Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Контроль и управление качеством атмосферного воздуха 16
1.1. Загрязнение воздушной среды 16
1.1.1. Экологические аспекты загрязнения атмосферы 17
1.1.1.1. Влияние промышленных выбросов на атмосферу 17
1.1.1.2. Принципы нормирования качества приземной атмосферы 21
1.2. Контроль и управление качеством атмосферного воздуха 37
1.2.1. Атмосферные загрязнения 38
1.2.2. Размещение точек наблюдения за качеством воздуха 46
1.2.2.1. Существующие методы и принципы размещения постов наземных наблюдений - 46
1.2.2.2. Определение необходимого количества постов 47
1.2.3. Выбор контролируемых параметров для предлагаемой сети 49
1.2.4. Трансформация загрязняющих веществ в атмосфере 51
1.2.4.1. Трансформация диоксида серы 52
1.2.4.2. Трансформация оксидов азота 54
1.2.4.3. Трансформация метана 57
1.2.4.4. Трансформации оксида углерода 59
1.2.4.5. Трансформация метанола 59
1.2.4.6. Трансформация некоторых загрязняющих веществ 60
1.2.5. Контроль состояния воздуха и газовых потоков 67
1.2.5.1. Организация контроля воздуха на предприятиях 74
1.2.5.2. Химические загрязнители атмосферы 86 Выводы 92
Глава 2. Контроль и управление качеством гидросферы 93
2.1. Физико-химические особенности и качество поверхностных вод 114
2.2. Критерии оценки загрязнения водной среды 140
2.2.1. Критерии оценки воздействия отдельных веществ или факторов 140
2.2.2. Экологические интегральные критерии оценки качества вод 148
2.3. Основные аналитические методы и средства геохимического контроля за состоянием поверхностных вод 160
2.3.1. ПДК вредных веществ в водной среде * 176
2.4. Трансформация основных загрязнителей в гидросфере 193
2.5. Экологическое состояние гидросферы городской территории (на примере г. Королева Московской области) 206
2.6. Принципы формирования подсистемы натуральных наблюдений за состоянием поверхностных вод 218
Выводы 225
Глава 3. Контроль и управление качеством почвогрунтов 227
3.1. Пути поступления загрязняющих веществ в почвогрунты 231
3.1.1. Поступление атмосферных загрязнителей в почвогрунты 232
3.1.2. Поступление загрязняющих веществ в почвогрунты со сточными водами и твердыми отходами 240
3.1.3. Пути поступления радионуклидов в почвогрунты 243
3.1.4. Поступление пестицидов и других загрязнителей из минеральных удобрений 244
3.2. Загрязняющие вещества и их трансформация в почвогрунтах 246
3.2.1. Загрязнение почвогрунтов тяжелыми металлами 246
3.2.1.1. Факторы, определяющие степень загрязнения почвогрунтов 246
3.2.1.2. Принципы нормирования загрязняющих веществ в почвогрунтах 253
3.2.1.3. Химические загрязняющие вещества в почвогрунтах и их трансформация 258
3.3. Свойства, типы и эволюция системы загрязнения тяжелыми металлами городов бывшего СССР 291
3.4. Контроль и управление загрязнением почвенного покрова 301
3.4.1. Определение уровня содержания тяжелых металлов (ТМ) в почвах района 302
3.4.2. Оценка уровня загрязнения почв 307
Выводы 324
Глава 4. Особенности ведения мониторинга основных природных сред 326
4.1. Методы контроля за содержанием загрязняющих веществ в биосфере 327
4.2. Мониторинг биогеоценозов 330
4.3. Мониторинг атмосферного воздуха 333
4.4. Система мониторинга поверхностных вод 363
4.4.1. Рекомендации по снижению затрат и повышению надежности результатов натурных исследований 377
4.5. Принципы и задачи почвенного мониторинга 380
4.5.1. Контролируемые показатели и методы"почвенно-химического мониторинга 385
4.5.2. ПДК загрязняющих веществ в почвах 399
4.6. Оценка воздействия на окружающую среду 404
4.6.1 Экологическая оценка в России: возможные направления развития 434
4.6.2. Требования к порядку проведения и содержанию экологической экспертизы 438 4.6.2.1. Принципы экологической экспертизы 440
4.6.3. Требования к проведению оценки воздействия на окружающую среду 442
4.6.3.1. Положение об ОВОС 442
4.6.4. Описание окружающей среды 444
4.6.4.1. Характеристика природных условий и компонентов окружающей среды 444
Выводы 446
Глава 5. Основные виды химических загрязняющих веществ и их влияние на здоровье человека 448
5.1. Основные виды химических загрязняющих веществ 448
5.2. Влияние экологических факторов среды обитания на здоровье населения 508
5.2.1. Влияние загрязненного атмосферного воздуха 515
5.2.2. Влияние загрязнений, содержащихся в воде, на здоровье населения 523
5.2.3. Влияние негативных экологических факторов на здоровье населения г. Электроугли 527
Выводы 539
Заключение 540
Литература 542
- Принципы нормирования качества приземной атмосферы
- Физико-химические особенности и качество поверхностных вод
- Поступление загрязняющих веществ в почвогрунты со сточными водами и твердыми отходами
- Контролируемые показатели и методы"почвенно-химического мониторинга
Введение к работе
Актуальность темы. Хозяйственная деятельность человека вызывает существенные преобразования окружающей природной среды. Такая особенность характерна для городских территорий с различным состоянием экологических проблем из-за концентрации производств с большими объемами выбросов токсических загрязняющих веществ в приземную атмосферу, поверхностные и подземные воды, почвы и почвогрунты. Основные вещественно-энергетические показатели влияния на природу в городах: различные газопылевые выбросы с промышленных предприятий и ТЭС, выхлопные газы автомобилей, сточные воды и твердые отходы. Большинство из них, поступив в воздух, воды, почвогрунты, в результате физико-химических и биогеохимических процессов трансформируются, образуя новые соединения, отличающиеся по составу, растворимости, устойчивости и другим свойствам. В миграционные циклы включается огромное количество химических элементов и соединений, ранее отсутствующих в биосфере (искусственные радиоизотопы, пестициды, синтетические моющие средства и др.) или встречающиеся в ней в незначительных концентрациях (например, тяжелые металлы, хлорорганические вещества, фтористые соединения и др.).
Из преобразований природной городской среды особо следует отметить: изменение форм рельефа, в основном нивелирование (засыпание оврагов, срезание холмов и склонов водоразделов); частичное или полное уничтожение растительного покрова, почв и живых организмов, свойственных первоначальным ландшафтам; изменение типа биогеохимического круговорота элементов; развитие эрозионных процессов; изменение гидрологических и гидрогеологических условий, связанное с истощеним поверхностных и подземных вод; изменение микроклимата и образование «тепловых островов»; загрязнение воздуха, вод, почвогрунтов и растительности промышленными выбросами и стоками; рост воздействия вибрационных и электромагнитных полей; ухудшение санитарно-гигиенических условий жизни населения.
Эффективность решения задач рационального природопользования урбанизированных территорий в условиях техногенеза, управление многозвенной системой экологических показателей, включающей и характеристики здоровья населения, во многом зависит от полноты и достоверности используемой для этих целей информации о состоянии соответствующих природных и природно-антропогенных объектов.
Сосредоточение большого количества предприятий на территории Московской и близлежащих областей приводит к непомерной экологической нагрузке на биосферу, изменению и ухудшению свойств атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, почв и почвогрунтов. Для экологической оценки урбанизированных территорий в представленной работе выбран город Королев (Московская область), как эталонный объект изучения состояния города, разработки мероприятий для улучшения экологической обстановки и тиражирования результатов исследований в других муниципальных образованиях. Этим объясняется важность и актуальность представленной работы, в которой сделана попытка разработать методологию комплексной геоэкологической оценки урбанизированных территорий в условиях техногенеза.
Цель и задачи исследования. В процессе исследования была определена цель: разработать методологию геоэкологической оценки урбанизированных территорий на примере конкретных представителей (городов и других населенных пунктов) с целью выяснения качества различных частей биосферы, современных способов их анализа, увязывания состояния экологической среды с показателями здоровья населения и выдачей рекомендаций по ее улучшению.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
— проанализировать на примере конкретных городов и других населенных пунктов состояние окружающей среды и определить причины её деградации;
— разработать систему комплексной оценки различных частей биосферы;
— получить интегральные параметры, характеризующие геоэкологическое состояние компонентов урбанизированных территорий (воздуха, вод и почв) и выявить закономерности распределения в них загрязняющих веществ;
— изучить трансформацию элементов— загрязнителей окружающей среды;
— исследовать влияние различных геоэкологических факторов на уровень воздействия их на здоровье человека;
— предложить систему снижения воздействия урбанизированных территорий на окружающую среду;
— разработать научно-методические основы мониторинга основных компонентов природной среды.
В представленной работе объектом исследования являлись более 30 предприятий г.г. Королева, Электроугли, Электростали, Ногинска, Обухо-во, Старая Купавна, все населенные пункты Ногинского района Московской области, г. Рыбинска Ярославской области как участки детализации для комплексной геоэкологической оценки урбанизированных территорий. Подробно изучены все источники загрязнения. Обобщены фондовые материалы 2 тыс. предприятий по всем регионам Российской Федерации.
В качестве предмета исследования выступает разработка системы комплексной геоэкологической оценки урбанизированных территорий в условиях техногенеза, приземная атмосфера, поверхностные и подземные воды, почвы и почвогрунты, источники их загрязнения для обеспечения экологической безопасности окружающей среды и здоровья населения.
Методика исследования. В процессе комплексного анализа экологической ситуации рассматриваемых в диссертации объектов исследовались современные научно-технические методы с привлечением:
— инструментальных анализов (рентгенография, спектрофотометрия, жидкостная и газовая хроматографии, атомно-абсорбционный анализ);
— системного анализа, позволяющего провести комплексный учет различных источников техногенного воздействия на природную среду и изучения реакции среды на эти воздействия. При этом широко использовались как результаты собственных натурных исследований, так и данные фондовых источников исследуемых объектов;
— математического моделирования, позволяющего рассчитать модели рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере.
Методика опытно-экспериментальных работ включала полевые обследования, лабораторно-аналитические работы, компьютерную обработку полученных результатов. В разработке программ мониторинга природных сред использован программно-целевой метод исследования.
Материалы исследований и личный вклад автора в решение проблемы.
Работа основана на результатах фондовых и литературных источников, данных экспедиционных полевых и экспериментальных работ по комплексному изучению всех компонентов окружающей среды, источников их загрязнения, выявлении наиболее перспективных методов контроля за содержанием загрязняющих веществ, осуществлении мониторинга, проводившихся при непосредственном участии автора с 1993 г. по 2002г. на территории Московской и Ярославской областей, ряда городов бывшего СССР, особенно Российской Федерации с целью геоэкологической оценки урбанизированных территорий в условиях техногенеза, прогноза воздействия различных предприятий на окружающую среду, возможного проектирования структурной сети мониторинга.
Исследовались антропогенные воздействия на приземную атмосферу, воды, почвы и почвогрунты по зонам возможного влияния изучаемых объектов.
Всего проанализировано 9300 проб воды по 24 показателям на соответствие требованиям ГОСТ 2874-82, ГОСТ 2761-84, СП 2.1.5.1059-01 и Сан Пи 2.1.4.1074-01. Исследования водных источников, сточных вод проведены по комплексу гидрографических, гидрологических и гидрохимических показателей с использованием биоиндикационных методов.
Для изучения почвенного покрова городов и населенных пунктов отобрано 500 образцов на 10 показателей, в основном на содержание загрязняющих веществ с использованием современных методов составлений матрицы формализованных значений, показателей количеств микроэлементов и приоритетности опасных элементов.
Основные выбросы в воздушную среду выявлены от 30 предприятий городов и населенных пунктов Московской и Ярославской областей и обобщены данные для 2 тыс. предприятий Российской Федерации.
Автор принимал участие на всех этапах исследований, а именно: в планировании работ, сборе научной информации, разработке и апробации методик исследований, проведении лабораторных и опытно-промышленных испытаний, выполнении измерений, обработке результатов, вводе информации в базы данных. Робота выполнена в Государственном университете по землеустройству.
Теоретическое значение, научная новизна и практическая ценность. Теоретической базой работы является комплексный подход к изучению окружающей среды, лежащий в основе учения В. В. Докучаева, Л. С. Берга, Д. Л. Арманда, В. Н. Сукачева, Б. В. Сочавы, А. Н. Григорьева, A. Г. Исаченко, М. А. Глазовской, А. И. Перельмана, Н. С. Касимова, B. М. Чупахина, Р. М. Алексахина, В. М. Протасова, Н. В. Разумихина и др. Идеи и принципы моделирования, основы мониторинга окружающей среды разрабатывались совместно с Л. Б. Бухгалтером. Интерпретация данных основана на трудах И. П. Заруцкой, Б. И. Кочурова, Н. Ф. Гла-зовского, Д. П. Гунина, сотрудников кафедры почвоведения и экологии ГУЗа.
Научная значимость диссертации определяется развитием идей, положений, методов и методологии научного направления прикладной геоэкологии — контроля и управления качеством природных сред и комплексной геоэкологической оценки урбанизированных территорий в условиях тех-ногенеза.
Результаты работы вошли в разработку научной программы по экологическому возрождению России.
Автором разработаны и сформулированы следующие научные положения:
— впервые дана комплексная оценка сложившейся геоэкологической ситуации различных урбанизированных территорий по всем основным показателям контроля окружающей среды;
— установлены закономерности миграции, аккумуляции и трансформации загрязняющих элементов и химических соединений, поступающих от различных предприятий в атмосферу, гидросферу и педосферу;
— определены параметры качества атмосферного воздуха, вод и почв;
— установлены мероприятия по снижению антропогенного воздействия на окружающую среду в условиях техногенеза;
— изучена возможность резкого снижения выбросов загрязняющих веществ в биосферу;
— проведена геоэкологическая оценка и сделан прогноз воздействия источников загрязнения на все основные компоненты биосферы;
— проведено районирование зон опасности;
— выявлена причинно-следственная связь между состоянием различных компонентов биосферы и показателями состояния здоровья населения.
Практическая значимость диссертации определяется в первую очередь тем, что ее положения и результаты исследований развивают научные программы Государственного университета по землеустройству «Экологическое районирование Нечерноземья», «Проблемы прикладной геоэкологии», «Экологическое возрождение России», которые используются Почвенным институтом им. В. В. Докучаева, Воронежским Государственным университетом и другими институтами.
Научные разработки, приведенные в диссертации, позволяют ощутимо снизить техногенное воздействие действующих производств на окружающую среду:
— уменьшить поступление вредных веществ в биосферу;
— улучшить мониторинговые геоэкологические исследования;
— создать предпосылки для улучшения показателей здоровья населения за счет повышения качества состояния окружающей среды.
Защищаемые положения.
1. Концептуальная и методологическая геоэкологическая оценка урбанизированных территорий с точки зрения их взаимодействия с окружающей средой.
2. Совокупность данных химических, физико-химических, биологических, биоиндикационных, гидрологических, санитарно-гигиенических, медико-биологических исследований, полученных при выполнении геоэкологической оценки состояния окружающей среды урбанизированных территорий.
3. С учетом геоэкологических характеристик класса опасности, предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ в выбросах от предприятий, критериев опасности сформулирован перечень приоритетных показателей при контроле состояния атмосферного воздуха, вод и почв городских территорий.
4. Научно-методические основы организации контроля и управления качеством приземной атмосферы, поверхностных и подземных вод, поч-вогрунтов урбанизированных территорий в условиях техногенеза.
5. Обоснование структуры системы мониторинга биогеоценозов, вод и почв и выбор методов, позволяющих гарантировано получить достоверные результаты исследований урбанизированных территорий.
6. Здоровье населения как элемент отклика на параметры окружающей среды.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на Международном семинаре «Питьевая вода-99» (г. Дзержинск, 1999 г.); Международном конгрессе «Экология и здоровье человека» (г. Самара, 1999 г.); IV Конгрессе «Вода, экология и технология «Экватек-2000» (г. Москва, 2000 г.); Международном конгрессе «Expoaqua» (Lisboa, Portugal, 2002); Международной конференции «International measurement, test and control technology show» (Tokyo, Japan, 2002), Международной конференции «Environment, 2002» (Tel-Aviv, Israel, 2002). На Межрегиональной научной конференции «Проблемы экологической оптимизации землепользования и водохозяйственного строительства в бассейне р. Днепр» (Киев, 1992), на семинарах и конференциях Госуниверситета по землеустройству (Москва, ГУЗ, 1995-2002г.г.), Международной конференции «Проблема антропогенного почвообразования» (Москва, 1996-2000 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 66 работ, в том числе 8 монографий. Кроме того, большая часть материала служебного характера, выполненного по теме диссертации, изложена в 25 научных и научно-производственных отчетах.
Внедрение. Результаты работы использованы при составлении государственных докладов «Состояние окружающей среды Московской области» (1994-2000 гг.), карты загрязнения территории Московской области тяжелыми металлами, при геоэкологическом районировании Нечерноземья, разработке методологии контроля и управления средообразующими компонентами жизнеобеспечения.
Основные методические результаты, полученные в диссертации, использованы в ГУЗе при научно-методических разработках, в учебных пособиях и программах по экологии, инженерной экологии. Научно-методические основы оценки геоэкологического состояния территорий исследованных городов, концептуально-методические подходы по созданию системы геоэкологических мониторингов основных природных сред были использованы при проведении инженерно-геоэкологических изысканий, при составлении экологических паспортов, томов ПДС и ПДВ пяти предприятий Московской и Ярославской областей, при определении места размещения твердых отходов производств, при проведении работ оценки возможного воздействия эксплуатации промышленных объектов, как источников загрязнения окружающей среды.
Данные по геоэкологической оценке состояния окружающей среды, выводы и предложения по обеспечению экологической безопасности изучаемых территорий использованы при разработке программы «Научные основы экологической безопасности России». Разработанная автором программа комплексного геоэкологического мониторинга одобрена на заседаниях кафедры почвоведения и экологии, Ученого Совета Государственного университета по землеустройству.
Материалы диссертации используются в учебном процессе в Государственном университете по землеустройству, при чтении курсов «Экология», «Инженерная экология», «Агролесомелиорация», «Концепции современного естествознания», «Химия окружающей среды».
Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения; изложена на 570 страницах, включая 104 таблицы, 49 рисунков и список литературы из 286 наименований.
Благодарности. Автор благодарит своего научного консультанта по работе и наставника с аспирантских лет — доктора географических наук, профессора Л. Б. Бухгалтера. Успеху выполнения исследований способствовала атмосфера благожелательности коллектива кафедры почвоведения и экологии Государственного университета по землеустройству, с которой автора связывает одиннадцатилетняя трудовая деятельность.
Автор имел возможность обсуждать отдельные положения исследований с профессорами В. А. Ефремычевым, Б. П. Градусовым, В. М. Чупахи-ным, Л. Н. Кулешовым, ст. научн. сотр., к.т.н. 3. В. Козелкиной.
Всем упомянутым ученым автор признателен за доброжелательную критику и советы, способствующие совершенствованию научно-исследовательских работ.
Принципы нормирования качества приземной атмосферы
Дальнейшее снижение выбросов сернистого ангидрида с дымовыми газами ТЭС, расположенных в ЕТР, объясняется только Снижением выработки электроэнергии, т.к. структура топливного баланса осталась без изменений. Поэтому выбросы S02 в 1998 г. (916,6 тыс. т значительно ниже того уровня, который соответствует обязательствам отрасли по Конвенции о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния.
Выполнение Конвенции по выбросам оксидов азота, т. е. сдерживание выбросов на уровне 1987 г. (не превышение потолка выбросов), как видно из таблицы 1.11, до 1991 г. происходило в основном за счет внедрения технологических мероприятий по подавлению их образования в топках котлов. Резкое сокращение выбросов NOXt начиная с 1995 г., произошло за счет снижения выработки электроэнергии. Поэтому выбросы NOx 1998 г. (542,9 тыс. т) значительно ниже того уровня, который соответствует обязательствам отрасли по Конвенции о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния.
В последние годы выбросы оксидов серы и азота от ТЭС, расположенных на ЕТР, значительно ниже обязательств по Конвенции о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния, что также объясняется резким снижением выработки электроэнергии.
Поскольку, как показано выше, снижение выбросов NOx и 5 за последние годы произошло за счет снижения нагрузки, то увеличение выработки электроэнергии даже без изменения топливного баланса ТЭС приведет к увеличению выбросов этих загрязнителей в атмосферу.
В 1991-1992 гг. Межправительственным комитетом была разработана Рамочная Конвенция об изменении климата. Она была принята 9 мая 1992 г. Конвенция об изменении климата вступила в силу 21 марта 1994 г. На 1 сентября 1999 г. участниками Конвенции являются 166 государств, 151 из которых ратифицировало Конвенцию. В России федеральный Закон «О ратификации рамочной Конвенции ООН об изменении климата» был принят Госдумой 14 октября 1994 г., одобрен Советом Федерации 25.10.94 г. и подписан Президентом РФ 04.11.94 г. Согласно этой Конвенции, Российская Федерация взяла на себя обязательства не превышать выбросы парниковых газов относительно базового (1990 г.) уровня и представлять данные ежегодной инвентаризации выбросов в Секретариат Конвенции. Инвентаризация выбросов парниковых газов должна проводиться в соответствии с «Пересмотренными Руководящими принципами национальных инвентаризаций парниковых газов Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК)», принятой на ее Двенадцатой сессии (г. Мехико, 10 сентября 1996 г.). «Руководящие принципы» рекомендуют использование балансового метода расчета эмиссии парниковых газов для предприятий, сжигаюищх органическое топливо, с применением международных коэффициентов эмиссии парниковых газов, но отдают предпочтение национальным коэффициентам. Для расчета эмиссии углекислого газа были обоснованы и приняты следующие национальные коэффициенты эмиссии: Указанные в таблице значения коэффициента эмиссии для твердого топлива получены с учетом структуры топливного баланса отрасли и средних характеристик наиболее значимых видов топлива, данных по неполному сгоранию для различных видов угля при сжигании в котельных установках различной мощности, в том числе и в котлах малой производительности. Эти данные охватывают весь диапазон используемого в России котельного оборудования, поэтому приведенные коэффициенты должны быть рекомендованы для использования во всех отраслях промышленности для расчета эмиссии от установок, сжигающих органическое топливо. Анализ коэффициентов эмиссии СОг показывает, что при переходе ТЭС на сжигание твердого топлива вместо природного газа эмиссия углекислого газа увеличивается в 1,7 раза, таким образом, при замещении 15 млн. м3 ( 18,5 млн. т у. т. ) природного газа углем, эмиссия СО2 увеличивается приблизительно на 30 млн.т СОг в год и, при стоимости тонны предотвращаемого выброса СОг на уровне 20 долл., стоимость этого выброса составит порядка 600 млн. долл./год. Соответственно, при замещении углем 30 млн. м3 природного газа стоимость дополнительного выброса природного газа может составить 1200 млн. долл./год. Данные по эмиссии СОг от ТЭС РАО «ЕЭС России» представлены в табл. 1.13. Основной принцип нормирования загрязняющих веществ в воздухе сводится к определению следующих регламентирующих величин: — ПДКм.Рі (мг/м3) — максимальная разовая (30 мин) ПДК вредного вещества в воздухе населенных мест; — ПДКСс (мг/м ) — среднесуточная ПДК вредного вещества в воздухе населенных мест. Не должна оказывать негативного воздействия на человеческий организм в условиях круглосуточного вдыхания; — ПДКр3 (мг/м3) — ПДК вредного вещества в воздухе рабочей зоны. Эта концентрация не должна вызывать негативных изменений в организме в условиях ежедневного восьмичасового вдыхания. Рабочей зоной считается пространство высотой до 2 метров над уровнем пола и площадки, на которой находятся места постоянного и временного пребывания работающих; — ВДКрз (ОБУВ) (мг/м ) — временная допустимая концентрация (ориентировочный безопасный уровень воздействия) химического вещества в воздухе рабочей зоны (временный норматив — на 2 года).
Физико-химические особенности и качество поверхностных вод
Достаточно трудно предложить универсальный метод снижения концентрации БП в воздухе. Однако отметим мероприятия, приводящие к его резкому снижению: — переход с жидких видов топлив на газообразные позволяет уменьшить количество БП в продуктах сгорания в 10, а иногда и в сотни раз; — повышение нагрузки топливных агрегатов и доведение ее до номинальной, а также улучшение процесса сгорания при низких нагрузках с помощью подбора распыляющих устройств и вводом водяного пара снижают концентрацию 577 в 6-10 раз; увеличение коэффициента избытка воздуха в процессе горения снижает концентрацию БП с 50-70 мкг/100 м3 при а =1,01-1,05 до 5-10 мкг/100 м3 при а = 1,20. Используя весь описанный выше аппарат контроля воздушной среды была проведена комплексная оценка ряда городов и районов Московской области с точки зрения воздействия промышленности и автотранспорта на атмосферу. Ниже, на примере г. Королева Московской области, приводятся примеры экспериментальных данных, позволяющих оценить воздействие рассматриваемых объектов на окружающую среду (Хабаров, Козелкина, 1992, 1993; Хабаров, 1993,1996,2001, 2002,2003). Среди промышленных предприятий, влияющих на загрязнение г. Королева выделены следующие (рис. 1.5): 1. Научно-производственное объединение «Энергия», расположенное на четырех промышленных площадях в западной и северо-западной частях города. Через все стационарные источники (464 шт.) в атмосферу города выбрасывается 2462,0 т/год различных веществ 55 наименований. В выбросах в значительных количествах присутствуют оксиды азота и серы, различные тяжелые металлы (свинец, медь, никель, хром, цинк, ванадий) и их соединения, аммиак, бутилацетат, лакокрасочные аэрозоли и растворители, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), фенол, фреон, цианистый водород, формальдегид, кислоты (азотная, серная, соляная, уксусная, фосфорная), щелочи (в особенности гидроксид натрия) и другие химические соединения, сажа, различная пыль (с S1O2, древесная, хлопковая, стекловолокна, инертные вещества). 2. Конструкторское бюро химического машиностроения (КБ Химмаш) им. А. М. Исаева. Атмосферу загрязняют экспериментальные производства с периодическими выбросами газов с токсическими веществами и опытные производства с механическими, металлообрабатывающими и лакокрасочными участками, котельной, гальваническим отделением, аккумуляторной, термическим и литейным участками. Из 188 стационарных источников поступает 79,3 т/год загрязняющих веществ 58 наименований. Значительная доля в выбросах приходится на диоксид азота, ацетон, бензин, бутанол, бутилацетат, оксид железа, ксилол, толуол, фреоны, этанол, этилацетат, гру-бодисперсные аэрозоли (пыли с Si02, древесная, стекловолокна, сажа) и в меньшей степени на аммиак, щелочи и кислоты, диоксид титана, оксид углерода, тяжелые металлы (свинец, хром, никель, молибден и их соединения), цианистый водород, диоксид циркония, фтористый водород и др. 3. Научно-производственное объединение «Композит», включающее научно-исследовательский институт материаловедения (ЦНИИМВ) и опытные производства по созданию конструкционных материалов и покрытий для ракетно-космической техники. Расположено в юго-западной части города. Из 165 источников выбросов в атмосферу поступает 201,1 т/год загрязняющих веществ 75 наименований, в том числе и особо токсичные элементы как кадмий, ртуть, свинец. В больших количествах поступает диоксид азота, оксид углерода, аммиак, бензин, ацетон, фтористый водород, фурфуриловый спирт, этанол, сажа. 4. Научно-производственное объединение измерительной техники (НПОИТ). Вредные для человека вещества образуются при механической и гальванической обработке деталей, сварке и окраске. Выбрасывается в атмосферу 2,4 т/год загрязняющих веществ 32 наименований от 83 источников. Основные загрязнители — металлическая и абразивная пыль, толуол, ксилол, ацетон, бензин, оксиды азота и марганца, свинец, фреон, аммиак. 5. Центральный НИИ машиностроения (ЦНИИМАШ) с конструкторским бюро, научно-испытательной базой и опытным производством. Из 183 источников загрязнения выбрасывается 29,7 т/год различных веществ 19 наименований. Основные загрязнители атмосферы: оксиды азота и продукты деятельности металлообрабатывающего, сварочного, лакокрасочного и термического цехов (аммиак, ацетон, бензин, бутилацетат, оксид углерода, этанол, пыль металлическая и абразивная и др.). 6. Домостроительный комбинат ДСК-160 с автобазой, бетонно-растворным узлом и котельной (5 паровых котлов ДКВР-10-13,2 котла ДЕ-25-14,котельная ЖКО). Выбросы бетонно-растворного узла— пыль цементная, песок и гравий. Из 91 источника выбросов поступает в атмосферу 486,7 т/год веществ 29 наименований, в основном диоксид азота, ксилол, ацетон, бутанол, сольвент, диоксид серы, уайтспирит, фреон, пыль древесная и др., углеводороды, формальдегид, этанол, этилацетат, толуол, кислота соляная и др. 7. КПО «Стрела» с производством машиностроительного и металлообрабатывающего профиля, имеющего 172 стационарных источника выброса. Через эти источники в атмосферу выбрасывается 590,4 т/год веществ 31 наименования. Основные загрязнители: диоксид азота и серы, оксид углерода, в меньшей степени бутилацетат, ксилол, толуол, ацетон, бензин, этанол, уайт-спирит, бутанол, пыль металлическая и сажа. Кроме того, в выбросах содержатся и тяжелые металлы, особенно хром, ванадий. 8. Производственное объединение «Поток», расположенное около р. Клязьмы, зеленой зоны, мест отдыха и проживания населения. Из 71 стационарных источника выбрасывается 144,8 т/год веществ 32 наименований, преимущественно оксид углерода, диоксид азота, уайт-спирит, сольвент, углеводороды, грубодисперсные аэрозоли (главным образом, пыли кварца, древесная, абразивная, металлическая, войлочная), ацетон, толуол и др.
Поступление загрязняющих веществ в почвогрунты со сточными водами и твердыми отходами
Сточные воды выбрасываются в природные водные объекты. Основная часть из них либо не очищена вообще, либо плохо очищена. Ежегодно в России сбрасывается около 100 куб.м сточных вод, содержащих химические загрязнители, в том числе и тяжелые металлы. Последние находятся в сточных водах в растворимых формах, а также в нерастворимых осадках сточных вод и в виде взвесей чистых металлов.
Промышленные сточные воды делятся на поверхностные и производственные. Поверхностные воды наносят наибольший вред почвог-рунтам, так как представляют собой дождевые и талые потоки, смывающие с промышленных территорий загрязняющие вещества, скапливающиеся во дворах, на крышах и стенах производственных зданий. Именно твердые частицы (пыли) и составляют основную часть этих вод. Из сточных вод в почвогрунты попадают более тысяч тонн в год твердых веществ.Производственные воды образуются в результате использования их в технологических процессах. Количество этих вод, состав и концентрация примесей в них определяются типом предприятий, его мощностью и видом используемых технологических процессов.
Большая часть загрязнителей находится в сточных водах в растворимых формах, в виде карбонатов и оксикарбонатов, хлоридов, оксидов, сульфатов, металлоорганических соединений и др. Следует отметить еще один источник попадания загрязняющих веществ в почвогрунты: огромное количество индустриальных и особенно бытовых твердых отходов. Ежегодно в биосферу поступает более 20 млрд. тонн мусора, отходов и отбросов, 250 млн. тонн индустриальной пыли. Хранение этих отходов на воздухе, на открытых площадках способствует попаданию в почвы ощутимых количеств углерода, сероводорода, свинца и т. д. в растворимых и нерастворимых формах. Вокруг больших городов имеются десятки полигонов твердых отходов, различающихся сроками и способами складирования, размерами и составом отходов. В одном только Московском регионе таких полигонов насчитывается свыше 200. Большинство из них относится к устойчивым источникам загрязнения почвогрунтов, поверхностных и грунтовых вод, так как расположены в неблагоприятных геолого-гидрологических условиях. В городе Королеве общий пропуск сточной воды составляет в среднем около 90 тыс. м3 в сутки. Все они содержат взвешенные вещества, в состав которых входят различные химические элементы, в том числе и тяжелые металлы. В сточных водах многих предприятий определены нефтепродукты, нитраты, нитриты, цианиды, жиры, масла, амидол, геп-тил, формальдегид, диметиламин, тетраметилтетразен, сульфаты, хлориды, синтетические поверхностно-активные вещества, фенол, эфирорас-творимые и эфироизвлекаемые соединения и др. Серьезной проблемой для г. Королева, как и любого промышленного города, является удаление и утилизация промышленных и коммунально-бытовых твердых отходов (ТБО). Годовая норма накопления ТБО по городу, учитывая численность населения (191,2 тыс. чел.)— 267,7- 286,8 тыс.куб.м в год и 49,7-53,5 тыс.т/год. Из города в год вывозится примерно 186 тыс. куб. м/год ТБО (данные Королевского «Спецавтохозяйства»). Наибольшее количество бытовых отходов приходится на жи-лой фонд (152466,9 м или 82%), магазины и фирмы (9%) . Морфологический состав твердых бытовых отходов: бумага и картон, пищевые отходы, дерево, металл (черный и цветной), текстиль, кости, стекло, кожа и резина, камни, пластмасса и прочее (Хабаров, Козелкина, 1993).
Среди промышленных отходов наиболее объемны твердые отходы металлолома, древесные отходы, остатки лакокрасочных материалов и растворителей, люминисцентные лампы. Часть отходов складируется в накопители на внутрипроизводственных территориях. К ним относятся плановые отходы гальванических производств, осадки технологических растворов, лаки, краски, жиры, нефтепродукты (отработанные масла, бензины), маслобензоотходы и др. Всего на промышленных предприятиях образуется более 24000 т твердых и жидких отходов или 19,5% от израсходованного сырья и материалов, причем многие из них содержат особо токсичные и токсичные тяжелые металлы. Отходы удаляются в основном путем вывоза силами городского «Спецавтохозяйства» на свалку, д. Царево, где и сосредоточены в огромных количествах неорганические и органические загрязняющие вещества. На территории отдельных предприятий имеются накопители отходов: могильник (НПО «Энергия»), шлаконакопитель (КПО «Стрела»), накопитель текстильных отходов (фабрика «Передовая текстильщица»), крытая площадка временного складирования отходов от производства спецметалла (НПО «Композит»), маслобензо — и жироуловитель (КБ «Химмаш»), контейнер для металлолома, макулатуры, отработанной ветоши (НПО ИТ), накопитель отработанных нефтепродуктов, бытового мусора, осадков очистных сооружений («АвтоВАЗтехобслуживание»). В отходах этих предприятий содержатся различные загрязняющие вещества: АІ(ОНз), Cr(OH)3, Си(ОН)2, Fe(OH)2, Cd(OH)2, никель, свинец и др. (НПО «Энергия»), пентаксид ванадия, оксиды железа, марганца и хрома и др. (КПО «Стрела»), оксиды алюминия, кадмия, магния, диоксид селена, фториды, цирконий, никель, ртуть и др. (НПО «Композит») и т. д. Следует отметить, что масса отходов весьма значительна — 46958,6 т/год. Из них наибольшее количество приходится на металлолом (12264,5 т/год), древесные отходы (3760,9 т/год), лакокрасочные материалы и растворители, лаки, эмали, клеи, смолы и др. (3601,6 т/год).
Контролируемые показатели и методы"почвенно-химического мониторинга
Как уже отмечалось, в цели и задачи мониторинга не включаются ни вопросы исследовательской работы, ни вмешательства в протекающие природные процессы. Система мониторинга — это система наблюдений; получения информации за состоянием природной среды. Отсюда непосредственно следует, что выбираемые для мониторинга показатели должны быть, по возможности просты, а методы доступны; в том числе для сравнительно небольших лабораторий, не располагающих дорогостоящим оборудованием. Кроме того, необходимо отметить, если при контроле воздуха или вод основное внимание обращается на вредные или токсичные примеси, то при почвенном мониторинге приходится контролировать многие параметры, характеризующие систему в целом, выявлять признаки, указывающие на возникновение неблагоприятных тенденций или снижение почвенного плодородия. Рассмотрим конкретные важнейшие показатели и почвенного мониторинга.
Кислотно-основные свойства. Важнейший и, как правило, достаточный для характеристики почв показатель — это значение рН в водных или солевых вытяжках. Величина рН свидетельствует только о степени кислотности или щелочности почв, но из-за достаточно высокой буферности почв она не позволяет количественно оценить кислотность или щелочность. Возможны случаи, когда Содержание кислотных компонентов в почвах нарастает, но рН практически не изменяется. Тогда кроме рН целесообразно определить так называемую потенциальную кислотность, количество которой находят путем титрования щелочью вытяжек из почв, приготовленных на 1,0 М растворе КС1. В агрохимических лабораториях обычно ограничиваются определением рН таких вытяжек, что в известной мере позволяет судить об уровне потенциальной кислотности почв.
Для определения рН водных вытяжек используются стеклянные электроды. Навеска воздушно-сухой почвы массой 10 г, пропущенной через сито с отверстиями в 1 мм, помещается в плоскодонную колбу, приливается 25 мл дистиллированной воды (рН 6,0-6,5), взбалтывается в течение 1 часа. В приготовленную суспензию погружается комбинированный электрод или простой Я-электрод и электрод сравнения (каломельный или хлорсеребряный) и измеряется ЭДС с помощью любого подходящего рН-метра, иономера или потенциометра. Затем по градуировочному графику, предварительно построенному с помощью стандартных буферных растворов, находится значение рН. НарЯ-метрах имеется непосредственно шкала рН, настройка которой осуществляется также по стандартным растворам.
Промышленность выпускает стационарные лабораторные /?Я-метры и переносные — полевые, портативные приборы, удобные для осуществления контроля непосредственно в природной обстановке.
Оптимальный диапазон рН для растений — примерно от 5,0-5,5 до 7,0-7,5. Если кислотность увеличивается, прибегают к известкованию почв; при рН более 7,5-8,0 используются химические средства для снижения рН. Возможно прямое кислование серной кислотой, чаще используемое на содовых солонцах-солончаках, внесение гипса, сульфатов железа. Аналогично получают солевые вытяжки, используя вместо дистиллированной воды 1,0 М раствор КС1. Все остальные операции идентичны. Величины рН следует контролировать 2-3 раза в год, поскольку нежелательные сдвиги могут проявляться только в один из сезонов. По изменению окраски или плотности почернения на аэрофотоснимках можно определить размеры загрязненной территории, конфигурацию площади загрязнения, а по снижению коэффициента отражения в первом приближении оценить степень загрязнения. Например, для серо-бурых почв Апшеронского полуострова установлены следующие уровни интегральных коэффициентов отражения (СКО): В лабораторных условиях степень загрязнения определяется также непосредственно по количеству содержащихся в почвах углеводородов. Экстракцию почв, по Аммосовой, проводят гексаном в аппарате Сокстек. Затем гексан отгоняется, а количество извлеченных углеводородов определяется гравиметрически. Метод точен и быстр, но установлено, что гексан, как, впрочем, и другие растворители, не извлекает из почв полностью все углеводороды, источниками которых являются нефть и нефтепродукты. Следует отметить, что иногда, общее количество загрязняющих почвы углеводородов определяется также, как и при определении гумуса по методу Тюрина, т. е. по окисляемости. Этот метод в данном случае нельзя считать пригодным, поскольку при окислении углеводородов дихромат расходуется как на реакцию С СОг, так и на реакцию Н — НгО, таким образом результаты получаются завышенными. При мониторинге почв, загрязненных углеводородами, особое внимание уделяется определению полициклических ароматических углеводородов (ПА У) люминесцентными и газохроматографическими методами. Загрязнение почв тяжелыми металлами. Как было показано в предыдущих главах, определение степени загрязнения почв тяжелыми метал лами не представляется простой задачей. Главная причина заключается в том, что любые элементы в почвах присутствуют в форме различных соединений, только часть которых доступна растениям. Эти соединения могут трансформироваться и переходить из одних форм в другие. Поэтому для целей мониторинга выбираются в известной мере условно две или три важнейшие группы. Обычно определяется общее (валовое) содержание элементов, их лабильные, (подвижные) формы соединений, иногда отдельно определяются обменные формы и водорастворимые соединения.
Валовое содержание тяжелых металлов определяется методом эмиссионного спектрального анализа без предварительного разложения пробы почв или методами атомно-абсорбционной спектрометрии после переведения пробы почв в раствор путем сплавления или разложения кислотами.
В случае эмиссионного спектрального анализа навески почв в 5-10 г растирают в агатовой ступке до состояния пудры. И растертой пробы берется навеска около Зги прокаливается с муфельной печи при 450-500С в течение 2 ч для удаления воды и разложения органического вещества. Определяют потерю от прокаливания для пересчета результатов анализа на исходную массу почв. В ходе анализа пробы почв сжигаются в дуге переменного тока, а эмиссионные спектры регистрируются на фотопластинках. Для сжигания проб почв их набивают в канал (концентрическую выточку) нижнего электрода спектрографа; верхний электрод изготовляется в форме усеченного конуса с площадкой на торце диаметром около 1 мм. Электроды устанавливаются в держатель спектрографа; в момент включения дуги (дуговые генераторы ДГ-1, ДГ-2) рекомендуется начинать сжигание при небольшой силе тока в 3-5 А, а затем повышают ее до 18-20 А и проводится сжигание в течение 2,5-3 мин до полного испарения проб.
