1. минералого-геохимические процессы в техногенных и геотехногенных ландшафтах

Вид материала

Опыт прикладных геохимических исследований техногенных ландшафтов
I.A. Tarasenko
Результаты исследований.
ГИДРОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ВОЗМОЖНОЙ АВАРИЙНОЙ СИТУАЦИИ НА ГИДРОЗОЛООТВАЛЕ ТЭЦ-1 (г. ЧИТА)
Hydrogeochemical consequences of the possible emergency conditions on hydro-ash dump of the chita thermo-electric power station-
Гeoтехногенез как процесс геолого-минералогического

Подобный материал:

1 2 3 4 5 6 7

ОПЫТ ПРИКЛАДНЫХ ГЕОХИМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕХНОГЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ

И.А. Тарасенко¹, А.В. Зиньков²

¹Дальневосточный геологический институт ДВО РАН, Владивосток, Россия, tarasenko_irina@mail.ru

²Дальневосточный государственный технический университет Владивосток, Россия, zinkov_a@mail.ru

Experience of applied geochemical researches Industrial landscapes

I.A. Tarasenko¹, A.V. Zinkov²

¹Far Eastern Geological Institute, Vladivostok, Russia, tarasenko_irina@mail.ru

²Far Eastern State Technical University, Vladivostok, Russia, zinkov_a@mail.ru

On the basis of carried out ecological condition research after the termination of construction is established, that in limited industrial landscape heavy metals of the first group of danger as a result of civil work there was a deterioration of a condition of territory in comparison with an initial situation on arsenic from 10 up to 100 times, to lead from 88 up to 139 times, to zinc from 21 up to 945 times.

Получен опыт исследования экологического состояния техногенных ландшафтов. В основу положены исследования территорий промышленных площадок в периоды до начала и после завершения работ в порту Восточный при строительстве сухого дока и завода трубного покрытия. Анализ проводился на основании сопоставления результатов исследований проб, отобранных в 2003 г. (до начала строительства сухого дока) и в 2005 г. (после завершения всех работ на территориях техногенного ландшафта). Отбор, хранение, методики аналитических исследований проб были идентичны и соответствовали существующим требованиям нормативов и стандартов.

Результаты исследований. На основании интерпретации результатов анализов оценивалось распределение таких компонентов как нефтепродукты, а также мышьяк, ртуть, кадмий, свинец и цинк, которые относятся к первому классу опасности; медь и хром, представляющие второй класс и марганец, относимый к третьему классу опасности.

Установлено, что содержания нефтепродуктов на промышленной площадке сухого дока характеризуются вариациями от 37,0 до 1420,0 мг/кг, при среднем значении равном 310,0 мг/кг. Концентрации нефтепродуктов во всех пробах, за исключением пробы № i4, ниже фонового содержания по России и допустимых концентраций по нормативам содержания нефтеуглеводородов (НУ) в почвах жилых районов Западной Европы. Исследование относительного распределения концентрации загрязнения почв нефтепродуктами показало, что наибольшая концентрация установлена в точке наблюдения № i4, характеризующей отвал снятой породы на складской зоне топлива, представленной щебенисто-песчаной смесью. Концентрации нефтепродуктов на всех опробованных участках техногенной территории выше их концентраций, содержащихся в почвах территории до начала строительства предприятия. Сопоставление распределения НУ в почвах и грунтовых водах показывает, что почвенное загрязнение ландшафта оказывает существенное влияние на загрязнение грунтовых вод нефтеуглеводородами.

Соединения мышьяка обнаружены во всех образцах почвы (исключение составляют пробы №1 и №9). Его содержания колеблются от 1,31 до 13,2 мг/кг, при среднем значении 6,62 мг/кг, что в три раза выше ПДК, установленной для валового содержания мышьяка и 1,5 раза выше регионального геохимического фона Приморского края (по: А.И.Бураго и др., 1997 г.). Необходимо отметить две пробы: пробу, отобранную на территории складской зоны технологии (площадка между мастерской технологии и офисом) — № 8 и пробу, взятую на площадке мойки грузовиков — № 10, которые характеризуются превышением ПДК по As в 6,6 раза, а геохимического фона – в 6,7 раза.

Максимальная концентрация ртути в отобранных пробах составила 0,44 мг/кг, что существенно ниже фонового содержания Hg в почве и ПДК.

Повышенные концентрации кадмия установлены только в одной пробе № 1, отобранной на территории автостоянки, расположенной в зоне офисов и столовой на северном борту сухого дока, где содержание Cd (3,73 мг/кг) превышает фоновое значение (по Приморью — 1,28 мг/кг) в 2,9 раза, а ОДК (2 мг/кг) – в 1,9 раза, которые установлены для близких к нейтральным суглинистым и глинистым почвам с рН > 5,5, характерным для Приморья. Среднее содержание кадмия на территории промышленной площадки сухого дока составляет 0,39 мг/кг.

Повышенные концентрации свинца характерны для всей территории промплощадки и варьируются от 81,37 до 136,58 мг/кг, составляя в среднем 103,75 мг/кг, что превышает региональный фон (16,2 мг/кг) в 6,4 раза, а ПДК (32 мг/кг) – в 3,2 раза.

Цинк на территории промышленной площадки сухого дока фиксируется в количествах от 38,59 до 1692,16 мг/кг. Его средняя концентрация составляет 354,16 мг/кг. Это превышает и фоновое содержание (61,3 мг/кг) в 5,8 раза, и существующий норматив ОДК (220 мг/кг) – в 1,6 раза. Не превышают существующий норматив ОДК по содержанию цинка территории следующих подразделений сухого дока: №1 – северный борт сухого дока (автостоянка в зоне офисов и столовой); №2 – зона подготовки арматуры (напротив ангара подготовки арматуры), №5 – поверхность складской зоны топлива и № 9 – зона опалубки.

Содержание меди колеблется от 46,87 мг/кг до 468,75 мг/кг (при среднем значении 120 мг/кг), что ниже норматива (ОДК 132 мг/кг), но в 5,1 раза превышает значение фонового содержания (23,4 мг/кг). Максимально загрязнена территория зоны опалубки, где была отобрана проба № 9 внутри корпусного цеха опалубки.

Содержания хрома колеблются от 74,75 до 106,37 мг/кг при среднем значении – 86,25 мг/кг, что в целом не превышает норматив ОДК (100 мг/кг), но превышает региональный фон (39,1 мг/кг) в 2,2 раза. Исключение представляет только одна проба № 7, отобранная на площади зоны обслуживания техники — площадке, расположенной между отапливаемой автостоянкой и складским ангаром, где установлено превышение норматива ОДК в 1,06 раза.

Детально проведенные исследования позволили проследить изменение геохимических характеристик техногенного ландшафта во времени. Как следует на примерах рассмотрения поведения полютантов в почвенных горизонтах и грунтовых водах одного из техногенных ландшафтов в пос.Врангель, выявленные аномалии нефтепродуктов в грунтовых водах, вероятнее всего, обусловлены последствиями деятельности предприятий, существовавших до начала строительства сухого дока (до запуска «Цеха покрытия труб»), так как загрязнение грунтовых вод обусловлено присутствием НУ в первом и втором почвенных слоях. По данным работ 2003 и 2005 гг. не устанавливается миграция меди, цинка, кадмия и ртути из почвенных горизонтов в грунтовые воды. Поскольку в работе фактически не применялись статистические исследования с определениями корреляционных зависимостей и законов распределения компонентов, то иллюстративный материал позволил лишь визуально (с учетом положения гидроизогипс грунтовых вод) проследить взаимосвязь между повышенными концентрациями элементов в почвах и грунтовых водах.

Выводы. На основании проведенных исследований экологического состояния техногенных ландшафтов (до начала эксплуатации и после ликвидации предприятия) зафиксировано, что по тяжелым металлам первой группы опасности произошло ухудшение состояния территории. Так, например, установлено ухудшение, относительно существующих нормативов, по мышьяку – от 10 (до начала эксплуатации предприятия) до 100 раз (после эксплуатации), свинцу – от 88 до 139 раз и цинку – от 21 до 945 раз.

ГИДРОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ВОЗМОЖНОЙ АВАРИЙНОЙ СИТУАЦИИ НА ГИДРОЗОЛООТВАЛЕ ТЭЦ-1 (г. ЧИТА)

М.Т. Усманов, Л.И. Усманова

Институт природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН, Чита, Россия, inrec.sbras@mail.ru

HYDROGEOCHEMICAL CONSEQUENCES OF THE POSSIBLE EMERGENCY CONDITIONS ON HYDRO-ASH DUMP OF THE CHITA THERMO-ELECTRIC POWER STATION-1

M.T. Usmanov, L.I. Usmanova

Institute of Natural Resources, Ecology and Criology SB RAS, Chita, Russia, inrec.sbras@mail.ru

In this article authors give the review of an existing situation and possible consequences are in part predicted in case of outflow (emergency dump) at break of dam hydro-ash dump of the Chita thermo-electric power station-1.

При проектировании объектов теплоэнергетики, в частности, гидрозолошлакоотвалов, зачастую уделяется недостаточное внимание возможным последствиям их эксплуатации связанным с инфильтрационными потерями, аварийными сбросами и т.п., оказывающим негативное влияние на природную среду. В данной работе дан обзор существующей ситуации и частично спрогнозированы возможные последствия в случае утечки (аварийного сброса) при прорыве дамбы ГЗО Читинской ТЭЦ-1.

Читинская ТЭЦ-1 расположена на северном берегу оз. Кенон. В 3 км к северо-западу от неё находится золоотвал, который занимает площадь около 115 га. Он размещён в естественном понижении рельефа в днище Читино-Ингодинской межгорной впадины и по гипсометрическим отметкам находится выше промплощадки ТЭЦ. Введён в эксплуатацию в 1973 г. и состоит из двух чаш, разделённых фильтрационной дамбой. В первую по напорному трубопроводу сбрасывается золосодержащая пульпа. Во второй вода отстаивается и осветляется. Осветлённая вода используется для оборотного водоснабжения. Противофильтрационный экран отсутствует. Вследствие влияния техногенных высокотемпературных вод криолитозона в пределах их действия деградировала, что привело к расконсервации регионального разлома, по которому происходит разгрузка техногенных вод.

Оз. Кенон и его водосборный бассейн, находятся в центральной части Читино-Ингодинской котловины, вытянутой с юго-запада на северо-восток между хребтами Яблоновый и Черского. Береговая линия озера проходит в 1,7 км от р. Ингоды в южном и в 2,9 км от р. Читы в восточном направлениях. Водосборная площадь оз. Кенон 227 км². Площадь зеркала – 16,2 км²(длина 5.7 км и средняя ширина 2,8 км). При глубине до 6,8м (средняя – 4.4 м) среднемноголетний объём пресной воды составляет 86 млн.м³.

В озеро впадают мелкие водотоки – руч. Застепинский и Ивановский (площадь бассейна 77,5 км²) и р. Кадалинка (площадь бассейна 94,2 км²), стекающие со склонов хр. Яблоновый [4].

Инфильтрация воды из гидрозолоотвала в озеро Кенон и подземные горизонты оценивается в 550 м³/ч (13200 м³/сут). Часть её перехватывается водопонизительными скважинами и возвращается в оборотный цикл гидрозолоудаления, но нередко сбрасывается напрямую в оз. Кенон. Другая часть дренируется естественным путём в долине р. Кадалинки с образованием наледи в приустьевой части, откуда попадает в озеро.

Гидрогеологический разрез территории представлен порово-пластовыми водами четвертичных и трещинно-пластовыми водами верхнеюрско-нижнемеловых пород. Первые из них залегают в содержащих дресву песчано-супесчаных отложениях, а вторые приурочены к песчаникам и трещиноватым алевролитам и аргиллитам. Уровень подземных вод вблизи золоотвала находится на глубинах 4,4-7,4 м (данные 2002 г.). На участке развита многолетняя мерзлота островного типа.

В связи с тем, что озеро используется как источник технического водоснабжения и как водоём-охладитель, его гидрохимический режим изменился. Значительное влияние на состояние озера оказывает и инфильтрация техногенных вод из золоотвала. Для поддержания уровня воды в озере производится подкачка из р. Ингоды, что также влияет на гидрохимический режим озера.

Поступающие в золоотвал воды характеризуются сульфатным магниево-кальциевым составом с величиной минерализации 0,98-1,04 г/л. Воды пруда-отстойника щелочные с величиной pH до 9,0. В водах отстойника превышены ПДК по содержанию сульфатов (520-530 мг/л) и фтора (15,1-15,8 мг/л).

Вода оз. Кенон гидрокарбонатно-сульфатная трёхкомпонентная по катионному составу с преобладанием кальция или магния, в отдельные периоды – натрия. Вода озера характеризуется повышенными содержаниями фтора (до 2,4 мг/л). Содержания сульфатов также превышают ПДК и составляют 285-304 мг/л.

Гидрозолоотвал ТЭЦ-1 оказывает определенное воздействие на гидрохимический режим озера за счет подземного стока, особенно это влияние заметно в устье р. Кадалинки. Однако следует обратить внимание и на наличие угрозы загрязнения озера в случае неконтролируемого сброса вод золошлакоовала в случае разрушения дамбы (рисунок).

В данной работе проводится расчет возможных последствий подобного сброса в отношении гидрохимического состояния озерной системы. По причине недостаточности исходной информации в расчет изначально вводилась определенная схематизация и эмпиричность. Так здесь не учитывались существующие в озере течения, предположительно брались значения по гранулометрическому составу грунтов и илов, метеорологическим условиям. Более глубокая проработка указанных вопросов входит в дальнейшие планы научно-исследовательской работы авторов.

Расчет проводился согласно стандартной методики используемой гидрометеорологической службой [3]. В таблице приведены среднемноголетние данные наблюдения за содержанием загрязняющих веществ в водах золоотвала лаборатории ТЭЦ-1 и усредненные данные о состоянии вод озера Кенон лаборатории ИПРЭК СО РАН. Расчет концентраций в контрольных створах проводился не по всем элементам представленным в таблице 1, а лишь по тем, по которым превышены ПДК и уровни высокого загрязнения воды: фтору, сульфатам и взвешенным веществам.

Рисунок. Схема расположения объектов исследования.

В результате расчета была определена зона распространения высокого загрязнения, составившая 640 м. Время добегания фронта загрязненных вод до указанного потока составит 23,7 мин. При этом, концентрации загрязнителей составят: Cmax,F^- = 0,97 мг/л, Cmax,SO₄^2- = 42,27 мг/л, Cmax,Взв.в-ва = 3,41 мг/л.

При данном методе расчета видно, что на границе расчетной зоны содержания основных загрязнителей существенно снизились. Однако необходимо учитывать, что настоящая методика предполагает распространение потока загрязненных вод фактически в идеальной, не имеющей собственного химического фона воде. В естественных же условиях разбавление происходит водами, уже имеющими определенное содержание химических компонентов, следовательно, будет происходить наложение. Расчет в программном комплексе HydroGeo32, с учетом возможных форм миграции загрязнителей дает следующие концентрации вышеуказанных компонентов раствора при смешении озерных и разбавленных сточных вод в конечном створе: F^- = 3,32 мг/л, SO₄^2- = 312,9 мг/л. К тому же, при прорыве дамбы золошлакоотвала, загрязненные воды, в результате плоскостного смыва принесут в озеро дополнительный взвешенный материал как химического, так и биогенного происхождения, что окажет дополнительное негативное влияние на гидрохимический режим и биоту водоема.

По данным ИПРЭК СО РАН, средние концентрации загрязняющих веществ в озере в районе возможного сброса достаточно высоки (таблица). Так содержания фтора превышают ПДК в 3,8 раза, сульфатов в 2,8 раза. Вследствие наложения загрязнителей содержащихся в сбросе превышения возрастут еще больше, в результате чего, ихтиофауна вынуждена будет мигрировать за пределы указанной территории. Таким образом, можно предполагать существенное расширение зоны негативного влияния сброса на водоем.

Таблица

Качественный состав возможного сверхлимитного сброса

Загрязняющие вещества	Концентрация в водах сброса, мг/л	Концентрация в водах оз. Кенон, мг/л	ПДК для рыбохозяйственных водоемов [1], мг/л	Уровень высокого загрязнения воды С_вз, мг/ла*
Фтор	15,0	2,39	0,05**	1,5
Хлориды	82,9	64,6	300,0	450,0
Сульфаты	656,2	304,0	100,0	400,0
Нитраты	2,138	0,6	40,0	–
Нитриты	0,1774	10,0	–	–
Железо	0,109	0,028	0,1	1,0
Кальций	226,7	83,67	180,0	–
Магний	62,5	29,79	40,0	120,0
Соли аммония	1,37	–	–	–
Натрий	58,4	93,23	120,0	–
Взвешенные вещества	52,9	–	0,25¹, 0,75² ***	–

Примечания: * – Р 52.24.627-2001 [2]; ** – в дополнение к фоновому содержанию фторидов, но не выше их суммарного сод-я 0,75 мг/л; *** – При сбросе возвратных (сточных) вод конкретным водопользователем, производстве работ на водном объекте и в прибрежной зоне содержание взвешенных веществ в контрольном створе (пункте) не должно увеличиваться по сравнению с естественными условиями более чем на, для категорий водопользования: 1 – высшая и первая, 2 – вторая.

В качестве рекомендаций по снижению негативного воздействия возможного сверхлимитного сброса можно предложить следующее:

1. Построить на пути предполагаемого потока загрязненных вод водозаградительные и водоулавливающие сооружения, по крайней мере, в нижнем и верхнем створах.

2. В период прорыва, максимально снизить количество планово сбрасываемых в озеро технических вод.

3. В этот же период увеличить закачку вод из р. Ингода для создания геохимического барьера на пути миграции потока загрязненных вод, ускорения перемешивания и усиления аэрации.

Озеро Кенон, помимо своего технического статуса водоема охладителя ТЭЦ-1, имеет большое рекреационное значение для населения города Читы. Являясь уникальным городским водоемом, оно требует самого пристального внимания со стороны науки, контролирующих органов и общественности.

Литература

1. Перечень рыбохозяйственных нормативов: предельно допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно безопасных уровней воздействия (ОБУВ) вредных веществ для воды водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение. – М.: Изд-во ВНИРО, 1999.

2. Р 52.24.627-2001 Методы прогностических расчетов распространения по речной сети зон высокозагрязненных вод и использования для прогнозов трассерных экспериментов, имитирующих аварийные ситуации. – Утверждены Федеральной службой России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды 31.10.2001; Зарегистрированы ЦКБ ГМП за номером Р 52.24.627-2001 от 09.11.2001.

3. Усовершенствованные методические рекомендации по оперативному прогнозированию распространения зон опасного аварийного загрязнения в водотоках и водоемах, а также уровней содержания в воде основных загрязняющих веществ. – С-Пб.: Гидрометеоиздат, 1992.

4. Экология городского водоема/ М.Ц. Итигилова, А.П. Чечель, Л.В. Замана и др. – Новосибирск: Издательство СО РАН, 1998.–- 260 с.

ГEOТЕХНОГЕНЕЗ КАК ПРОЦЕСС ГЕОЛОГО-МИНЕРАЛОГИЧЕСКОГО
ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТЕХНОГЕННЫХ МАССИВОВ

Г.А. Юргенсон

Институт природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН, Чита, Россия, yurgga@mail.ru

Blog

1. минералого-геохимические процессы в техногенных и геотехногенных ландшафтах