Техногенное воздействие предприятий черной металлургии на окружающую природную среду

Таблица 8.

Устойчивость  видов луговых сообществ к  техногенному загрязнению от черной металлургии

Название  видов и хозяйственные группы видов Эколого-фитоценотические

группы видов  Балл устойчивости

Ежа сборная

Луговик дернистый (щучка)

Овсяница  луговая

Полевица  побегообразующая

Тимофеевка  луговая

Трясунка  средняя

Тростник  южный

Луговые

Лугово-болотные

Луговые

Луговые

Луговые

Луговые

Прибрежно-водный

Бобовые

Горошек мышиный

Клевер луговой

Клевер гибридный (розовый)

Люцерна серповидная

Чина луговая

Луговые

Луговые

Луговые

Луговые

Луговые

Разнотравье

Бодяк полевой

Будра плющевидная

Бедренец-камнеломка

Валериана лекарственная

Василек луговой

Вербейник монетчатый

Вербейник обыкновенный

Вероника  дубровка

Вьюнок полевой

Герань луговая

Дудник лесной

Зверобой  продырявленный

Золотая розга  канадская

Золотая розга  обыкновенная

Камыш лесной

Кипрей болотный

Лапчатка  гусиная

Пастернак

Подорожник  большой

Репешок обыкновенный

Хвощ луговой

Хвощ полевой

Луговые

Лугово-болотные

Сорно-луговые

Луговые

Лесоопушечные

Луговые

Сорно-луговые

Лесоопушечные

Луговые

Рудеральные

Лугово-болотные

Лугово-болотные

Сорно-луговые

Рудеральные

Сорно-луговые

Лесоопушечные

Луговые

Примечание: 1 балл – быстрая деградация; 2 балла  – медленная деградация; 3 балла  – обилие и проективное покрытие вида мало изменяются; 4 балла – наблюдается  увеличение обилия и проективного покрытия.

Зоны техногенного загрязнения: I- зона сильного загрязнения; II – Зона довольно сильного загрязнения; IV – Зона слабого загрязнения; V –  Фоновая территория.

Рис. 2. Воздействие  техногенных выбросов ОАО «Северстали» на ландшафты. Зоны техногенного загрязнения.

Измеряются  концентрации взвешенных веществ, SO2, NO, NO2, HCl, хлора, бенз(а)пирена, углеводородов, ацетона, бензола, толуола, ксилола  и ТМ.

Выявлено, что  среднегодовые и максимальные разовые  концентрации SO2 значительно ниже ПДК; NO, NO2 - 1.6 ПДК, взвешенных веществ около 1 ПДК, СО – менее 1 ПДК, бенз(а)пирена 1,6 ПДК (максимальная среднемесячная зимой  – до 3,6 ПДК), ТМ ниже ПДК. В целом, уровень загрязнения атмосферного воздуха высокий. Радиационного  загрязнения не обнаружено. Отходы производства в основном малоопасные  и неопасные, отходов 1 класса опасности  образуется 3%.

Таблица 9.

Зоны техногенной  трансформации ландшафтов и их компонентов  на прилегающей к комбинату «Северсталь» территории

Зоны техноген-

ного воздейст-

вия и рассто-

от источника

загрязнения Состав атмосфер-

ного воздуха  Состояние и состав

почв (виды загрязнений  и ИЗПв и ИЗПп) Трансформации экосистем  и

видов растений

1. Зона силь-

ного загрязнения  –

2 км Содержание  ЗВ дос-тигает ПДК:

сероуглерод и форма-

льдегид, пыль,

фенолы, сероводород - по 1…4 ПДК, оксиды

азота, серный ангид-

рид, аммиак,СО –

3-4 ПДК ; Сум-

ма ПДК  более 20 В почве накапливаются .

Ca, Mg, Fe, Cu, Pb, Ni, Cr,

Mn, Cd и другие. ИЗПв >19: п ИЗПп 35. В почве

произошла карбонитизация,

рН возросла до 7,6…7,8. Зеленые насаждения в среднем  снижают

приросты  и размеры листьев в 1,5 раза.

Неустойчивые  виды имеют слабую

облиственность  и ранний листопад,

усыхание  отдельных ветвей и особей,

трансформация напочвенного покрова,

исчезновение  неустойчивых видов и

разрастание сорных и рудеральных

растений. Появление  участков без

растительности.

2. Зона до-

вольно силь-ного загрязнения –

5 км Сумма  ПДК

загрязнения 19-10 ИЗПв - 12, ИЗПп - 19…20 Удовлетворительное состояние деревьев и

кустарников, снижение приростов в 1,2

раза. , разрастание  сорных и рудеральных

растений.

3. Зона сред-

него загрязнения

15-20 км Сумма  ПДК

загрязнения– 5-10 Суммарный показатель ва-

лового содержания - 5…7, подвижных форм – 10…18 Снижение годовых приростов деревьев,

снижение  класса бонитета. Деградация

таежных видов  и мхов.

Разрастание осок и злаков

4.Зона слабо-го

го загрязне-

45-55 км Сумма  ПДК

загрязнения 5-1 ИЗПв– 2…5, ИЗПп - 1…9 Медленная деградация лесных видов, но

с годами эффект усиливается в силу аккумуляции  ЗВ. Наибольший вред приносят залповые выбросы ЗВ. Исчезновение клеверов из

состава лугов.

5. Фоновая

территория  –

далее 55 км Содержание ЗВ ме-

нее 1 ПДК  ИЗПв – 1-2;

ИЗПп –  до 1. Экосистемы находятся в экологическом

равновесии

Примечание: ИЗПв – индекс загрязнения почв по содержанию (количество ПДК) нерастворимых  форм ТМ; ИЗПп – индекс загрязнения  почв подвижными формами ТМ.

Таблица 10.

Валовый выброс загрязняющих веществ в атмосферу  хозяйствующими субъектами в 2007 году (по данным комитета экологии)

Наименование  хозяйствующего субъекта Количество выбросов (т/год)

Общий объём  выбрсов Выброс твердых веществ  Выброс жидких и газообразных веществ

ОАО «МЗ «Электросталь» 3536,14 1212,154 2324,76

МУП «ПТП ГХ» 1459,56 1,03 1458,53

ЗАО «ОСТ-ТАРА» 429,61 79,01 350,6

ОАО «ЭЗТМ» 387,92 175,944 211,975

ГТУ ТЭЦ 361,93 0,03 361,9

Прочие 255,195 57,0 197,415

ОАО «МСЗ» 252.498 36,032 216,466

ОАО «ЭХМЗ» 230,188 42,387 187,801

Таблица 11.

Содержание  химических элементов и оксидов  в верхнем слое (0-10 см) почв ключевых участков по данным рентгеноспектрального  анализа (%)

Ключевой  участок, № SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 MnO MgO CaO K2O P2O5

1. 83,59 0,148 3,20 1,21 0.028 0,45 3,52 0,77 0,114

2. 76,89 0,378 5,11 1,43 0,064 1,12 1,12 1,08 0,317

3. 77,76 0,357 5,08 1,67 0,042 0,49 0,94 1,09 0,455

4. 80,62 0,357 5,42 1,99 0.088 0.47 0,77 1,17 0,538

5. 71,61 0,468 8,62 4,67 0,059 0,45 2,46 0,90 0,136

6. 81,83 0,381 5,47 2,56 0,085 0,29 0,38 1,01 0,113

Продолжение таблицы :11

Примечание: 1 – 0,1 км, тополи и сорняки; 2 – 0,8 км (донник желтый + полынь обыкновенная; 3 – 2,5 км – елово-осиново-березовый  травяной лес; 4 – 4 км, луг (ежа + чертополох, цикорий); 5 – 7 км луг (овсяница луговая, борщевики Сосновского, ромашка  непахучая); 6 – 10 км – луг (ежа + бодяк  и пижма).

На комбинате  «Электросталь» в процессе производства образуется электросталеплавильная пыль, которая, в отличие от пыли других сталеплавильных производств, характеризуется  более высокой концентрацией  тяжелых металлов (ТМ), поэтому многие страны относят эту пыль к особо  опасным веществам. В связи с  этим актуально внедрение новых  способов улавливания и обезвреживания электросталеплавильной пыли. В частности, на некоторых заводах внедряется технология утилизации пыли электросталеплавильного  производства в подовых вращающихся  печах. Особенно много в электросталеплавильной пыли содержится оксидов железа, а  также цветных металлов. Химический состав пыли зависит от марки выплавляемой стали. Количество цветных металлов (Zn, Pb, Ni, Cr) в пыли наибольшее при выплавке высоколегированных сталей. При улавливании  пыли получают ценное сырьё, которое  добавляют в шихту, что позволяет  экономить дорогостоящие ферросплавы. Но цинк из-за низкой температуры кипения (900-1000°С) в процессе плавки возгоняется  и накапливается в пылевыносе. Шлаки от электродуговых печей содержат оксиды: CaO, SiО2, Al2O3, MgO, FeO, а также оксиды марганца, фосфора, хрома, бария, серы, железа, ванадия, титана и других элементов. Из них 70-85% приходится на СaO, SiO2 и оксиды железа. К сожалению, не вся пыль и отходящие газы улавливаются, и  часть её постоянно выбрасывается  в атмосферу. Поэтому в окрестностях электросталеплавильных предприятий  в почвах ландшафтов наблюдается  постепенное накопление техногенных  веществ (табл. 10, 11).

Причем, поглощение растениями никеля из почвы зависит  от содержания в ней других ТМ. Поглощение никеля ингибирует ионы кобальта, меди, железа и цинка. Марганец лучше усваивается  растениями на кислых почвах, а при  высоком содержании кальция и  магния его поглощение уменьшается. Среднее содержание марганца в растениях 0,001 %, он участвует в каталитических процессах при фотосинтезе и  дыхании растений. При избытке  марганца возникают негативные морфологические  изменения у растений. В больших  количествах накапливают марганец лютики, полынь горькая.

Медь более  подвижна в нейтральных и кислых почвах, а при подщелачивании почв её подвижность уменьшается. Медь необходима для процессов фотосинтеза и  биосинтеза белков-ферментов. Цинк необходим  для ферментных систем. Избыток ТМ негативно сказывается на развитии и росте растений в зависимости  от систематической принадлежности видов и их потребности в микроэлементах. Устойчивость видов к накоплению в почве ТМ связана с их наследственностью  и порогами накопления ТМ. В результате обобщения полученных нами в процессе исследований данных разработана шкала  устойчивости видов лугов к техногенному загрязнению от предприятий черной металлургии (табл. 8) и шкала устойчивости лесных видов (табл. 12).

В лесных сообществах  накопление ЗВ происходит преимущественно  в лесной подстилке и в верхней  части горизонта А1 (слой 0-10 см). Поэтому  устойчивость видов зависит не только от порога накопления в тканях растений ТМ и других ЗВ, но также от расположения их подземных органов. По нашим наблюдениям  наименьшую устойчивость к техногенному загрязнению обнаруживают виды таежного мелкотравья (табл. 12), корни и корневища  которых находятся в лесной подстилке. Несколько более устойчивы боровые  и дубравные виды, корни которых  проникают в более глубокие слои. На растительность влияет не только накопление ТМ в почве, но также выбросы SO2, NO, NO2. Особенно вредны для вегетирующих растений залповые выбросы газов, вызывающие хлороз и некроз листьев. Длительное воздействие ЗВ на организмы может  вызвать кумулятивный эффект. Достижение пороговых концентраций вредных  веществ приводит к исчезновению менее приспособленных видов  При увеличении содержания цинка  в почве происходит увеличение его  содержания в растениях.

На основании  проведенных нами исследований выявлено, что в природных зонах и  подзонах наблюдается неодинаковая реакция почв и растительности на техногенное загрязнение, поэтому  и к использованию их почв и  растительности надо подходит дифференцированно. Необходимо учитывать, что управлять  развитием растений, произрастающих на загрязненных почвах можно на основе учета реакции почвенного раствора, содержания гумуса, степени насыщенности почв основаниями, строения почвы и  мощности её горизонтов, гранулометрического  состава и водного режима почв. Как установлено нами, при одинаковом поступлении ЗВ наблюдается различное  содержание подвижных форм ТМ. Для  ассоциаций ельников и сосняков характерно различное соотношение эколого-фитоценотических групп видов, что связано с  условиями среды сообществ. Это  также отражается на динамике лесных сообществ в условиях антропогенного, в том числе техногенного, воздействия (рис. 3, 4). Для характеристики техногенного загрязнения принято выделять категории  почв по степени загрязнения (Госкомгидромет СССР, № 02-10 51-233, от 10.12.90), с учетом суммарного показателя загрязнения (Zc). В зависимости  от категории загрязнения почв возможны способы её использования и мероприятия  по санации почв (табл. 13). Загрязняющие ОПС вещества антропогенного происхождения  в настоящее время принято  называть ксенобиотиками. Возникла проблема очистки почв и вод от ЗВ. В  связи с этим необходимо выявление  степени опасности загрязнения  ОС токсичными ксенобиотиками с учетом их воздействия на системы почва-растение, почва-микроорганизмы и биологическая  активность почвы, почва-грунтовые  воды, почва-атмосферный воздух, и  их опосредованное влияние на здоровье человека. Основным критерием гигиенической  опасности загрязнения почвы  является ПДК веществ. При оценке опасности загрязнения почв следует  учитывать характер землепользования, учитывая, что наиболее опасно загрязнение  почв агроландшафтов. Данная оценка зависит  от буферности почв, проявление которой  неодинаково для природных зон, подзон и ландшафтных провинций. Под буферностью понимают устойчивость почв к сдвигу химического состава  и реакции среды почвы. Проявление буферности неодинаково для природных  зон, подзон и ландшафтных провинций. В зависимости от буферности один и тот же объем и состав ЗВ проявляется  неодинаково в почвах природных  зон, подзон и провинций.