Техногенное воздействие предприятий черной металлургии на окружающую природную среду

Для санации  почв всё шире применяются не только гуматы, но и различные гуминовые  вещества, выпускаемые различными фирмами. Так, ООО «Агросинтез» производит гуминовый  сорбент «Гумигель». При внесении в почву он активизирует деятельность почвенных микроорганизмов и  адсорбирует нефтепродукты и  ТМ. Для очистки почв от ТМ рекомендуется  вносить гумигель под основную обработку  почвы, сопровождая её перемешиванием почвы. Толерантность микроорганизмов  к загрязнению почвы зависит  от их принадлежности к различным  систематическим группам. Очень  чувствительны к высоким концентрациям  ТМ виды бактерий рода Bacillus, нитрифицирующие  бактерии, поэтому при загрязнении  происходит обеднение почвы азотом. Несколько более устойчивы псевдомонады, стрептомицеты, целлюлозоразрушающие микроорганизмы, и самые устойчивые – грибы и актиномицеты.

Выяснено, что  в лесу грибы, произрастающие на техногенно загрязненных территориях накапливают  ТМ и другие загрязнения в своих  плодовых телах (шляпочные грибы). Загрязнение  ТМ плодовых тел шляпочных грибов связано также с тем, что их грибница располагается в основном в лесной подстилке, где накапливаются  загрязнения, оседающие из атмосферного воздуха.

При низких концентрациях  ТМ сначала наблюдается некоторая  стимуляция развития микроорганизмов  почвы, но с нарастанием концентрации ТМ всё больше проявляется ингибирование  деятельности почвенных микроорганизмов, что, в целом, приводит к снижению биологической активности почв. Степень  подавления жизнедеятельности почвенных  микроорганизмов зависит от вида ТМ. Свинец нарушает процессы дыхания  и ингибирует деятельность ферментов. Ионы кадмия при достижении концентрации 12 мг/кг почвы нарушают деятельность азотфиксирующих микроорганизмов, низших грибов. Некоторые актиномицеты и низшие почвенные грибы при  загрязнении кадмием быстро элиминируют. Для зон воздействия предприятий  черной металлургии особенно характерно загрязнение почв цинком. Повышенные концентрации цинка тормозят деятельность целлюлозоразрушающих микроорганизмов, что может в лесах способствовать накоплению плохо разложившейся  лесной подстилки и сукцессионным  сменам напочвенного покрова. Следует  также учитывать синергическое  воздействие комплекса ТМ.

При комплексном  загрязнении почв ТМ кроме ИЗП  предлагается использовать критерий суммарной  фитотоксичности металлов. В Англии предложили использовать цинковые единицы, то есть, сравнение токсичности металлов с токсичностью цинка. Сельскохозяйственные культуры и их сорта обнаруживают разную устойчивость к ТМ. В целом, их можно расположить в порядке  убывания в ряд: травы>злаковые>зерновые>картофель>сахарная свекла. Особенно нежелательно на загрязненных почвах выращивать овощи. Фитотоксичным  считается такое содержание ТМ в  почве, которое снижает урожайность  растений на 10% и более по сравнению  с контролем. В качестве критерия используется ПДК содержания ТМ в  растениеводческой продукции. Почву  можно считать условно чистой, если концентрация ТМ в фазу технической  спелости культур меньше ПДК. Для  определения фитотоксичности можно  применять биотестирование, для  этих целей нами применены в качестве биотестов редис и салат

Использование биоиндикаци при мониторинге  состояния ОС наряду с геохимическими и гидрохимическими исследованиями позволяет провести комплексный  анализ состояния ОПС, прогнозировать её дальнейшее изменение, и разработать  мероприятия по оптимизации природопользования. Таблица 14 иллюстрирует особенности  воздействия техногенных выбросов предприятий черной металлургии  на компоненты ландшафтов природных  зон, подзон и провинций. Можно видеть, что природный потенциал ландшафтов увеличивается при движении от южной  тайги к южной лесостепи. В  лесной зоне почвы кислые, в северной лесостепи, слабо кислые, а в южной  лесостепи нейтральные. Для техногенных  выбросов предприятий черной металлургии, в отличие от цветной металлургии, характерно постепенное подщелачивание почв в результате накопления оксидов  кальция и магния. Скорость этого  процесса зависит от изначальной  величины рН почв, объема техногенных  выбросов и периода их накопления.

В подзоне  южной лесостепи лесостепной  зоны расположен Ново-Липецкий металлургический комбинат (НЛМК). На комбинате большое  внимание уделяется внедрению природоохранных  технологий черных металлов, но всё  же неблагоприятное воздействие  техногенных выбросов на состояние  ОПС сохраняется. В целом, в г. Липецке техногенные выбросы  от стационарных источников в 2007 году составили 382,9 тыс. т загрязняющих веществ (ЗВ), из них 355,7 тыс. т приходится на техногенные выбросы ОАО «Новолипецкий  металлургический комбинат». Областной  центр по гидрометеорологии и  мониторингу окружающей среды в  месяц исследует почти 3000 проб атмосферного воздуха.

Проводится  мониторинг содержания в воздухе  взвешенных веществ (пыли), диоксида серы, оксида углерода, диоксида азота, сероводорода, фенола и формальдегида. В 2007-2008 гг среднемесячная концентрация превышала ПДК по фенолу и формальдегиду и взвешенным веществам в несколько раз. Превышение ПДКмр непосредственноо под факелом  НЛМК не зафиксировано, но на расстоянии 1 км ПДКмр по диоксиду азота превышено  в 1,15 раза, по взвешенным веществам  – в 1,1 раза, по фенолу – в 1,4 раза. В реке Воронеж в г. Липецке  загрязняющими веществами являются азот нитритный, азот аммонийный, органические вещества, медь, цинк, нефтепродукты. Периодически в воздухе превышены концентрации меди, свинца и никеля. Загрязнение  ОС свинцом привело к его накоплению в волосах детей (15,9±3,0 мкг/г). Это  повышенный уровень свинца, так как  на фоновых территориях содержание свинца в волосах детей 3-6 мкг/г. У  детей раннего возраста наблюдается  задержка психомоторного развития. Коксохимическое  производство НЛМК является источником выделения в ОС диоксинов. В грудном  молоке женщин его фоновые уровни превышены в несколько раз. В  районах, прилегающих к НЛМК, зафиксирована  наиболее высокая смертность и заболеваемость населения.

Таблица 15

Характеристика  воздействия техногенного загрязнения  от предприятий черной металлургии  по зонам, подзонам и провинциям

Природная зона Природ

ная под

зона Физи

ко-географическая (ландшафтная) провинция

Физико-географическая

характеристика  Реакция компонентов ландшафтов на техногенное загрязнение от предприятий  черной металлургии

Реакция почв на техногенное загрязнение Реакция  растительности на техногенное загрязнение

Лесная Юж

ная тайга  Верхневолжская Холмистая равнина  с низинами. Почвы дерново-подзолистые  на моренных отложениях и аллювиальные, реже болотные. Почвы кислые, местами (на карбонатной морене) слабо кислые. Характерны хвойные и смешанные  с березой и осиной зеленомошно-кустарничковые леса. Поступление оксидов кальция  и магния подщелачивает почвы. Характерно накопление цинка, железа, меди, никеля и др. Наибольшее накопление – в  суглинистых почвах. В лесах наблюдается  деградация мохового покрова, т.к. мхи-кальциефобы, брусника и черника хорошо сохраняются, т.к. имеют высокий порог накоплния  ТМ. Снижаются приросты и возобновление  древостоя. На лугах выпадают бобовые, разрастаются бодяк и др. сорняки.

Широколиственно-хвойные  леса Мещерская Расположена на территории Мещёрской зандровой равнины. Рельеф слабо волнистый. Почвообразующие  породы – водноледниковые галечниковые пески и суглинки. Почвы подзолистые, подзолистые оглеенные, местами  болотные. Характерны сосновые леса с  елью и дубом, смешанные, еловые, дубовые, березовые зеленомошные и травяные леса и сфагновые болота. На подзолистых  песчаных почвах в лесах и некосимых  лугах накопление кальция приводит к деградации мхов. Накапливается Pв, Zn, Sn, Cd, Cu, Ti,Ba, As. Из фитоценозов выпали бобовые, герани, вероника, многие злаки  и др. Фитотоксичность ТМ увеличивается  в последовательности: Pb<Zn<Cu<Co<Cd. Осока лисья накапливает цинк и медь. Разрастаются: борщевик Сосновского, полыни и др. сорняки.

Лесостепная Север-

ная лесо-

степь Заосетринская  Эрозионно-денудационная возвышенная  равнина. Почвообразующие породы –  покровные и лессовидные суглинки, подстилаемые мореной. Почвы серые  лесные, в южной части местами  черноземы оподзоленные. Серые лесные почвы слабокислые и кислые. Облесённость 14%. Преобладают липовые с примесью дуба и ясеня леса, дубовые, березовые, зеленчуковые, пролесниковые и снытевые леса. По мере загрязнения в результате накопления оксидов кальция и  магния рН с 5,8 изменяется до 6, 8; 7,2; 7,5. Накапливается Si, Ti, Fe, Cr, S, Co, Ni, Sr, Ba, As,Pb. На лугах при загрязнении выпадают бобовые и многие злаки. Преобладают сорняки и др. виды семейства астровых (бодяк, золотая розга канадская, золотая розга обыкновенная, чертополох). В лесах снижаются приросты и жизненность древостоя и возобновление, появляются мертвопоекровные парцеллы.

Южная лесо-

степь Среднерусская  Занимает Среднерусскую возвышенность. Расчленена глубокими долинами рек, оврагами и балками. Преобладают  черноземы оподзоленные, выщелоченные и типичные. Реакция почв нейтральная. Луговые степи почти полностью  распаханы. Сохраняются в заповедниках. В загрязненной почве рН достигает 8,1, накапливаются Pb, Cr, Ni, Zn (в 2-8 раз), Fe, Ti, Mn, Ca, Mg. В зоне сильного загрязнения (до 2-х км) формируется техногенная  пустыня – сосны и травы  усохли. В зоне довольно сильного загрязнения (до 5 км) у сосен хлороз и некроз, усыхание ветвей и отдельных деревьев травяной покров изрежен. Сохраняется  типчак.

Защита ОС является одним из важнейших приоритетов  деятельности НЛМК. Компания последовательно  добивается сокращения воздействия  производственной деятельности на ОПС, а также стремится обеспечить благоприятную среду проживания для населения города и регионов своей производственной деятельности. В 2007 году НЛМК признан лауреатом  Всероссийского конкурса «Лидер природоохранной  деятельности в России – 2007». Связь  миссии, целей и стратегии бизнеса  НЛМК с защитой ОС закреплена в  основном документе Компании, касающемся природоохранной сферы – «Экологической политике ОАО «НЛМК».

С 2000 по 2007 год  НЛМК увеличил производство стали на 10%, чугуна на 18%, агломерата на 16%, кокса  на 5%. Несмотря на увеличение объемов  производства продукции, уровень негативного  воздействия на ОС систематически снижается (рис. 7). В рамках первого этапа  технического перевооружения удалось  добиться устойчивой положительной  динамики по улучшению экологической  ситуации в районе размещения основного  производства. Комплексный индекс загрязнения  атмосферы г. Липецка по данным регионального  центра Росгидромета снизился в три  раза, что связано, в частности, с  увеличением уровня финансирования экологических программ. Уровень  финансирования возрос в 11 раз: со 130 млн. руб. в 2000 году до 1536 млн. руб. в 2007 году.

Рис. 7. Зависимость  комплексного индекса загрязнения  атмосферы г. Липецка от объема производства стали.

В 2000 году было отмечено превышение загрязнения атмосферного воздуха по 8 веществам, и доля замеров  с превышением нормативов составляла около 80%. В 2007 году зафиксировано превышение по нафталину на 23% и 9% по пыли. Валовый  выброс ЗВ закономерно снижается (рис. 8). В настоящее время на НЛМК внедрено несколько природоохранных мероприятий, но в предыдущие годы загрязнение  ОС происходило более интенсивно, поэтому в зоне влияния НЛМК почвы  остаются загрязненными, что связано  также с непромывным режимом  черноземов. Вблизи завода (100 м) в верхнем  слое почв содержание Pb, Cr, Ni, Cu, Zn превышает  ПДК в 2-8 раз, но в более глубоких слоях содержание ТМ близко к фоновому (табл. 16). Зона сильного загрязнения  распространяется на 1,5-2,5 км. При удалении от завода загрязнение почв наблюдается  преимущественно на пашне и лугах, где в почву поступают загрязнения  из атмосферы. В лесных же сообществах  на расстоянии 5-10 км почвы слабо  загрязнены ТМ, так как техногенные  загрязнения оседают на кронах, а  при поступлении в почву поглощаются  деревьями и кустарниками и надолго  в них задерживаются.

Рис. 8. Валовый  выброс загрязняющих веществ в атмосферный  воздух

г. Липецка, тысяч  тонн.

Большое негативное воздействие на ОС продолжает оказывать  агломерационная фабрика, принадлежащая  НЛМК, но расположенная в некотором  отдалении. Здесь преобладают серые  лесные почвы, а также боровые  слабогумусированные пески (боровая  терраса). Растительный покров представлен  сосняками в стадии жердняка (35-40 лет), полнота древостоя 0,4-0,6, сомкнутость  крон 0,5. Зона сильного техногенного воздействия  распространяется на 350-400 м, формируется  «техногенная пустыня». Большое количество сосен усохло, а у остальных  хвоя укорочена и охвоение слабое, много усохших ветвей. Травянистый  покров слабо развит и представлен  в основном сорными многолетними видами. На расстоянии 0,6 – 1,5 км усыхание и отпад сосен уменьшается, но жизненность их остается низкой. Основное негативное воздействие на почвенный  и растительный покров оказывает  поступающая с фабрики пыль, в  составе которой много оксидов  кальция, магния и других (табл. 16), что  увеличивает рН верхнего слоя почв до 8.1-8,3 (щелочная реакция). В зоне техногенного воздействия агломерационной фабрики  на поверхности сформировался техногенный  слой мощностью до 2 см. Гранулометрический состав техногенного слоя характеризуется  резким преобладанием (90%) частиц пыли размером

Таблица 16.

Фоновое содержание тяжелых металлов (мг/кг) в горизонтах чернозема типичного среднегумусного  тяжелосуглинистого (Ямская степь)

Глубина и  мощность горизонта, см Содержание ТМ, мг/кг

Pb Cr Ni Cd Cu Zn

60-70 4,7

6,5 4,5

8,4 9,8

10,6 0,39

1,06 4,5

4,5 6,6

Таблица 17.

Содержание  некоторых оксидов в светло-серых  лесных почвах в зоне техногенного воздействия агломерационной фабрики  НЛМК, % (по: Джувеликян, 2007)

Расстояние  от агломерационной фабрики, м Горизонт и глубина опробованного слоя, см

Al2O3

Пыль аглофабрики

А1 10-15

А1А2 25-35 68,24

1,28 1,21

0,08 0,350

0,006 8,50

0,16 2,80