FEATURES OF DEPOSITION OF HEAVY METALS IN THE SOIL COVER OF TERRITORIES OF INFLUENCE OF THE ENTERPRISES OF POWER SYSTEM OF DIFFERENT POWER
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.
Рис. 1. Содержание ионов свинца, меди и цинка в почвах, прилегающих к Абаканской ТЭЦ, n = 100
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.
Bibliographic Reference
URL: https://www.natural-sciences.ru/en/article/view?id=36480 (accessed: 28/08/2026).