Техногенное воздействие предприятий черной металлургии на окружающую природную среду

Оценка ВАТ  должна осуществляться с использованием как экономических, так и экологических  критериев. Развитие производства и  внедрение новых технологий отражено в статистических данных (Осн. Показатели…, 2004), по которым в общем количестве ЗВ на выбросы от черной металлургии  приходится 13,7% при общей доли продукции 9,8 %. На предприятиях внедряются природоохранные  мероприятия, но пока еще около 30 % выбросов поступает в ОС.

Для комбината  «Северсталь» характерен полный цикл металлургического производства, за сутки выплавляется 19000 т чугуна, 24000 т стали, производится 20000 т проката. На производство черных металлов тратится 7 млн м? воды – для охлаждения оборудования и технологических  нужд. В Череповце действует самая  мощная доменная печь «Северянка», объемом 5500 м?.

В воздушную  среду г. Череповца поступает  значительное количество диоксида серы, оксидов азота, угарного газа (СО). Концентрация сероуглерода и формальдегида составляет 2 и 4 ПДК, пыли, фенолов, диоксида азота  по 1 и 3 ПДК. В наибольшей степени  загрязнена северо-западная часть города, где находится «Северсталь» и  другие заводы. На данной территории концентрация оксидов азота достигает 6,3 ПДК, фенола 3 ПДК, сероводорода 4,6 ПДК, пыли - -4 ПДК, аммиака 3,1 ПДК, СО –2,2 ПДК.

В настоящее  время продолжается загрязнение  ОС, хотя его темпы в связи с  внедрением природоохранных мероприятий  снизились. Но все же уровень загрязнения  воздушной среды остается очень  высоким. На почвы наиболее неблагоприятное  воздействие оказывает накопление карбонатов кальция и магния и  ТМ, а для вегетирующих растений особенно вредны газообразные выбросы. Виды растений в разной степени накапливают  в своих тканях ТМ, что связано  с их наследственностью (Мишкевич, 1988), ТМ в тканях накапливаются в разных соотношениях, обращает внимание способность  рудеральных растений накапливать  цинк (табл.5).

Таблица 5.

Соотношение аккумуляции растениями ТМ (по: Мишкевич, 1988)

Вид растения Соотношение: Cu-Zn-Cd-Pb

Брусника

Хвощ полевой

Бодяк полевой

Мать-мачеха

Лапчатка  гусиная

Щучка дернистая

Мятлик обыкновенный 1065 – 205 – 1 – 9

57 – 217 –  1 – 0

1447 – 140 –  1 – 0

1021 – 73 –  1 – 0

38 – 133 –  1 – 0

28 – 142 –  1 – 12

45 – 105 –  1 – 0

К основным параметрическим  изменениям у растений относятся: изменение  размеров органов (чаще – уменьшение размера листьев и годичного  прироста); появления различных деформаций стеблей, листьев, цветов и плодов: изменение  направления роста; общее снижение продуктивности; изменение окраски  листьев в результате хлороза, некроза  и других причин; раннее пожелтение и опадение листьев; сдвиг в ту или иную сторону фаз развития. Наиболее заметно эти изменения  проявляются в зонах сильного и довольно сильного влияния.

По проведенному обследованию выяснено, что наиболее неблагоприятно влияние техногенных  выбросов сказывается на клене американском, яблонях и других плодовых деревьях. Их облиственность около 50% от нормальной, листья в 1,5…2 раза мельче. Так, вблизи Косогорского металлургического комбината (северная лесостепь, Тульская область) листья клена начали желтеть уже  в середине августа. У яблони неправильно  формируется крона (ветви перекручены), наблюдается вторичное цветение и аномалии в развитии плодов (фото 1). У местных пород общий облик  удовлетворительный, но влияние техногенного загрязнения здесь проявляется  в низких приростах деревьев и  кустарников в высоту и по диаметру, ветви растут почти горизонтально, поэтому получаются очень компактные, низкие, с густой кроной и мелкими  листьями деревца, листья мелкие и густо  покрыты пылью, на них имеются  участки некроза. К факторам, способствующим удержанию ТМ почвой, относятся ионный обмен и необменное поглощение ионов  металлов глинистыми, железистыми минералами и гуминовыми веществами. Основной вклад в связывание почвой ТМ вносят тонкие гранулометрические фракции  почвы.

Фото 1. Нарушения  формирования кроны, аномальное развитие плодов и вторичное цветение яблони.

На легких почвах наибольший вклад в общее  содержание ТМ приходится на крупнопылеватую  фракцию. Крупная пыль (0,005…0,05 мм) обладает слабой способностью к агрегированию, легко может перемещаться под  воздействием ветра. Так как ТМ, особенно кадмий и цинк, в составе крупных  гранулометрических фракций представлены соединениями, непрочно связанными с  почвенными частицами, то существует опасность  их воздушной и водной миграции и  биологического поглощения, особенно, на зандровых равнинах. Это, в частности, подтверждается высоким содержанием  цинка в донных отложениях Шекснинского плеса Рыбинского водохранилища.

Техногенные выбросы «Северстали» формируют  зону загрязнения щелочного типа (табл. 6).

Таблица 6.

Изменение почв в зоне влияния комбината «Северсталь»

рН Валовое  содержание железа в

верхнем слое почвы, %

Фоновое значение На расстоянии 2 км от комбината Фоновое  значение На расстоянии 2 км от комбината

6,1…6,2 7,3…7,5 (1995 год)

7,5…7,7 (2006 год) 3…4 10…13 (1995)

13…15 (2006 год)

Из данных таблицы 6 можно видеть, что продолжается подщелачивание почвы и накопление железа. Вместе с магнетитом в почву  из пыли поступает цинк, что доказывается высоким коэффициентом корреляции между содержанием железа и цинка  в почве (r=0,93), а также уменьшением  их содержания в почве по мере удаления от комбината. По коэффициентам корреляции относительно сильная и прямая связь  отмечается относительно содержания кадмия, цинка и ртути в почвах и  растениях. Установлено, что в нейтральных  и щелочных почвах довольно подвижны хром и кобальт.

В водоохранной зоне Рыбинского водохранилища в  связи с более быстрым осаждением более крупных взвесей наблюдается  постепенное изменение состава  загрязнителей. Более крупные взвеси содержат железо, кальций, магний, цинк, свинец. Поэтому в зоне сильного и среднего загрязнения (до 15-20 км от Череповца) наблюдается сильное  подщелачивание почв (рН 7,5…7,7) и в  почве особенно увеличилось содержание этих элементов и серы, поступающей  из газовых выбросов.

Выпадающие  из воздуха загрязнения накапливаются  в основном в верхнем горизонте  почвы (0-10 см). Со временем часть загрязнений  проникает глубже (в основном на дерново-подзолистых почвах). Содержание свинца в городской почве и  прилегающей зоне среднего загрязнения  достигает 25-60 мг/кг, что в 1,5…2 раза выше ПДК. Высокое содержание серы обнаружено в доминантах растительных сообществ  лугов. Вслед за увеличением содержания серы при движении по зонам загрязнения  к Череповцу происходит изменение  жизненного состояния и обилия луговика дернистого (щучки). Критический уровень  содержания серы в атмосферном воздухе  для растений составляет 0,015…0,020 мг /м?. Очень чувствительны к содержанию серы всходы деревьев, высокое содержание серы вызывает их гибель, поэтому на переставших использоваться лугах  в водоохранной зоне не появляются всходы деревьев, в отличие от фоновых  территорий, где уже имеется подрост  деревьев и кустарников высотой 1…3 м.

Техногенное загрязнение неблагоприятно сказывается  на качестве природных вод. Качество природных вод принято оценивать  по индексу загрязненности вод (ИЗВ). При маршрутно-ключевых исследованиях  для этой цели применяется биоиндикация. Виды прибрежно-водных макрофитов реагируют  на поступление биогенов и ЗВ, в  результате происходит изменение структуры  и состава прибрежно-водных экосистем. В Шекснинском плесе Рыбинского водохранилища в результате многолетнего поступления ЗВ с промышленными  и коммунальными стоками образовалась зона загрязнения шириной до 7…15 км. Многие ЗВ накопились в донных отложениях (ДО), поэтому они служат источником вторичного загрязнения вод. Для  ДО характерно накопление ТМ, полихлорированных  бифенилов (до 10 мг/кг, полиароматических  углеводородов (до 220 мг/кг), нефтепродуктов, фенолов, соединений азота, серы и другие. В загрязненных ДО произошла смена  состава микроорганизмов. Анаэробное бентосное (придонное) сообщество сменилось  с метаногенного на сульфидогенное.

Накопление  загрязнений в ДО и воде уже  сказалось на жизненности промысловой  рыбы – леща, у которого выявлено изменение в физиологических  функциях. Стойкая зона хронического загрязнения зарегистрирована на протяжении всего периода наблюдений на станциях Шекснинского плеса, в зоне влияния  промышленно-коммунальных стоков. В  северо-восточной части Рыбинского водохранилища водоохранная зона расположена  в основном на подтопленной, низменной, равнинной надпойменной террасе. Маршрутно-ключевые исследования нами проведены на северо-восточном  побережье Шекснинского плеса Рыбинского водохранилища (рис. 1). В районе изучения (по длине – около 60 км до г. Череповца) наиболее распространенными растительными  сообществами являются щучковые луга. Значительное количество лугов в  годы перестройки перестало использоваться.

На фоновой  территории (вблизи д. Гаютино) для лугов  характерен более богатый видовой  состав, чем в загрязненных зонах (более 20 видов), характерно сохранение при господстве щучки значительного  количества бобовых (клевер луговой  и гибридный, чина луговая и горошек  мышиный). Раньше эти луга подвергались распашке и подсеву трав. В зоне слабого загрязнения (11 км к северо-западу от д.Гаютино) видовой состав лугов  уже беднее, чем на фоновой территории (10…12 видов). Характерно, что доминирует щучка (80 %), но сохраняется в значительном количестве в прошлом посеянная  овсяница луговая (около 20 %). Из бобовых  сохранились только горошек мышиный  и чина луговая. Выпадение клеверов из травяного покрова связано  с их большой чувствительностью  к загрязнению. На расстоянии 25 км от г. Череповца, вблизи села Мякса травостой  лугов еще более обеднен (7…10 видов). В травостое доминирует щучка  дернистая (85 %, высота 110 см), из бобовых  сохранилась только чина луговая, но её обилие значительно уменьшилось  и жизненность снизилась.

В 10 км от г. Череповца  на заброшенных залежных лугах из злаков преобладают полевица белая (30 %) и тростник южный (15 %). Из бобовых  встречается в малом количестве горошек мышиный. Характерна большая  роль в травяном покрове лесоопушечных  и сорных видов (бодяк, мать-и-мачеха). Почва здесь дерново-подзолистая  с оторфованной дерниной. Содержание подвижных форм тяжелых металлов в этой почве оказалось меньше, чем в других, что объясняется  связыванием ТМ с органическим веществом  почвы. По мере увеличения загрязнения  на лугах закономерно снижается  биоразнообразие и изменяется соотношение  эколого-фитоценотических групп видов (рис. 2), а также изменяется содержание подвижных форм тяжелых металлов (табл. 7).

Таблица 7.

Содержание  подвижных форм тяжелых металлов и рН в почвах некоторых ключевых участков на северо-востоке водоохранной зоны Рыбинского водохранилища

Показатели

Испытаний Ключевые участки (местоположение)

Вблизи

д.Починок  Через 10 км на на с-з от д.Починок  В 2 км до г.Черепо-вца Начало г. Череповца, Г. Череповец, 2 2 км от «Се-

Верстали» 0,2 км от «Север-

Тяжелые металлы:

Реакция почвенного раствора (рН KCl)

На основе анализа встречаемости видов  растений и химического состава  ЗВ нами составлена экологическая шкала  устойчивости луговых видов к  техногенному воздействию (табл.8). Исследование воздействия на ОПС электрометаллургии нами проведено в зоне влияния  комбината «Электросталь», расположенного в г. Электросталь Московской области. При маршрутно-ключнвых исследованиях  были заложены ключевые участки на разном расстоянии от комбината «Электросталь», преимущественно на лугах и залежах (табл. 11). Город Электросталь расположен к востоку от г. Москвы, поэтому  на состояние его воздушной среды  влияют не только собственные промышленные предприятия, но также и воздушные  массы, приходящие довольно часто из г. Москвы и соседних промышленных центров. На основе анализа химического состава  почв, применения методов биоиндикации и обобщения статистических данных нами выделены зоны техногенного воздействия  предприятий черной металлургии (рис. 2, табл. 9). Состав и объем техногенных  выбросов зависят от объема производства, структуры предприятия, способов производства черных металлов. В 2007 году (табл. 10) в  атмосферный воздух г. Электосталь  выброшено 2086 веществ, из них: твердых  – 640, жидких и газообразных – 1446. На ОАО «Элетросталь» приходится 51% выбросов. Мониторинг состояния атмосферного воздуха осуществляют две станции.