Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,653

ОСОБЕННОСТИ ДЕПОНИРОВАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВЕННОМ ПОКРОВЕ ТЕРРИТОРИЙ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ

Делигодина Ю.Н. 1 Захарова О.Л. 1 Савельева И.Н. 1 Шанина Е.В. 1
1 ФГБОУ ВО «Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова»
В работе проведена оценка влияния предприятий теплоэнергетики различной мощности (Минусинская и Абаканская ТЭЦ) на загрязнение почв тяжёлыми металлами и выявлены особенности их распространения в почвенном покрове прилегающих территорий. По результатам исследования выявлено, что cредние концентрации тяжёлых металлов (Pb, Cd, Zn, Hg) в регионе не превышают нормативы предельно допустимых концентраций (ПДК). При этом среднее содержание ионов меди в почвах всех исследуемых территорий приближается к нормативному значению. Буферные свойства почв вблизи исследуемых предприятий в разной степени компенсируют техногенную нагрузку данных источников загрязнения. Почвы вокруг Минусинской ТЭЦ, охарактеризованные как низкобуферные, в большей степени подвержены загрязнению тяжёлыми металлами. Наиболее высокий уровень загрязнения почвенного покрова тяжелыми металлами выявлен в северо-восточном направлении от границ исследуемых предприятий, что обусловлено комплексом природных условий, которые определяют интенсивное распространение аэротехногенных выбросов в этом направлении по сравнению с юго-западным.
загрязнение почв
тяжёлые металлы
пространственные особенности распространения
буферная способность почв
воздействие предприятий теплоэнергетики
1. Попова Л.Ф. Особенности накопления тяжелых металлов почвами и растениями в условиях промышленного города / Л.Ф. Попова // Фундаментальные исследования. – 2005. – № 10. – С. 88–89.
2. Hooda P.S. A special issue on heavy metals in soils: editorial foreword // Adv.Environ. Res. – 2003. – V. 8. – P. 1–3.
3. Лукьянчиков Н.Н. Экономика и организация природопользования / Н.Н. Лукьянчиков. – М.: Тройка, 2002. – 687 с.
4. Ильин В.Б., Сысо А.И. Микроэлементы и тяжелые металлы в почвах и растениях Новосибирской области / В.Б. Ильин, А.И. Сысо. – Новосибирск: СО РАН, 2001. – 231 c.
5. Пономарева Д.Н. Проект реконструкции газоочистного оборудования на паровых котлоагрегатах БКЗ-75-39ФБ предприятия «Минусинская ТЭЦ» / Д.Н. Пономарева. – Абакан: Март, 2011. – 76 с.
6. Ересько М.Н. Кислотно-основная буферность почв как индикатор устойчивости экосистемы / М.Н. Ересько // Земля Беларуси. – 2014. – № 4. – С. 36–44.

Развитие промышленного производства обуславливает поступление в природную среду значительных объёмов химических веществ, при этом их количество ежегодно возрастает [1].

Предприятия теплоэнергетики являются одними из основных источников загрязнения. Приоритетными загрязнителями данных предприятий выступают тяжелые металлы, относящиеся к категории суперэкотоксикантов, они обладают мутагенными и канцерогенными свойствами, а также способностью к накоплению в объектах окружающей среды [2].

Прогрессирующее загрязнение природных сред газообразными, твердыми и жидкими вредными выбросами от предприятий теплоэнергетики приводит к нарушению важнейшего принципа природы – принципа самовосстановления. В данном процессе почвенный покров выполняет важные экологические функции [3].

В связи с этим исследование, направленное на выявление уровня загрязнения и особенностей распространения тяжелых металлов в почвенном покрове в зоне влияния предприятий теплоэнергетики, является актуальным.

Цель данного исследования – оценить влияние предприятий теплоэнергетики различной мощности на загрязнение почв тяжёлыми металлами и выявить особенности их депонирования в почвенном покрове прилегающих к предприятиям территорий.

Объект исследования – почвы, находящиеся в зоне влияния Минусинской и Абаканской ТЭЦ.

Таблица 1

Технологические показатели Минусинской и Абаканской ТЭЦ (филиалы ОАО «Енисейская ТГК (ТГК-13)»)

Технологические показатели предприятия

ОАО «Енисейская ТГК (ТГК-13)»

Минусинская ТЭЦ

Абаканская ТЭЦ

Электрическая мощность, МВт

85

406

Тепловая мощность, Гкал/ч

330,4

700

Основное топливо

бурый уголь Ирша-Бородинского месторождения

бурый уголь Ирша-Бородинского месторождения

Высота дымовой трубы, м

100

120

Газоочистное оборудование

батарейные циклоны типа БЦУ-М

электрофильтр типа Alstom Power

Эффективность газоочистного оборудования, %

84,6

99,7

Объём выбросов, т/год

2334,1

8820,0

 

Для определения содержания и характера распространения ионов тяжелых металлов (Pb, Cd, Cu, Zn, Hg), в почвах, прилегающих к Абаканской и Минусинской ТЭЦ (филиалы ОАО «Енисейская ТГК (ТГК-13)»), на заложенных трансектах были отобраны почвенные образцы.

Абаканская ТЭЦ расположена на западной окраине г. Абакана, на левом берегу р. Ташеба. Жилая зона города находится в 3 км от промышленной площадки ТЭЦ. Минусинская ТЭЦ отнесена на 5 км в юго-восточном направлении от административных границ г. Минусинска.

Отбор почвенных проб производился в двух направлениях от границ предприятий с учётом розы ветров: северо-восточном и юго-западном по мере удаления от источника загрязнения. Пробы отбирали по ГОСТу 17.4.3.01-83 на пробных площадях размером 1×1 м, расположенных на расстоянии 100, 500, 700, 1000, 2000 м от границ предприятий, в пределах заложенных трансект. Взятие проб осуществлялось в слое 0–20 см. В пределах исследуемых территорий было отобрано 200 почвенных образцов.

Содержание тяжелых металлов в почве определяли по общепринятым методикам. Концентрацию подвижной формы ионов свинца, кадмия, меди и цинка – методом инверсионной вольтамперометрии, концентрацию ртути – атомно-абсорбционным методом холодного пара.

Для целостного представления о процессах накопления и трансформации загрязняющих веществ, происходящих в почвенном покрове исследуемых территорий и оценки буферной способности почв, были определены необходимые почвенные показатели: содержание гумуса в слое 0–20 см, гранулометрический состав, рН водной вытяжки. Полученные данные были обработаны статистически.

Оценка буферной способности почв исследуемых территорий проводилась по шкале В.Б. Ильина и А.И. Сысо [4].

Минусинская и Абаканская ТЭЦ относятся к предприятиям второго класса опасности, которые вырабатывают энергию в процессе сжигания минерального топлива – угля. Санитарно-защитная зона (СЗЗ), установленная в соответствии с СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03, для каждого предприятия составляет 500 м.

Данные предприятия теплоэнергетики различаются как источники загрязнения окружающей среды. Так, объёмы производственных выбросов в атмосферу Абаканской ТЭЦ в 3,8 раза больше по сравнению с Минусинской ТЭЦ, что отчасти обусловлено технологическими показателями и эффективностью используемого газоочистного оборудования [5] (табл. 1).

Буферность – это защитные возможности почвы, влияющие на подвижность химических элементов, что определяет их воздействие на контактирующие среды. Чем меньшими буферными свойствами обладает почва, тем большую опасность представляет её загрязнение химическими веществами [6].

Согласно шкале В.Б. Ильина и А.И. Сысо (2001) [4], основными показателями, учитывающимися при оценке буферной способности почв, являются гранулометрический состав, степень гумусированности и водородный показатель (рНводн.).

Результаты диагностики свидетельствуют о том, что почвы территории, прилегающей к Абаканской ТЭЦ, характеризуются как среднесуглинистые, где доля механических фракций физической глины и физического песка составляет 30 и 70 % соответственно. Среднее содержание гумуса в верхнем слое почвы – 1,73 %, что позволяет отнести их к низкогумусным. Значение водородного показателя (рНводн.) равно 7,36, что характеризует среду почвенного раствора как щелочную (табл. 2).

В отличие от данных почв, почвы территории, прилегающей к Минусинской ТЭЦ, имеют более лёгкий гранулометрический состав (15 % физической глины и 85 % физического песка) и относятся к супесчаным разновидностям. По показателю содержания гумуса в слое 0–20 см почвы исследуемых территорий близки. Для данных почв рНводн. составляет 6,82 и определяет их как нейтральные.

В соответствии со шкалой буферности почв по отношению к тяжелым металлам, по совокупности показателей, почва территории, прилегающей к Абаканской ТЭЦ, количественно оценивается в 24,5 балла и характеризуется средней буферной способностью.

Буферность почв, расположенных вблизи Минусинской ТЭЦ, оценивается в 17 баллов и характеризуется как низкая. Данные различия обуславливают особенности механизма накопления и миграции тяжелых металлов в пределах верхнего слоя относительно источника загрязнения (табл. 3).

Среднее содержание подвижных форм свинца (1,92 ± 0,44 мг/кг) и цинка (4,41 ± 1,37 мг/кг) в почвах, прилегающих к Абаканской ТЭЦ, в 1,2; 1,4 раза больше, чем в почвах зоны влияния Минусинской ТЭЦ (табл. 4).

Обратная тенденция зафиксирована для ионов меди. Их концентрация в почвах территории, прилегающей к Минусинской ТЭЦ, выше по сравнению с почвами территории Абаканской ТЭЦ и в среднем составляет 2,95 ± 0,62 мг/кг

Содержание ртути в почвенном компоненте исследуемых территорий характеризуется близкими значениями и составляет в среднем 0,003 ± 0,001 и 0,0020 ± 0,0006 мг/кг, соответственно. Подвижные формы ионов кадмия в исследуемых почвах не обнаружены. Это может быть связано с тем, что концентрация данного элемента в почвах ниже предела чувствительности метода, для которого этот порог составляет 0,10 мг/кг. В целом средние концентрации данных поллютантов не превышают нормативы предельно допустимых концентраций (ПДК). Однако необходимо отметить, что среднее содержание ионов меди приближается к нормативному значению, это характерно для почв всех исследуемых территорий.

Таблица 2

Среднестатистические значения некоторых показателей почв зоны воздействия Абаканской и Минусинской ТЭЦ, n = 4

Приуроченность почв

Механические фракции

Содержание гумуса

в слое 0–20 см, %

рНводн.

Характеристика почвы

Физическая глина

(< 0,01 мм), %

Физический песок

(> 0,01 мм), %

территория, прилегающая к Абаканской ТЭЦ

30,00

70,00

1,73 ± 0,73

7,36 ± 0,20

среднесуглинистая, низкогумусная, щелочная

территория, прилегающая к Минусинской ТЭЦ

15,00

85,00

2,00 ± 0,84

6,82 ± 0,20

супесчаная, низкогумусная, нейтральная

 

Таблица 3

Оценка буферной способности почвенного покрова территорий воздействия Абаканской и Минусинской ТЭЦ по В.Б. Ильину и А.И. Сысо (2001) [4]

Показатели

Предприятие теплоэнергетики

Абаканская ТЭЦ

Минусинская ТЭЦ

Содержание физической глины, % /количество баллов

30,0/10,0

15,0/5,0

Содержание гумуса, % /количество баллов

1,7/2,0

2,0/2,0

рН /количество баллов

7,4/12,5

6,8/10,0

Итого баллов по совокупности показателей

24,5

17,0

Примечание. Числитель – величина показателя; знаменатель – соответствующее количество баллов.

 

Таблица 4

Среднестатистические значения концентраций тяжелых металлов в почвах исследуемых территорий, мг/кг (n = 100)

Предприятие

Тяжёлые металлы

Статистические показатели

Хmin

Хmax

Xср.

ПДК

σ

V, %

1

2

3

4

5

6

7

8

Абаканская ТЭЦ

Pb+2

0,00

7,58 ± 1,72

1,92 ± 0,44

6,00

2,37

1,14

Cd+2

0,00

0,00

0,00

0,50

0,00

0,00

Cu+2

0,27 ± 0,06

9,36 ± 1,96

2,2 ± 0,46

3,00

1,62

0,51

Zn+2

0,26 ± 0,08

16,79 ± 5,22

4,1 ± 1,37

23,00

1,34

0,81

Hg+

0,00

0,025 ± 0,001

0,003 ± 0,001

2,10

0,21

0,95

Минусинская ТЭЦ

Pb+2

0,00

4,60 ± 1,04

1,58 ± 0,36

6,00

2,66

1,54

Cd+2

0,00

0,00

0,00

0,50

0,00

0,00

Cu+2

0,00

9,03 ± 1,90

2,95 ± 0,62

3,00

1,48

1,03

Zn+2

0,00

8,77 ± 2,73

3,03 ± 0,95

23,00

1,26

0,92

Hg+

0,00

0,006 ± 0,002

0,0020 ± 0,0006

2,10

0,34

0,47

Примечание. *За нулевое значение концентрации принято содержание металла в почве, оказавшееся ниже предела чувствительности метода исследования (предел чувствительности метода исследования для свинца – 0,50 мг/кг, кадмия – 0,10 мг/кг, меди – 1,0 мг/кг, цинка – 1,0 мг/кг, ртути – 0,001 мг/кг) (ПНД Ф 16.1:2:2:2:3.48-06; МУК 4.1.1471-03).

Характер накопления подвижных форм тяжёлых металлов в почвах северо-восточного и юго-западного направлений различен. Так, в почвах северо-восточного направления от границ предприятия Абаканской ТЭЦ содержание свинца, меди и цинка больше по сравнению с их концентрацией в почвах юго-западного направления (рис. 1).

При этом уровни накопления данных элементов, независимо от направления, находятся в пределах норматива ПДК. Исключением является медь, концентрация ионов которой в почвах северо-восточного направления составляет 1,17 ПДК.

Подобная тенденция накопления подвижных форм тяжёлых металлов сохраняется и в почвенном покрове территории, прилегающей к промышленной площадке Минусинской ТЭЦ (рис. 2).

Анализ полученных результатов выявляет некоторые различия в уровнях накопления токсикантов данной группы. Так, концентрация ионов свинца и цинка в почвах, расположенных в северо-восточном направлении от границы Абаканской ТЭЦ, выше их содержания в почвах этого же направления, прилегающих к Минусинской ТЭЦ, в 1,5 и 1,8 раза соответственно. Значения концентраций ионов меди в почвах, локализованных на северо-востоке от границ исследуемых предприятий, сходны, но в почвах юго-западного направления от промышленной площадки Минусинской ТЭЦ содержание ионов меди в 2 раза выше по сравнению с почвами окрестностей Абаканской ТЭЦ и достигает в среднем 2,3 мг/кг.

Наиболее высокий уровень загрязнения почвенного покрова тяжелыми металлами в северо-восточном направлении от границ исследуемых предприятий, вероятно, обусловлен комплексом природных условий, которые определяют интенсивное распространение аэротехногенных выбросов в этом направлении по сравнению с юго-западным.

Несмотря на то, что Абаканская ТЭЦ является более мощным региональным предприятием теплоэнергетики в сравнении с Минусинской ТЭЦ, уровень загрязнения почвенного покрова тяжёлыми металлами на исследуемых территориях различается незначительно. Это может быть связано со свойствами почв, прилегающих к данным предприятиям. Так, почвы, расположенные вблизи Абаканской ТЭЦ, обладают средними буферными свойствами, которые в некоторой степени компенсируют техногенную нагрузку данного источника загрязнения на почвенный покров, определяя существующие уровни загрязнения.

del1.wmf

Рис. 1. Содержание ионов свинца, меди и цинка в почвах, прилегающих к Абаканской ТЭЦ, n = 100

del2.wmf

Рис. 2. Содержание ионов свинца, меди и цинка в почвах, прилегающих к границам Минусинской ТЭЦ, n = 100

Почвы вокруг Минусинской ТЭЦ, охарактеризованные как низкобуферные, в большей степени подвержены загрязнению тяжёлыми металлами, так как физические и физико-химические свойства данных почв не способствуют переводу токсикантов в связанное состояние и депонированию их в ходе активных поглотительных процессов.

На основе вышеизложенного можно сделать следующие выводы:

1. Средние концентрации тяжёлых металлов не превышают нормативы предельно допустимых концентраций. При этом среднее содержание ионов меди приближается к нормативному значению, и это характерно для почв всех исследуемых территорий.

2. Наиболее высокий уровень загрязнения почвенного покрова тяжелыми металлами в северо-восточном направлении от границ исследуемых предприятий, вероятно, обусловлен комплексом природных условий, которые определяют интенсивное распространение аэротехногенных выбросов в этом направлении по сравнению с юго-западным.

3. Уровень загрязнения почвенного покрова тяжёлыми металлами на исследуемых территориях различается незначительно из-за отличий в буферной способности этих почв. Средние буферные свойства почв вблизи Абаканской ТЭЦ в некоторой степени компенсируют техногенную нагрузку данного источника загрязнения. Низкая буферность почв, расположенных вокруг Минусинской ТЭЦ, снижает их способность переводить токсиканты в связанное состояние и депонировать тяжёлые металлы в ходе активных поглотительных процессов.


Библиографическая ссылка

Делигодина Ю.Н., Захарова О.Л., Савельева И.Н., Шанина Е.В. ОСОБЕННОСТИ ДЕПОНИРОВАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВЕННОМ ПОКРОВЕ ТЕРРИТОРИЙ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ // Успехи современного естествознания. – 2017. – № 7. – С. 71-75;
URL: http://www.natural-sciences.ru/ru/article/view?id=36480 (дата обращения: 16.07.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252