Состояние ландшафтных систем и их охрана в зоне белореченского химзавода

Вид материала

Подобный материал:

1 2 3 4

6. Экологическое состояние воздушного бассейна

Отбор проб воздуха в зоне влияния химзавода проводился по следующей схеме: под факелом на различном удалении от завода (500-4000 м по преобладающему направлению ветра), а также по периметру завода на расстоянии около 500 м для выявления диффузного распространения организованных и неорганизованных выбросов (рис. 2).

В процессе исследования установлено, что уровень большинства загрязняющих атмосферу веществ находится ниже предельно допустимых концентраций, так как организованные выбросы в период проведения исследований не осуществлялись. Максимальные концентрации токсичных веществ зафиксированы на расстоянии 500-1000 м от факела предприятия, что обусловлено слабым ветром и эмиссией загрязнителей от наземных источников. На расстоянии 3000-4000 м от завода из контролируемых показателей выявлены гексен, этилбензол (в концентрации до ПДК и несколько выше), а также следовые количества ортофосфорной кислоты. В период неблагоприятных метеоусловий, препятствующих рассеиванию загрязнителей (слабый ветер до 2 м/с), имеет место диффузное перераспределение загрязнителей с территории завода по всем направлениям.

При осуществлении организованных выбросов максимальные концентрации загрязняющих веществ отмечаются на расстоянии 1-3 км от факела в зависимости от скорости ветра и характера ландшафта. Во время слабого ветра (0,5 м/с), а также при наличии неорганизованных источников и при небольших выбросах завода повышенные концентрации поллютантов отмечаются по периметру предприятия на расстоянии 200-500 метров с последующим снижением по мере удаления от него.

Рис. 2. Максимальные концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе в зоне влияния завода (летний период): 1 - СО; 2 - взвешенные вещества, 3 - H₂SO₄+SO₃, 4 - H₃PO₄+P₂O_5,, 5 - ОМЧ КОЕ

Весной и летом проводились также микробиологические исследования воздуха прилегающих к БХЗ территорий. Количество микроорганизмов-аэробионтов определялось методом седиментации по Коху. Идентификация микроорганизмов в атмосферном воздухе исследуемых территорий показала наличие в пробах воздуха различных бактерий и плесневых грибов; актиномицеты не были выделены. Необходимо отметить доминирование в летний период микромицетов. Общее микробное число также выше в летний период, когда содержание в воздухе микроорганизмов возросло в 2 раза. Численность микроорганизмов в воздухе варьирует в течение дня - отмечены полуденный максимум и вечерний спад. Среди колоний, высеянных из дневных проб, отмечено большое количество по сравнению с «ночными» пробами пигментированных форм - Micrococcus и Staphylococcus.

Наиболее часто в воздухе прилегающих территорий БХЗ встречались бактерии родов Micrococcus, Bacillus. При повышении влажности воздуха увеличение численности бактерий идет быстрее, чем численности микромицетов. Наличие влаги в атмосфере сильно влияет на морфогенез грибов, степень ветвления мицелия, интенсивность споруляции, репродукции и т.д. Влажность окружающей среды имеет большое значение непосредственно для прорастания спор, минимальные значения находятся в пределах от 0,7 до 0,9 показателя активности воды, а некоторые грибы (Fusarium, Aspergillus, Cladosporium) способны прорастать и при высокой активности воды 0,90. В весенний период в микробоценозах были выделены представители родов Aspergillus, Penicillium, Trichoderma. При исследовании воздуха в летний период было отмечено доминирование темноокрашенных грибов Fuzarium, Altenaria, что, возможно, связано с защитой микромицетов от солнечной радиации.

Воздушный бассейн в зоне влияния Белореченского химзавода характеризуется разной концентрацией минеральных и органических (пыль, угарный газ, аммиак, различные группы углеводородов и т.д.) и биологических (грибы, бактерии) загрязнителей. Проведенные исследования по загрязнению воздушного бассейна территории завода обозначили существование этой проблемы и указывают на необходимость её контроля.

7. Свойства фосфогипса и перспективы его использования

Основным твердым отходом производства Белореченского химзавода является фосфогипс, представляющий собой дисперсную систему тонко размолотых частиц, распределенных в однородной среде. Важнейшими свойствами дисперсной системы являются молекулярные взаимодействия частиц, способных агрегироваться в хлопья и давать студнеобразные или твердые коагуляционные структуры. По соотношению физических структур в фосфогипсе преобладают фракции, относящиеся к физическому песку (до 80%), а долевое участие физической глины колеблется от 18 до 23%. В состав фосфогипса входит до 95% дигидрата сульфата кальция, 3-4% фосфорных соединений, 1,5% примесей (микроэлементов и тяжелых металлов). В валовом составе фосфогипса значительная часть приходится на кальций - от 25 до 30 и серу - от 21 до 24,3%; доля неразложившегося фосфата составляет до 3,8 и примесей - до 0,35%. В состав примесей фосфогипса входят титан, железо, стронций, фтор, барий, марганец, хром, лантан и церий, соотношение кальция и стронция колеблется от 75 до 85. В процессе производства для экстракции фосфорных соединений применяется серная кислота, определяющая весьма сильнокислую реакцию фосфогипса (рН около 3,0), но технологии, внедренные в последние годы на Белореченском химзаводе, позволили увеличить рН отхода до 5,5 и выше.

Коагуляционные свойства дисперсной системы фосфогипса, а также высокое содержание таких элементов, как кальций, сера, фосфор, магний, калий, цинк, марганец, медь, относящихся к макро- или микроэлементам, безусловно, представляют большой хозяйственный интерес. Например, при внесении фосфогипса в почву или при его добавлении в навоз процессы структурообразования в них заметно активируются.

В вегетационных опытах нами изучено влияние фосфогипса на содержание подвижного фосфора, нитратов и на кислотность почвенной среды. При внесении фосфогипса из расчета 5 т/га содержание подвижного фосфора по сравнению с чистой почвой повышается на 7 мг/кг почвы, заметно также повышение уровня нитратов и снижение рН почвы – от щелочной (8,2) до нейтральной (6,9). Увеличение содержания подвижного фосфора и нитратов мы связываем с коагулирующей способностью коллоидов фосфогипса и уменьшением выщелачивания питательных веществ, а снижение рН - с воздействием кислотности самого фосфогипса. С добавлением фосфогипса (5 т/га) в смеси возросло валовое содержание ванадия, железа, стронция и некоторых других элементов; повысились концентрации подвижных форм тяжелых металлов, особенно меди (на 1,7 мг/кг), кобальта (на 0,38) и свинца (на 1,0).

Определение в смешанном субстрате (2/3 почва + 1/3 фосфогипс) различных трофических групп микроорганизмов показало, что в целом добавление фосфогипса способствовало повышению активности нитрифицирующих, аммонифицирующих и аминоавтотрофных групп, а также микромицетов, сдерживало развитие процессов денитрификации азота и по сравнению с обычной технологией сокращало его потери в верхнем слое почвы примерно в 1,3-1,5 раза. Учитывая коагуляционные свойства фосфогипса, высокое содержание в нем серы, фосфорных соединений и ряда микроэлементов, а также его кислую реакцию, мы изучали возможности ускорения переработки твердого и жидкого свиного навоза, отличающегося щелочной реакцией (рН до 9,0) путем добавления 1 т фосфогипса на 10 т навоза. За 4 месяца было получено комплексное органоминеральное гранулированное удобрение с заметным содержанием в нем аммиачного и нитратного азота, а также общего фосфора.

Кислая реакция водного раствора фосфогипса и особенно наличие большого количества фосфорных соединений, наличие таких окислителей, как фтор и хлор, хотя и в небольших количествах, а также его коагулирующие свойства обусловили мацерацию верхних тканей яиц различных паразитов и их гибель за весьма короткий срок.

Были проведены также исследования по влиянию фосфогипса при добавлении в почву на прорастание семян озимой пшеницы и развитие её проростков. В субстрате с добавлением фосфогипса проростки пшеницы раньше перешли к кущению, чему, очевидно, способствовало наличие серы, микроэлементов и улучшение аэрации субстрата. Проведен также опыт по внесению фосфогипса в почву в качестве удобрения перед посевом озимой пшеницы из расчета 1,5 и 5 т/га. В вариантах с внесением фосфогипса отмечено активное формирование в верхнем слое субстрата почвенных гранул, рост проростков и более синхронное и активное кущение растений пшеницы по сравнению с контрольным вариантом. В мелкоделяночных опытах отмечено влияние фосфогипса при его внесении перед посевом подсолнечника, сахарной свеклы и кукурузы.

В 2007-2009 гг. проведены производственные испытания по влиянию фосфогипса на особенности развития и продуктивность озимой пшеницы, кукурузы и сахарной свеклы в ОАО «Заветы Ильича» Ленинградского района. Под посев кукурузы в 2008 г. внесли 3 т/га фосфогипса на участке, где в 2007 г. возделывали суданскую траву, и осенью того же года внесли по 50 т/га навоза; урожайность зерна в варианте с фосфогипсом составила 72,2, а без фосфогипса - 66,1 ц/га. Урожай корнеплодов сахарной свеклы в варианте с фосфогипсом (5 т/га) в 2008 г. составил 444,3 а без фосфогипса – 401,1 ц/га. Под посев озимой пшеницы осенью 2007 г. внесли фосфогипс и получили урожай 62,8, а без фосфогипса – 59,0 ц/га; в варианте с фосфогипсом значительно повысилось также качество зерна; аналогичные результаты получены и в 2009 г.

Предварительные опыты по использованию фосфогипса в сельском хозяйстве показали перспективность его исследования в качестве вторичного сырья для широкой мелиорации почв в условиях Кубани. Нет сомнения, что сельскохозяйственное использование фосфогипса в целях мелиорации щелочных земель, ускорения переработки отходов животноводства для получения органоминерального удобрения, возможное использование в ближайшие годы при подготовке кормов для животных, а также его применение как серокальциевого и микроэлементного удобрения, особенно для зерновых культур, весьма перспективно при углубленном изучении как почвенных составляющих ландшафтов, так и биоты, включая урожай сельскохозяйственных культур и его качество.

8. Проблемы охраны ландшафтных систем

Производство химических удобрений сопровождается выходом большой массы жидких, твердых и газообразных отходов, которые, безусловно, влияют на окружающие ландшафты, что указывает на необходимость выработки мероприятий по их сохранению. Под охраной ландшафтов мы понимаем систему экологических, экономических, технологических и административно-правовых мероприятий, которые способны обеспечить им условия выполнять формирующие и ресурсовоспроизводящие функции.

Большой проблемой охраны окружающих Белореченский химзавод ландшафтов является влияние на них различных отходов производства и в частности фосфогипса, для хранения которого заняты значительные площади ценных земель. С ростом производства масса фосфогипса нарастает. Важнейшей задачей поэтому является осуществление научно-изыскательских работ по использованию фосфогипса без нанесения вреда в других отраслях производства. В 2004 году нами начаты экспериментальные работы по использованию фосфогипса в переработке жидкого и подстилочного навоза крупного рогатого скота, свиней и птицы для получения перегноя и его обогащения микроэлементами, кальцием и серой. Полученные результаты показывают перспективность предложенного метода утилизации фосфогипса и снижения загрязнения окружающей среды азотом и тяжелыми металлами.

В связи с образованием значительных количеств различных видов заводских отходов мы предлагаем также пересмотреть нормы санитарно-защитного зонирования территории вокруг завода - в радиусе до 10 км, как для промышленной, так и жилой зон; следует также провести обновление санитарно-защитной зоны и лесных посадок газо- и пылестойкими видами растений, такими как биота, крушина, тополь, белая акация и другими, а также пересмотреть ширину и структуру лесополос. Все это необходимо осуществлять в связи с особенностями воздушных загрязнений и их потоками, с одной стороны, и с учетом процессов рассеяния в атмосфере, в водных источниках и в почве, с другой.

Рекомендации по охране растительности и животного мира в зоне действия завода, разрабатываемые нами, представляют собой комплекс мероприятий по охране лесов, лугов и пастбищ. Существенно расширяя принятые ранее, они включают следующие предложения: на лугах и пастбищах создавать и сохранять прибрежные полосы деревьев и кустарников в поймах рек, проводить посев трав в санитарно-защитной зоне и т.д.

Охрана водных ресурсов в системе ландшафтов Белореченского химзавода базируется на постоянном контроле качества воды, в том числе подземной, и уровня загрязнения донных отложений. Сохранение и развитие речных ландшафтных систем завода включает:

- облесение и закрепление берегов рек и их притоков водорегулирующими лесополосами, что будет способствовать обогащению ландшафтов энтомофагами, увеличению видового разнообразия растений, птиц, млекопитающих и других групп животных;

- прекращение распашки пойменных земель и запрещение использования санитарных зон для выпаса скота;

- запрещение сброса в речные системы сточных вод бытового и промышленного назначения без их очистки.

С учетом изложенного деятельность человека при весьма сильной трансформации природных ландшафтов будет направлена на организацию научно обоснованных систем по типу Западной Европы. Создание оптимальных культурных ландшафтов в зоне влияния Белореченского химзавода, безусловно, будет весьма важной основой комплексной системы их охраны.

ВЫВОДЫ

1. На количественном уровне с использованием современных методов и приборных систем установлено, что деятельность завода оказывает негативное влияние на все виды окружающих предприятие ландшафтов и их компоненты (атмосферу, почву, водные системы, растительность) в радиусе до 5 км, особенно его давление сказывается вблизи предприятия в пределах до 1 км и по направлению господствующих ветров - до 7,5 км; давление завода носит как прямой характер химического воздействия (загрязнение почвы, воды, донных отложений и растительности тяжелыми металлами), так и опосредованное (через усиление механизмов деградации почв, водных систем, растительных и животных сообществ).

2. Почвы окружающих Белореченский химзавод ландшафтов представлены черноземами выщелоченными, относящимися к разновидностям: глины легкие и средние, суглинки тяжелые и средние; гранулометрический состав и плотность почв существенно варьируют в пределах отдельных ландшафтов и зональных типов и не обнаруживают прямого влияния завода.

3. Содержание органического вещества в верхнем слое почв (0-20 см) варьирует от 1,3 до 5,0% с наименьшим размахом в почвах аграрной зоны (2,1-4,1%); основная часть почв относится к слабогумусным; содержание органического вещества в почвах агроландшафтов в значительной степени определяет уровень концентрации в них важнейших макро- (нитратный и аммонийный азот, фосфор, калий) и микроэлементов; снижение доли органического вещества (от 4,3 до 0,9%) коррелирует с понижением уровня питательных веществ; концентрация обменных оснований в почвах в районе завода в пахотном слое доходит до 28,5 мг-экв/100 г и до 31,3 - в подпахотном с преобладанием кальция (до 83,7 в пахотном и 90% в подпахотном слое); наибольшее влияние выбросы завода оказали на концентрацию в почве подвижного фосфора (в первой зоне его уровень повысился на 5,47, а в фоновой - всего на 1,38 мг/100 г почвы).

4. Загрязнение почв в зоне влияния завода установлено по различным направлениям и в значительной степени определяется продолжительностью и силой воздушных потоков в течение года; распределение повышенных концентраций тяжелых металлов в почвах окружающих завод ландшафтов происходит не концентрическими кругами, а по изогнутой кривой, отражающей в значительной степени продолжительность воздушных потоков в конкретных направлениях; максимальная концентрация свинца в юго-западном направлении отмечена на расстоянии до 4,0 км от завода, а в северо-восточном - всего до 1,0 км; повышение в почвах содержания подвижных форм тяжелых металлов заметно сказывается на их накоплении в надземной массе растений (например, в растениях многолетних трав содержание кадмия доходит до 0,37 мг/кг, нарастает потребление растениями цинка, свинца, кобальта, марганца и других металлов).

5. Для верхнего слоя почвы в зоне завода характерна сильная положительная корреляция (r = 0,79-0,85) между содержанием органического вещества и многими тяжелыми металлами в валовой и подвижной формах; связь между содержанием тяжелых металлов и показателями кислотности почвы и содержанием в ней физической глины выражена слабее; сильно выражена также зависимость между концентрацией подвижных элементов и их валовым содержанием; основной причиной значительного содержания тяжелых металлов в выбросах, сбросах и твердых отходах предприятия является наличие примесей этих элементов в перерабатываемом сырье (титана - свыше 1200, марганца - около 300, стронция - свыше 2550, свинца - свыше 12 мг/кг и т.д.), поэтому чем больше производство продукции, тем больше накопление всех видов отходов и концентрация в них загрязнителей.

6. Выбросы завода оказывают влияние на почвенные микробо- и зооценозы окружающих ландшафтов; высокая численность микромицетов и снижение бактериальной флоры и зоофауны в почвах в пределах до 1500 м от завода связана, видимо, с подкислением почвенного раствора в результате поступления в него газо-пылевых выбросов предприятия; наиболее продолжительные по времени северные и юго-восточные ветры оказывают сильное влияние на величину микробного пула (7 млн КОЕ/г) в почвах южного направления, а максимальный его уровень отмечен к северу от завода и достигает 420 млн КОЕ/г; в почвах окружающих завод ландшафтов преобладают бактерии Pseudomonas, Caulobacter, Bacillus и грибы – Aspergillus, Penicillium, Trichoderma, среди актиномицетов обычны Streptomyces, Nocardia, Nocardiopsis; в почвенной фауне доминируют классы Olygochaeta, Insecta, Akarina, Nematoda; отсутствие в почвенных пробах представителей таких таксонов животных, как Carabidae и Yuloidae, можно рассматривать как результат негативного влияния выбросов завода на эту группу организмов.

7. Растительность окружающих завод ландшафтов сформировалась в виде вторичных группировок и представляет собой залежи разного возраста: самым распространенным типом является лугово-залежная растительность с присутствием в составе сообществ большого количества коренных видов, что указывает на тенденцию к восстановлению естественных фитоценозов; лесная растительность сохранилась в системе защитных лесных полос и вдоль речных систем; по принадлежности к жизненным формам растения бассейна представлены преимущественно многолетними (64,3), однолетними (20,9) и двулетними (5,5%) травами; на долю деревьев и кустарников, сосредоточенных в основном в полезащитных лесонасаждениях и садах, приходится 12,3%; влияния выбросов завода на видовой состав растительности не установлено; в формировании растительного покрова принимают участие виды 49 семейств, из которых ведущими являются Asteraceae, Poaceae, Fabaceae, Lamiaceae, Malvaceae, Rosaceae; исследование флоры выявило наличие большого числа синантропных видов, что обусловлено сильной нарушенностью природных растительных сообществ и способностью многих рудералов накапливать различные поллютанты, в том числе тяжелые металлы.

8. Водные системы в зоне завода испытывают сильное давление сбросов и выбросов предприятия: заметно увеличивается содержание гидрокарбонатов кальция, магния, калия и натрия, повышается жесткость и рН воды, возрастают концентрации фенолов и тяжелых металлов, повышается химическое поглощение кислорода и снижается интенсивность окислительных процессов, сокращается видовой состав водных животных и микробного населения; донные отложения рек отличаются тесной связью глинистых частиц и тяжелых металлов, особенно их валовым содержанием; в иловых отложениях повышено содержание цинка, свинца, кадмия, кобальта, марганца, никеля, меди, ванадия, хрома, стронция; заметно возросло содержание цинка, свинца, марганца и никеля в пойменных почвах.

9. В воде и донных отложениях в зоне влияния завода встречаются представители различных видов бактериальной микрофлоры (Pseudomonas, Aquaspirillum, Caulobacter, Flavobacterium, Acetobacter, Aeromonas, Bacillus, Arthrobacter, Micrococcus и др.) и микроскопических грибов (Penicillium, Cladosporium, Aspergillus, Acremonium, Alternaria, Trichoderma); по количеству населяющих сапротрофов воду рек Пшеха и Пшиш можно отнести к полисапробной - сильно загрязненной; зоопланктон речной воды и донных отложений представлен весьма ограниченным набором водных организмов - копеподами, коловратками, кладоцерами, водяными клопами, ракообразными, моллюсками, олигохетами, личинками насекомых.

10. Воздушное пространство в зоне влияния Белореченского химзавода характеризуется динамичной концентрацией минеральных (пыль, сажа), органических (аммиак, угарный газ, углеводороды) и биологических (бактерии и грибы) загрязнителей; чаще других в атмосфере завода встречались бактерии родов Bacillus и Micrococcus; в весенний период выделены представители родов Aspergillus,Penicillium,Trichoderma, в летний сезон доминировали темноокрашенные грибы родов Alternaria и Fusarium.

11. Фосфогипс, представляющий собой дисперсную систему тонко размолотых частиц коллоидного вещества, способных агрегировать в хлопья и давать студнеобразные или твердые коагуляционные структуры, привлекает большой практический интерес, поскольку при внесении его в почву или при добавлении в навоз в них заметно активируются процессы структурообразования; в его составе преобладает физический песок, много серы (свыше 20%), кальция (до 30), неразложившихся фосфатов (до 4%) и немало микроэлементов; предварительные исследования показали целесообразность использования фосфогипса в качестве серо-фосфорно-кальциевых удобрений, а также для ускорения переработки навоза, рекультивации засоленных земель и приготовления кормов для животных.

12. Химическое производство сопровождается образованием жидких, газообразных и твердых отходов, выход которых за пределы завода оказывает влияние на окружающие ландшафты (почвы, водные системы, растения), что указывает на необходимость разработки мероприятий по их сохранению; для твердых отходов предложена система мероприятий по их широкому использованию в сельскохозяйственном производстве, для сбросов отмечается необходимость совершенствования системы очистки, для выбросов – применение современных фильтров очистки; в целом предложена комплексная система охраны ландшафтов в зоне влияния завода.

Blog

Состояние ландшафтных систем и их охрана в зоне белореченского химзавода