена работа, которая велась в течение 10 лет, по инвентаризации источников вредных выбросов в атмосферу и разработан проект нормативов ПДВ. В итоге этой работы число источников вредных выбросов в атмосферу составило 1749, а валовый выброс вредных веществ в атмосферу, согласно тома ПДВ, 41,9 тыс. тонн. Работа по установлению нормативов ПДВ поводилась инструментальным методом, а где измерения невозможно было провести, применялся расчетный метод согласно методик.

За 2004 год в атмосферу от стационарных источников было выброшено более 22 150 тонн загрязняющих веществ, а в 2006 году - 19708. Эта величина по отношению к 1999 году возросла. Объяснение этому - увеличение объема переработки нефти. Удельные нормы на тонну перерабатываемой нефти снизились. Имеется снижение и по ингредиентам.

Объем валовых выбросов в атмосферу ООО «Лукойл - Волгограднефтепереработка» представлены удельные выбросы загрязняющих веществ в атмосферу. Таким образом это предприятие также вносит свой вклад в загрязнение ОС, создавая экологическую ситуацию напряженной на территории Южного промузла.

3.2 Оценка воздействия промышленных предприятий Северного промузла на состояние атмосферы

К Северному промузлу условно относим предприятия, которые находятся на территории Краснооктябрьского, Тракторозаводского района. К ним относятся предприятия «РУСАЛ», Волгоградский Тракторный завод, Металлургический завод «Красный Октябрь» и др. заводы.

РУСАЛ принадлежит к предприятиям цветной металлургии и является в настоящее время одним из основных загрязнителей атмосферного воздуха г.Волгограда в связи с увеличением объемов производимой продукции. Экологическая обстановка Тракторозаводского района г.Волгограда длительное время остаётся напряженной за счет влияния хозяйственной деятельности промышленных предприятий цветной металлургии, машиностроения, прохождения транзитного автотранспорта. Алюминиевый завод представляет огромный интерес с точки зрения экологии, так как является одним из наиболее опасных загрязнителей города. В последние годы наметилась явная тенденция к росту производства по всем показателям работы, что обуславливает увеличение выбросов вредных веществ в атмосферный воздух.

Загрязнения не могут не отразится на здоровье людей, как работающих на самом заводе, так и живущих в близлежащих районах. Как правило, люди, работающие на Алюминиевом заводе, живут на 10-15 лет меньше и болеют онкологическими заболеваниям в 2-3 раза чаще. В составе вредных выбросов РУСАЛ обнаруживаются вещества, принадлежащие к первому классу опасности (плохо растворимые фториды и бензопирен) и вещества, обладающие канцерогенными свойствами (никель, кобальт).

РУСАЛ представляет большую опасность для живых организмов и экологии города в целом. Атмосферные выбросы, содержащие опасные фтористые соединения, распространяются на несколько районов города на десятки км. При этом важно учитывать, что избыток фтора сильно сказывается на здоровье человека, откладываясь в костях и вызывая риск заболевания флюорозом.

Влияние алюминиевого завода опасно тем, что происходит постоянное вымывание загрязнений в открытые водоёмы и грунтовые воды, которые могут использоваться человеком для питья и других нужд. Эти загрязнения из почвенной влаги, грунтовых вод и открытых водоёмов попадают в организмы животных и растений, употребляющих эту воду, а затем по пищевым цепочкам опять-таки попадают в организм человека. Некоторые токсические соединения рано пли поздно попадают в подземные воды, в результате чего нарушается не только биологическое равновесие почвы, но ухудшается и качество подземных вод до такой степени, что их уже нельзя использовать для употребления.

Исследование деятельности РУСАЛ поможет дать ответ на некоторые экологические проблемы, которые создает завод. Изучение качества окружающей среды территории завода необходимо для того, чтобы дать более полную характеристику экологического состояния Тракторозаводского района в целом и дать рекомендации по его улучшению.

Данный раздел посвящен оценке качества окружающей среды территории Алюминиевого завода, анализу влияния промышленных выбросов на экологию города, составлению экологической карты исследуемой территории, а также обоснованию использования методики биоиндикации для оценки качества среды.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

· Исследована деятельность РУСАЛ в области охраны окружающей среды;

· Дана токсикологическая оценка влияния выбросов РУСАЛ на здоровье людей;

· Дана сравнительная оценка тенденций развития предприятия в области охраны окружающей среды;

· Проведен биомониторинг и химический анализ почв территории алюминиевого завода.

РУСАЛ является одним из крупнейших предприятий металлургической промышленности города. Положение усугубляется тем, что к РУСАЛ вплотную примыкает с юго-запада на северо-восток жилая зона, т.е. некоторые жилые кварталы фактически находятся в санитарно-защитной зоне, которая составляет 1000 метров. Жилая зона вблизи предприятия располагается в западном, юго-западном, южном и юго-восточном направлении от ограждения предприятия, садовые участки общества "Мичуринец" разбиты в восточном направлении от предприятия. Здоровье людей, живущих в зонах экологического риска находится в большой опасности.

Основными источниками выбросов на предприятии являются различные виды печей (для спекания, выплавки алюминия) дробильно-размольное оборудование, сушильные агрегаты, открытые склады сырья, места выгрузки, погрузки и пересыпки материалов, электролизные печи, сварочные посты и др. В состав вредных выбросов РУСАЛ входят такие вредные вещества, как: плохо растворимые фториды и бензопирен - вещества 1-го класса опасности, фтористые соединения, оксид углерода, оксиды азота, сернистый ангидрид, взвешенные вещества (пыль) в составе которой содержатся, соединения кремния, оксиды алюминия и др. Ежегодно завод выбрасывает 24001 тонн вредных веществ, из которых 19654 тонны - это оксид углерода, 283 тонны-диоксида азота. Оставшаяся масса 4063 тонны приходится на остальные ингредиенты - смолистые вещества, фториды и бензопирен.

На предприятии РУСАЛ ежегодно образуются отходы 3-4 класса опасности в объеме около 25,0 тыс т\год, из которых 0,6 тыс т\год вывозятся на городскую свалку, остальные размещаются на полигоне, принадлежащему предприятию.

РУСАЛ вносит наибольший вклад в загрязнение воздушного бассейна города по объемам выбросов вредных веществ. Кроме учтенных объемов, на данном предприятии допускаются и сверхнормативные выбросы, связанные с нарушением технологических режимов и регламентов, несовершенной и неэффективной системой очистки газопылеулавливающих установок, недостаточным производственным экологическим контролем. Следует отметить, что устаревшие способы ведения технологических процессов и износ технологического оборудования (около 70%) определяют возможность возникновения неорганизованных залповых выбросов от цехов и подразделений предприятий, приводящих к дополнительному загрязнению атмосферного воздуха жилой зоны района.