Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обобщенная характеристика естественных геобиоценозов южной части шхерного района Ладожского озера 11
1.1 Особенности абиотических параметров геобиоценозов в естественных условиях развития и функционирования 11
1.1.1. Закономерности изменения климатических параметров 12
1.1.2. Геолого-геоморфологические особенности региона 15
1.1.3. Особенности формирования гидродинамического и гидрохимического режима поверхностных вод 24
1.1.4. Ресурсы и режим подземных вод верхней части разреза 33
1.2. Особенности гидробиоценозов и биоценозов суши прибрежной части северо-западного Приладожья 39
1.2.1. Видовое разнообразие и биопродуктивность гидробиоценозов 39
1.2.2. Видовое разнообразие биоценозов суши 41
Глава 2. Техногенно-природные комплексы и их влияние на состояние природной среды 45
2.1 Анализ физического воздействия Приозерского ЦЗ 45
2.1.1 Геомеханическое воздействие 46
2.1.2 Гидродинамическое техногенное воздействие 49
2.2 Оценка интенсивности химического загрязнения природной среды 53
2.3 Трансформация лигнинов при разбавлении сточных вод и влияние хлор-производных на состояние биоценозов 57
2.4 Демографическая ситуация и заболеваемость населения г. Приозерска в период работы целлюлозного завода 65
Глава 3. Оценка динамики восстановления абиотических условий после закрытия Приозерского целлюлозного завода 77
3.1. Изменение качества поверхностных вод 80
3.2 Техногенное химическое загрязнение почв 91
3.2.1. Оценка степени химического загрязнения естественных почв участка 93
3.2.2. Оценка уровня загрязнения техногенного почвенного покрова 96
3.3. Оценка состояния донных отложений заливов Темный и Щучий 99
3.4 Техногенное химическое загрязнение подземных вод 101
3.5. Комплексная оценка экологического состояния биотопов 106
Глава 4. Динамика восстановления естественных биоценозов после закрытия Приозерского целлюлозного завода 117
4.1 Водные и наземные экосистемы 117
4.2 Оценка риска здоровью населения г. Приозерска в зависимости от качества питьевой воды 124
4.3 Динамика состояния здоровья населения г. Приозерска после закрытия ПЦЗ 129
4.4 Прогноз изменения экологической и медико-демографической ситуаций в районе исследований 137
Заключение 145
Список использованной литературы 152
Приложения 161
- Закономерности изменения климатических параметров
- Оценка интенсивности химического загрязнения природной среды
- Оценка степени химического загрязнения естественных почв участка
- Оценка риска здоровью населения г. Приозерска в зависимости от качества питьевой воды
Введение к работе
Техногенное воздействие при строительстве и работе крупных промышленных предприятий складывается из целого ряда разнообразных по интенсивности и по направленности процессов, изменяющих параметры состояния литосферы, атмосферы, гидросферы, биосферы и ноосферы и условия взаимосвязи между ними.
Предприятия целлюлозно-бумажной промышленности (ЦБП) занимают 4 место по водоемкости после предприятий металлургической и химической отраслей промышленности и гидроэнергетики: при производстве 1 тонны целлюлозы расходу-ется 250-500 м свежей воды. Образование промышленных сточных вод происходит практически при всех технологических операциях: подготовке сырья, варке, промывке и сортировке небеленой целлюлозы, отбелке и сортировке беленой целлюлозы, выпарке отработанного щелока, его утилизации или сжигании, регенерации химикатов и очистке конденсатов.
Загрязненность сточных вод производства целлюлозы связана главным образом с попаданием в них отработанных варочных растворов-щелоков и поэтому зависит от породы перерабатываемой древесины, способа варки, выхода целлюлозной массы при варке, степени отбора щелоков на регенерацию и наличия процесса отбелки целлюлозы.
При сульфитном способе производства в водный раствор переходят моно- и олигосахариды, продукты их окисления, органические и оксикислоты, ароматические соединения, продукты дегидратации Сахаров - фурфурол, фурановые соединения, цимол, фенольные вещества, смоляные и жирные кислоты, метанол, низкомолекулярные и высокомолекулярные хлорсодержащие соединения и т.д. (рис. 1). В настоящее время из сточных вод предприятий ЦБП выделено и идентифицировано более 500 веществ и только для 55 установлены предельно допустимые концентрации.
В тоже время список дополнительных видов продукции предприятия может составлять несколько десятков наименований, включая тепло- и электроэнергию, спирт, ванилин и т.д. Ориентация на многопрофильное производство предполагает разнообразие технологических режимов и, соответственно, различные виды антропогенного воздействия на природную среду
Побочные продукты
V Углеводы, органические кислоты, этанол, метанол, фурфурол, цимол, формальдегид, лигносульфонаты, ацетон, микроорганизмы
Цеха
Загрязняющие компонен-
Древесно-
подготови-
тельный
Коросодер-жащие
Мокрый способ окорки древесины
Взвешенные
вещества
(кора),
фенолы,
лигнин,
танин,
смоляные
кислоты
Цех регенера-ции основания
Условно чистые
V Воды конденсаторов систем охлаждения, промывки
(ЬИЛЬТПОВ
Кислоты, терпеновые углеводороды, смоляные и жирные кислоты, фенолы, взвешенные вещества
Варочный Промьтной Очистной Сушильный Отбельный Выпарной
Дурнопах-нущие
Шлакг-и
золосодер-
жащие
Стоки отбельных установок
Волокносо-держащие
Щелокосо-держащие
Конденсаты сдувок, разгонка скипидара-сырца
Удаление щелоков
Обработка целлюлозной массы при промывке и сушении
V Взвешенные вещества (волокно), лигнин, глинозем
Взвешенные вещества: карбонаты, сульфаты, силикаты, алюминаты, силен, частицы огарка
V H2S, метил-меркаптан, диметил-сульфид, диметилди-сульфид, метанол, скипидар и продукты его деструкции, пи-пен, карен
Отбелка целлюлозной массы хлором
Углеводороды, органические кислоты, фурфурол, фу-рановые соединения, цимол, ацетон, фенолы, метанол, формальдегид, смоляные и жирные кислоты, лигносульфонаты
Лигнинные вещества; Хлорсодержащие вещества: хлороформ, CCL», хлорэтилены, хлорфенолы, хлорванилины, хлоркатехолы, 1,2-дихлорэтан, хлорлигнины, полихлорированные бифенилы, хлорфураны, полихлоркамфены, полихлорнафталины, диоксины, бензол и алкилбензолы, ацетон, бен-зальдегид, спирты, пинен, камфен, скипидар
Рис. 1 Схема стокообразования на целлюлозно-бумажном предприятии сульфитной варки [9]
6 Приозерский целлюлозный завод (ПЦЗ) являлся многопрофильным предпри-ятием, сбрасывавшем неочищенные сточные воды общим объемом до 180 тыс.м /сут. в водную систему залив Темный - залив Щучий - Ладожское озеро. К 1986 г. акватории заливов и прилегающая часть Ладожского озера характеризовались чрезвычайно высоким уровнем загрязнения донных отложений и вод, а влияние сточных вод распространялось до водозабора г. Ленинграда, что привело к ухудшению состояния здоровья населения. Критическая экологическая ситуация и высокие показатели заболеваемости и смертности населения г. Приозерска (в том числе детской) послужили причиной закрытия предприятия. Однако, эпизодические наблюдения за состоянием окружающей среды и здоровья населения города в последующие годы дают противоречивые результаты и не могут объяснить происходящих процессов.
Актуальность работы обусловлена отсутствием утвержденной процедуры комплексной оценки экологического состояния природных объектов и интенсивности и направленности процессов, протекающих в них, при восстановлении природной среды (ПС) после прекращения техногенного воздействия, а также ограниченным числом натурных исследований по данной тематике. Комплексный подход к данной проблеме необходим для корректного выявления и оценки значимости влияния отдельных экологических факторов и прогноза развития геоэкологической и медико-демографической ситуации в будущем.
Значимость исследований по данной теме возрастает в современных условиях резкого сокращения производства и закрытия крупных промышленных предприятий. При этом длительный период наблюдений за восстановлением экосистем после закрытия Приозерского целлюлозного завода (ПЦЗ) может рассматриваться в качестве натурной модели процессов.
Цель диссертационной работы заключается в комплексной оценке экологического состояния и параметров восстановления природно-технических систем и разработке на данной основе рекомендаций по улучшению геоэкологической обстановки.
В соответствии с поставленной целью сформулированы задачи исследований:
Выделить экологические факторы экосистем северо-западного Приладожья, определяющие естественные условия формирования биоценозов.
Определить тренды восстановления экологических факторов после остановки работы ПЦЗ.
Провести количественную оценку интенсивности техногенного воздействия ПЦЗ на природную среду.
Определить местоположение, параметры и режимы «вторичного» загрязнения ПС.
Дать прогноз экологического состояния ПС в целом и демографической ситуации в частности.
Разработать организационные, информационные и технологические рекомендации и на их основе мероприятия по восстановлению природных условий исследуемой территории.
Объектами исследования являются экосистемы Приозерского участка.
Методы исследования. Для решения поставленных задач был реализован широкий комплекс геологоразведочных, гидрологических, геоэкологических, медико-биологических, камеральных и лабораторных исследований, а также проведено символическое детерминированное и стохастическое моделирование. Общей методологической основой исследований является анализ и научное обобщение опыта работ в области контроля геоэкологического состояния окружающей среды, а также утвержденные методы оценки влияния качества ПС на здоровье населения.
На защиту выносятся следующие научные положения:
Система комплексных геоэкологических исследований, на основе режимных наблюдений (мониторинг ПС) и моделирования экосистем в диапазоне 30-40 лет, обеспечивающих корректную оценку текущего состояния ПС и динамики ее восстановления после прекращения работы промышленных предприятий.
Комплексная оценка геоэкологического состояния ПС, позволяющая выявить динамику процессов элиминирования-ремобилизации и установить механизм переотложения и концентрирования загрязняющих веществ.
Система показателей, позволяющая произвести сопоставление и анализ медико-демографической и экологической ситуации в г. Приозерске с выявлением новых, ранее не известных, трендов развития процессов в природных объектах и социуме контролируемой территории.
Научная новизна работы:
Произведена интегральная оценка состояния ПС через 15 лет после закрытия Приозерского целлюлозного завода, выявлены и оконтурены новые очаги «первичного» загрязнения, произведена количественная оценка влияния «первичных» и «вторичных» очагов загрязнения на экологическое состояние природной среды. Определена защищенность подземных вод от поверхностного загрязнения.
Произведена оценка интенсивности процессов восстановления биогеоценозов территории, включая оценку параметров гидродинамических, геомеханических, гидрохимических и биохимических процессов в экосистемах после закрытия предприятий ЦБП. Количественно определены направленность и интенсивность
поступления, переноса и трансформации химического загрязнения на отдельных участках территории, а также между подсистемами биогеоценозов и с экосистемами более высокого порядка.
Определены тренды изменения демографической ситуации в г. Приозерск после закрытия ПЦЗ, включая тренды показателей смертности от экологически зависимых и социально-обусловленных заболеваний.
Осуществлены прогнозные расчеты изменения отдельных экологических факторов (включая прогноз длительности поступления загрязнения в акваторию Ладожского озера) а также экологической обстановки и демографической ситуации в целом.
Разработаны конкретные практические рекомендации по улучшению геоэкологического состояния территории.
Практическая значимость и внедрение результатов работы. Результаты работы использовались в составлении ежегодных отчетов и составлении окончательного отчета по гранту INCO "COPERNICUS" по теме: "Risk Assessment Of Ground Water Pollution By Interaction With Surface Water Affected By Pulp And Paper Mills". Внедрение результатов работы осуществлено в Центре Госсанэпиднадзора в Приозерском районе при обосновании изменения системы мониторинга ПС, выборе приоритетных направлений медицинского мониторинга и разработке рекомендаций для администрации района по нормализации экологической ситуации. Часть результатов диссертации используется в курсе лекций по «Экологии» СЗТУ. Результаты работы могут быть использованы в качестве аналога при разработке систем мониторинга ПС в районах закрытия крупных промышленных предприятий ЦБП, использующих сульфитный метод варки.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы освещались на Международных конференциях МАНЭБ 1999, 2000, 2001 гг. в Санкт-Петербурге, Кронштадте и Котке, IX Толстихинских чтениях в СПбГТИ-ТУ, 2000 г., rV-ой Международной конференции AQUATERRA, Санкт-Петербург, 2001 г., а также на совещаниях в администрации г. Приозерска. Диссертация прошла обсуждение на заседании кафедры приборов контроля и систем экологической безопасности СЗТУ.
Работа выполнена в рамках комплексных исследований по международному гранту INCO "COPERNICUS" ERB 1С 15 GT98 0134.
Личный вклад автора:
- обоснование и расширение комплекса проектных исследований, постановка и реализация исследований.
сбор, анализ, обобщение данных, планирование и руководство натурными исследованиями в 1999-2002 гг.
составление базы данных о состоянии ПС, анализ наблюдений и оценка состояния ПС и медико-демографической обстановки по утвержденным методикам.
обоснование, построение и реализация графических, детерминированных и статистических моделей процессов.
прогноз интенсивности массопереноса загрязнения в водных объектах участка и демографической ситуации при разных вариантах развития.
анализ полученных результатов, формулировка выводов и разработка рекомендаций.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ. Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4
глав, заключения и 5 приложений. Общий объем 182 стр., включая 15 таблиц, 49 рисунков и список использованной литературы из 91 наименования.
Краткое содержание диссертационной работы.
Введение содержит постановку цели и задач исследования, обоснование актуальности темы, новизны полученных результатов и практической значимости работы. Приводятся сведения об апробации и внедрении результатов работы, а также формулируются основные положения, выносимые на защиту.
Первая глава посвящена рассмотрению основных особенностей абиотических и биотических параметров водных и наземных экосистем южной части шхерного района Ладожского озера в естественных условиях существования. Отражены основные закономерности формирования и изменения климатических параметров, гидродинамического и гидрохимического режима водоемов и подземных вод, разнообразия гидробиоценозов и биоценозов суши.
Во второй главе приводится анализ и основные виды физического и химического воздействия Приозерского ЦЗ на состояние природной среды, рассмотрен процесс трансформации лигнинов при разбавлении сточных вод, влияние загрязняющих веществ на состояние биоценозов, в том числе на состояние здоровья населения г. Приозерска в период работы целлюлозного завода.
Третья глава посвящена оценке динамики восстановления абиотических условий после закрытия ПЦЗ. Дан анализ изменения качества поверхностных и подземных вод, почв и донных отложений, выявлены основные действующие источники за-
грязнения, определены параметры их воздействия, представлена комплексная оценка экологического состояния биотопов на сегодняшний день.
В четвертой главе рассмотрена динамика восстановления водных и наземных биоценозов. Дана оценка риска здоровью населения г. Приозерска в зависимости от качества воды на городском водозаборе и характеристика изменения состояния здоровья городского населения. Представлен прогноз развития ситуации при различных сценариях развития.
В заключении представлены основные выводы и даны практические рекомендации по улучшению обстановки.
Работа выполнена при поддержке гранда INCO "Copernicus".
Закономерности изменения климатических параметров
В результате ледниковой экзарации произошло углубление северной части озерной впадины Ладожского озера и образование неравномерного и сложного рельефа его дна, во многом влияющего на существующий в озере режим течений. Многочисленные глубоко врезанные заливы северо-западного берега приобрели фиордооб-разную форму.
Периферийные части шхер в результате отступления озера, вызванного эпейро-геническим поднятием Балтийского щита и регрессией Ладожского озера, превращались сначала в вытянутые заливы (заливы Рыбный и Темный), а затем, в результате прибойной деятельности и формирования пляжа, в самостоятельные озера (озеро Дроздово).
Островной район озера, расположенный вдоль северо-западных берегов от мыса Рогатый (7.5 км на северо-запад от устья реки Вуоксы) на западе и до мыса Ристи-ниеми (Питкярантский залив) на востоке, обычно называют шхерным районом. Рельеф шхерного района отличается большим разнообразием форм и значительной пересеченностью. Высотные отметки поверхности с юго-западной части района постепенно увеличиваются к северо-востоку и к северу и возрастают от 4 м (Ладожское озеро) до 215 м (район озера Янис-Ярви). Благодаря многочисленным грядам и холмам с относительной высотой 80-100 м и резким понижениям между ними поверхность территории имеет расчлененный характер. Ориентация форм рельефа в основном северозападная, но на отдельных участках, широтная и меридиональная [28].
Залив Щучий расположен в северо-западной части Ладожского озера на юго-западной оконечности шхерного района. Он вдается в юго-западный берег залива Лехмалахти между мысом Створный и расположенным в 330 м к юго-западу от него мысом Песчаный. В центральной части входа в залив лежит низкий каменистый поросший редким кустарником остров по обе стороны от которого имеются проходы. Наиболее глубоким является восточный проход с глубинами 3-5 м. Берега залива окаймлены зарослями камыша, глубины в южной части залива менее 2 м, донные отложения представлены илом и песками. Залив укрыт от всех ветров, кроме северных и северо-северо-западных (см. рис. 3). К северу от входа в залив на расстоянии около 1,5 км расположен высокий покрытый смешенным лесом остров Бурнев.
Устье залива Рыбный находится южнее залива Щучий между мысом Рогатый и расположенным в 1,3 км западнее него мысом Створный. Залив защищен от всех ветров и только при сильных северных ветрах сюда доходит зыбь. Глубины в северной части залива более 10 м, верхняя часть донных отложений представлена в основном жидким илом, ниже - грубозернистые пески или коренные породы фундамента. В средней части залива расположено несколько островов.
Мыс Створный представляет собой возвышенность, поросшую лесом, оконечность мыса скалистая. Мыс Песчаный низкий, покрытый песком, окаймлен каменистым рифом с глубинами порядка 0,2 м вдающимся в озеро на 90 м. Оба мыса лише Ж ны растительности. Берега Ладожского озера в пределах рассматриваемой территории севернее мыса Рогатый покрыты густым смешенным лесом и кустарником, местами подступающими к береговой черте. От мыса Рогатый до мыса Ладожский берег озера возвышенный, мало изрезанный, постепенно понижается к устью реки Вуокса. Мыс Рогатый возвышенный, сложен гранитами и покрыт смешенным лесом.
К западу от участка исследований находится река Вуокса, к востоку - река Тихая. Река Вуокса впадает в Ладожское озеро в 6, 5 км к юго-востоку от мыса Рогатый. Правый берег устья реки низменный и песчаный. На левом берегу расположена промышленная площадка действующего Приозерского МДК и бывшего Приозерского ЦЗ. Берега реки «отмелые», местами каменистые, вход в реку прегражден баром. В 1,3 км к северо-западу от устья реки Вуокса расположен мыс Ладожский и водозабор г. Приозерск1. Устье реки Тихой расположено на юго-западном берегу залива Лехма-лахти в 1,5 км к северо-западу от мыса Сторожевой. В устье реки находится остров Прибрежный [82].
По особенностям геологического строения территория бассейна Ладожского озера отчетливо разделяется на две части, из которых для нас наиболее интересна северная, лежащая севернее границы Выборг - Приозерск — устье р. Видлицы - исток р. Свири и расположенная в пределах южного окончания Балтийского щита. Она сложена древними архейскими и протерозойскими кристаллическими породами, которые выходят на поверхность или находятся под маломощной толщей (от нуля до нескольких десятков метров) четвертичных отложений. Коренные кристаллические породы сильно дислоцированы и метаморфизованы [28].
Среди кристаллических пород преобладают граниты, гнейсы и кварциты кислого состава; наряду с которыми встречаются интрузии основного и ультраосновного состава. Карбонатные породы имеют ограниченное распространение и представлены доломитизированными известняками.
Связные и несвязные четвертичные отложения разнообразного генезиса мало отличаются от коренных пород по химическому составу [12] и характеризуются крайне пестрым и изменчивым минеральным составом. В пределах Балтийского щита в составе легкой фракции этих отложений преобладают кварц (65-80%), полевые
Водозаборный оголовок находится на расстоянии 1020 м от берега. пшаты (в основном плагиоклазы), слюды, а в тяжелой фракции - амфиболы, пироксе-ны и рудные минералы [83].
Акватория озера Дроздово приурочена к тектоническому грабену в архейских гранито-гнейсах, заполненному ледниковыми, озерно-ледниковыми и современными озерными отложениями четвертичного возраста. Почти повсеместно вдоль озера прослеживается современная озерная терраса шириной от 15 до 500 м, сложенная пыле-ватыми супесями и суглинками с содержанием органики до 10%. До превращения залива Темный озера Дроздово в приемник отходов ПЦЗ, южная часть залива длиной 260-300 м и шириной 120-140 м, а также непосредственно прилегающие к урезу воды участки водосбора были покрыты слаборазложившимся водонасыщенным торфом мощностью до 1 м. На дне залива залегал ил (1,1 - 2 м). По результатам электроразведки кристаллические породы фундамента расположены на отметке —40 м. Через заливы Темный и Щучий проходит ось одной из зон тектонического дробления пород (данная особенность территории позволяет предположить перетекание вод залива Темный по тектоническим разломам с непосредственной разгрузкой их в акватории Ладожского озера).
Современная озерная терраса наклонно прислонена к древней террасе Ладожского озера, сложенной песками различной крупности с примесью гравия, гальки и валунов. Мощность четвертичных отложений составляет от 2 до 20 м. Вдоль водораздела между озером Дроздово и рекой Тихой, а также озером Дроздово и Ладожским озером на поверхность выходят архейские и протерозойские кристаллические породы. Абсолютные отметки скальных выходов изменяются от 15 до 24 м. Скальные выходы ориентированы параллельно берегам озера Дроздово с юго-востока на северо-запад.
При этом геологические разрезы берегов и котловины залива Темного озера Дроздово по данным съемки, выполненной в 1987 г., существенно отличаются друг от друга (табл. 3). Следует отметить, что буровыми скважинами в районе северного и южного концов залива Темный кристаллические породы не вскрыты, глубина их залегания установлена на основе электроразведки, выполненной сотрудниками института ГИПРОБУМ в 1977 и 1984 гг.
Оценка интенсивности химического загрязнения природной среды
В-третьих, на территории расположения производственных цехов комбината, вследствие отсыпки техногенных грунтов и создания ливневой канализации, резко изменились условия питания и разгрузки подземных вод. Это вызвало перестройку водного баланса и гидродинамических условий формирования стоковой оболочки, в том числе повышение уровня подземных вод зачастую выше абсолютных отметок "пра"-рельефа, залегающих на глубине 2,0-2,5 м от современной поверхности (особенно на территории короотвала).
В-четвертых, бетонный желоб коллектора промышленных стоков не имел гидроизоляции, что на отдельных участках приводило к «дождеванию» промышленных стоков в грунтовый водоносный горизонт, вызывая его загрязнение и дополнительный подъем зеркала воды.
В-пятых, прокладка коллектора бытовых стоков города Приозерска вдоль западного берега залива Темный изменила условия фильтрации подземных вод на участке между заливами и рекой Тихой.
В результате на территории Приозерского техногенно-природного комплекса и, особенно на участке водосбора заливов Темный, Щучий и озера Дроздово, сформировались новые гидродинамические условия питания, движения и разгрузки подземных вод, обеспечивающие интенсивный перенос загрязнения в поверхностные водотоки и водоемы.
Результаты выполненного численного моделирования геофильтрации в естественных и нарушенных условиях циркуляции подземных и поверхностных вод подтвердили выводы, полученные при обработке результатов режимных наблюдений за уровнем и химическим составом поверхностных и подземных вод участка.
Химическое загрязнение природной среды происходило на всех этапах технологического цикла. Загрязнению различными соединениями и элементами подвержены все геосферы в зоне антропогенного воздействия: атмосфера, гидросфера, литосфера и биосфера. При производстве целлюлозы наиболее токсичными и объемными являются стоки, образующиеся: 1. при варке, отбелке и промывке целлюлозы; 2. в результате химической обработки трубопроводов (для предотвращения обрастания биомассой); 3. при изготовлении дрожжей; 4. в процессе производства тепловой энергии на угольных ТЭС. Оценка уровня химического загрязнения природной среды усложняется недостаточной изученностью санитарно-гигиенического воздействия на человека отдельных компонентов рассматриваемого загрязнения. В сточных водах предприятий целлюлозно-бумажной промышленности выделено и идентифицировано более 500 веществ, но только для 55 из них научно обоснованы и установлены медицинские нормы их содержания в воде (ПДК). Проблема регламентации отдельных химических соединений связана как со сложностью расшифровки и разработки методов контроля, так и с трудностями при изучении их влияния на геобиоценозы в целом и на здоровье человека в частности. На первый взгляд оценка уровня химического загрязнения водной среды При-озерским целлюлозным заводом упрощалась тем, что реальные концентрации вредных веществ в стоках предприятия достигали «ураганных» значений в связи с отсутствием очистки при очень значительном суммарном сбросе. Общее представление об уровне загрязнения воды можно получить из табл. 8, в которой указано превышение предельно допустимых концентраций (ПДК) по наиболее токсичным органическим соединениям в питьевой воде г. Приозерска во время работы целлюлозного завода. Взвешенные вещества сточных вод целлюлозно-бумажной промышленности (ЦБП) состоят в основном из волокон целлюлозы, лигнина, части огарка, сублимированной серы и известняка. Их содержание колеблется в пределах от 4 мг/дм3 (варочный и выпарной цеха) до 7000 мг/дм3 (промывочный цех). Содержание взвешенных веществ в сточных водах Приозерского ЦЗ составляло до 800 мг/дм3 [9]. Значительное количество мелкого целлюлозного волокна способствовало образованию в реке Вуоксе, а затем и в заливе Темный мощной зоны техногенных донных отложений. Легкоокисляемые органические вещества сточных вод представлены углеводами (моно- и полисахаридами), органическими кислотами (уксусной, муравьиной и др.), спиртами (этиловым, метиловым и др.), эфирами (диэтиловым эфиром, фура-ном и его производными), бензолами и оксибензолами, карбонильными соединениями и т.д. В первом приближении суммарное содержание легкоокисляемых соединений можно оценить по величине БПК5 которое в стоках Приозерского ЦЗ достигало 500 мг02/дм3. При этом до 63 % БПК5 составляли углеводы, около 13 % - органические кислоты и спирты, а на долю лигнина и других веществ приходилось менее 14%. Большое содержание легкоокисляемых органических веществ (до 190 кг/т а.с.ц.) создавало острый дефицит кислорода в водном объекте и являлось дополнительной энергетической базой для развития сапрофитной, индикаторной, потенциально-патогенной и патогенной микрофлоры. Практиковавшийся в г. Приозерске сброс промышленных и хозяйственно-бытовых стоков в один «отстойник» (залив Темный) представлял серьезную эпидемиологическую опасность. По данным экспериментов, проведенных специалистами Санитарно-гигиенического института [10, 71, 9], при разбавлении сточных вод Приозерского ЦЗ в 200 - 400 раз заметно увеличивалась жизнеспособность патогенных микроорганизмов. Так, срок выживания лактозополо-жительных кишечных палочек возрастал в 10 раз. В этих условиях самоочищение водоемов от потенциально патогенной и патогенной микрофлоры резко замедлялось.
Оценка степени химического загрязнения естественных почв участка
В связи с тем, что в районе г. Приозерск наибольшей повторяемостью характеризуются ветра юго-западных (20 %), западных (13 %) и северо-восточных (11%) направлений1, можно предположить, что большая часть поступающих в атмосферу вредных веществ от Приозерской ТЭС переносится воздушными массами на побережье Ладожского озера и территорию г. Приозерск, а загрязнение почв в точках опробования незначительно.
По результатам анализов содержания выше перечисленных элементов была выполнена оценка степени химического загрязнения почв территории [44]. Основным критерием данной оценки являются предельно допустимые концентрации (ПДК) или ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве. В настоящей работе использовались нормативы, установленные для содержания валовых форм химических веществ [29, 44, 57, 42, 58]. Определение степени загрязнения проводилось в соответствии с МУ 2.1.7.30-99 с учетом класса опасности компонента загрязнения, установленной ПДК или ОДК (ГИ 6229-91), фонового содержания данного элемента в почвах региона (Сф.) и максимального значения допустимого уровня содержания элемента (Ктах) по одному их четырех показателей вредности. В качестве региональных фоновых значений концентраций элементов-загрязнителей (Сф.) использовались содержания данных элементов в "незагрязненных" почвах Ленинградской области [Яхнин Е.Я. 1994, 58].
По рассматриваемой классификации все проанализированные пробы почв являются «слабозагрязненными» стронцием (С8г=25о+450ррт 2Сф.) и «очень сильно загрязненными» мышьяком (ПДК СА5=4( +58ррт Ктах), а содержания в них Ва и Со превышают фоновые значения. В тоже время, концентрации Cr, Pb, Си и Ni в пробах рассматриваемых почв были ниже порога обнаружения используемого метода определения.
Последние отличаются и наибольшей среднегодовой скоростью ветра (3,8 м/сек.) Оценка уровня химического загрязнения почв как индикатора неблагоприятного воздействия на здоровье населения проводилась с использованием коэффициента концентрации химического вещества (Кс), равного отношению фактического содержания определяемого вещества в почве (С;) к региональному фоновому (Сф.) и суммарного показателя загрязнения (Zc) [44]. Суммарный показатель загрязнения соответствует сумме коэффициентов концентраций химических элементов-загрязнителей и выражается формулой: где: n - число определяемых суммируемых веществ; Кс; - коэффициент концентрации і-го компонента загрязнения. Суммарные показатели загрязнения были рассчитаны по данным о содержании в почвах Со, Zn, As, Sr, V и Ва. Полученные показатели также свидетельствуют о снижении общего техногенного химического загрязнения почв при удалении от ПЦЗ (см. рис.26). По используемой классификации загрязнение опробованных почв может быть охарактеризовано «допустимое» (Zc= 10,7- 12.8), т.е. не опасное для человека. Таким образом, методика оценки состояния почв с использованием суммарных показателей загрязнения дает менее жесткие результаты. Занижение получаемых категорий загрязнения почв связано с принятым в методике предположением о том, что эффект суммарного воздействия элементов-загрязнителей всегда меньше суммы воздействий данных элементов (см. формулу), что является верным далеко не для всех веществ. Согласно Методическим рекомендациям по выявлению деградированных и загрязненных земель, утвержденным Минприроды РФ [42], по содержанию Ва все рассматриваемые пробы соответствуют 4 уровню загрязнения - «высокое загрязнение» ( 400 ррт). По содержанию мышьяка пробы почв точек №2-ь4 относятся к 5 уровню - «очень высокое загрязнение», а точек №1,5-5-7 - к 4-ому. Концентрации остальных элементов в рассмотренных пробах по данной классификации являются «допустимыми», а содержание стронция не анализируется. 3.2.2. Оценка уровня загрязнения техногенного почвенного покрова За 15 лет прошедших после остановки ПЦЗ и прекращения сбросов на территорию золонакопителя ТЭС (см. рис. 25), на поверхности золы образовался плодородный слой, покрытый молодой порослью деревьев (береза, ель, осина), кустарников и трав - здесь сформировалась «техногенная» почва. В период с 1998 по 2001 гг. было выполнено 2 определения содержания тяжелых и цветных металлов (Ті, V, Сг, Mn, Fe, Со, Ni, Си, Zn, Ga, As, Pb, Rb, Sr и Ва) в пробах золошлакового материала (см. приложение 4). Сравнение полученных результатов с установленными ПДК (ОДК) химических элементов в почве в соответствии с МУ 2.1.7.30-99 [44] позволяет оценить степень загрязнения «техногенной» почвы данного объекта. Отложения золоотвала ТЭС являются: «очень сильно» загрязненными Zn (20ДК), Pb (2ПДК) и As (25ПДК); «сильно» загрязненными Со (8 фоновых содержаний), Ni (40ДК) и V (1ПДК); отмечается превышение фонового содержания Sr в 7 раз и Ва в 4 раза. По методике Минприроды РФ [42] отложения золоотвала соответствуют «высокому» уровню загрязнения по содержанию Ва, «среднему» по As и «низкому» уровню загрязнения по содержанию Со, Ni, Zn, V, Pb. Содержание других выявленных элементов в пробах золошлакового материала является «допустимым». На мысу Маячный (территория бывшего Приозерского ЦЗ) находятся 2 отвала древесных отходов комбината площадью около 112000 м2 и 22000 м2 и высотой 20 и 15 м соответственно, непрерывно горящих в течение последних лет (см. рис. 25). Образовывающаяся при сгорании коры зола свободно переносится ветром на прилегающие территории. Для оценки опасности загрязнения земель были выполнены анализы коры и золы короотвалов ПЦЗ (см. приложение 4). Кора короотвалов ПЦЗ по МУ 2.1.7.30-99 характеризуется «очень сильным» загрязнением As (124ppm) и Zn (63ppm) и «слабым» загрязнением Сг ( 2Сф.) и Ва (выше фона в 4 раза) (см. рис. 27). Согласно методике Минприроды РФ содержание в коре As соответствует «очень высокому уровню» загрязнения, Ва — «высокому уровню», а Сг и Zn - «низкому уровню» загрязнения.
Согласно МУ 2.1.7.30-99, зола короотвалов ПЦЗ оценена как «очень сильно» загрязненная Mn (8200ppm), Zn (2100ррт), As (21 ррт); «сильно» загрязненная» медью (80ррт) и «слабо» загрязненная Со (4 фоновых содержания), Sr и Ва (превышение фоновых значений в 9 и 6 раза соответственно). По второй используемой методике зола, образующаяся после сгорания коры короотвалов, характеризуется 4 уровнем загрязнения - «высокое» по содержанию Ва и Zn и 2 уровнем - «низкое загрязнение» - по содержанию Си, Со, As.
Уровень химического загрязнения отложений золоотвала городской ТЭС и коры короотвалов ПЦЗ, оцененный с использованием суммарного показателя загрязнения, соответствует «умеренно опасной» категории загрязнения (Zc=22 и 26 соответственно). Уровень химического загрязнения золы, образующейся в процессе горения короотвалов, соответствует «опасной» категории (Zc=49), способной вызывать увеличение общей заболеваемости, числа часто болеющих детей, детей с хроническими заболеваниями, нарушениями состояния сердечно-сосудистой системы. Подобное изменение категории загрязнения связано с обогащением золы в процессе горения рядом элементов (Со, Ni, Си, Sr, Ва, Zn, Мп), однако, в тоже время происходит разубо-живание содержания V, As и Сг (см. рис. 27).
Оценка риска здоровью населения г. Приозерска в зависимости от качества питьевой воды
В первый период (1987-1991 гт.) условия среды были вполне благоприятны для развития зоопланктона. В водоеме сформировалось сообщество, характерное для эв-трофных мезосапробных водоемов с очень высокими количественными показателями (см. рис. 33) и к концу периода со сбалансированным соотношением основных таксономических групп: 65, 17, 18% по численности и 60, 24, 16% по биомассе соответственно Rotatoria (коловратки), Cladocera (ветвистоусые), Copepoda (веслоногие). В 1989 г. зоопланктон характеризовался интенсивным развитием мелких коловраток, в последующие годы значительно увеличилась доля ракообразных.
Второй период (1992-94 гг.) характеризовался гибелью зоопланктона, связанной, по-видимому, с интенсивным началом работы перепрофилированного предприятия. Возможно, гибель сообщества вызвана высокими наблюденными концентрациями 3,4-бензопирена в донных отложениях - 936 мг/кг, что в сотни и тысячи раз выше, чем других районах Ладожского озера. К 1994 г. численность и биомасса по сравнению с 1991 г. уменьшилась соответственно в 124 и 132 раза.
В третий период (с 1995 г.) экологическая ситуация в водной толще залива начала улучшаться, что привело к вторичному формированию сообщества с заметными позитивными изменениями его структуры и увеличению количественных показателей. В 100 раз по сравнению с 1994 г. возросла численность за счет интенсивного развития мелких коловраток, что было характерной чертой и для начального периода формирования сообщества. В 1997 г. показатели численности и биомассы увеличились соответственно в 286 и 48 раз за счет развития Asplanchna pnodonta и в меньшей степени ракообразных.
После закрытия комбината начинали восстанавливаться и биоценозы бентоса. В 1987 и 1988 гг. отмечены единичные экземпляры Chironomus plumosus (индекс видового разнообразия (ИВР) пока равен 0), довольно часто встречаются экземпляры с отчетливыми деформациями ротового аппарата, что свидетельствует о наличии токсикантов в среде обитания. В 1989 г. на дне в центре залива Щучьего обитало уже два вида хирономид Ch.plumosus и Procladius nigriventris - ИВР= 0,37. В 1991 г. отмечены 3 вида хирономид и 1 вид олигохет (ИВР=1,78); в 1992 г. - 8 видов хирономид , 1 вид олигохет, 1 вид амфипод (ИВР=2,61). Далее в биоценозе уже встречались моллюски и другие группы животных. В 1992-1994 гт. численность и биомасса бентоса еще не велики, так как остаточное количество токсикантов в донных отложениях препятствует обильному развитию макрозообентоса. Начиная с 1995 г., высокие биомассы бентоса в центре залива (1995 г. - 9,26 г/м2; 1996 г. -25г/м2; 1997 г. - 30,8г/м2) дают право характеризовать залив Щучий как эвтрофный по количественному развитию макрозообентоса.
У дамбы на черном илу с запахом сероводорода первые беспозвоночные (Chironomus plumosus) появились в единичных экземплярах лишь в 1989 г. В 1990г. численность этого вида достигла 2440 экз/м , а биомасса 10 г/м . Это была еще чистая популяция Ch. Plumosus, другие виды здесь не обитали. В 1991 г. добавился Procladius и в 1992 г. - Limnodrilus claparedeanus, 8 видов хирономид и Gmelinoides fasciatus. Be-личина биомассы бентоса (18,3г/м ), как и его видовой состав, указывают на высокий трофический статус этой части водоема. Особенно высокие биомассы бентоса на-блюдались у дамбы в 1996 г. - 42,3 г/м (84,9% биомассы составляли хирономиды). Проба, взятая за дамбой, была очень богатой, по-видимому за счет поступления туда бытовых стоков г. Приозерска, общая численность организмов превышала 25000 экз/м , а биомасса - 122 г/м , обитали там представители бета-мезосапробной и поли-сапробной зон.
На станции у выхода в озеро на мелком промытом песке биомассы бентоса бы-ли гораздо ниже: за 1994-98 гг. они изменялись от 160 до 5000 экз/м и от 0,41 до 5,46 г/м2, видовой состав биоценоза разнообразен и характеризует эту часть водоема как мезотрофную. Здесь отмечены олигохеты, хирономиды, амфиподы, моллюски и нематоды [36, 60].
На илах между заливом Щучий и о. Бурнев до 1987 г. включительно беспозвоночные на дне не были отмечены. Черный маслянистый слой покрывал дно всей Щучьей впадины. Только через два года после прекращения стоков здесь были найдены олигохеты и хирономиды, характерные для сс-мезосапробной зоны. В дальнейшем обогащение биоценоза происходило сравнительно быстро. В 1989 г. здесь обитали олигохеты, хирономиды и амфиподы (Monoporeia). В 1995 г. впервые за 20 лет на рассматриваемом участке озера обнаружен Relictocanthus lacustris Sars, что говорит о смене экологической обстановки в этом районе озера. Сформировалась фауна, характерная для мезотрофных вод. Параллельно росли и количественные показатели макробентоса [73].
Результаты санитарно-бактериологических исследований 1989 г. [71] показали, что содержание энтерококков в пробах воды залива Щучьего в летний период составляло 230 кл./дм3, лактозоположительных кишечных палочек (ЛПКП) 230 тыс.кол./дм , что соответствует III классу качества вод ("высокая степень загрязнения") по СанПиН-4630-88 [67]. Число сапрофитных бактерий изменялось в пределах 10-100 тыс.кл./мл, что соответствует 4-5 классам классификатора качества Росгидромета [64] - "загрязненные" и "грязные" воды а-мезосапробной - полисапробной зоны.
В осенне-зимний период содержание энтерококков в воде залива Щучий и на выходе в Ладожское озеро изменялось не значительно. Количество ЛПКП и сапрофитов сокращалось и соответствовало "умеренно загрязненным" и "загрязненным" водам. В донных отложениях количество бактериальной микрофлоры было выше, чем в водных пробах и также снижалось в осенне-зимний период.
В процессе исследований Щучьей впадины в 1990 г. были обнаружены суль-фатвосстанавливающие и водородпродуцирующие бактерии, характеризующие наличие восстановительных процессов и большого количества органических соединений и указывающие на наличие техногенного загрязнения (углекислой органикой, целлюлозой, клетчаткой). Выявлены целлюлозоразлагающие и денитрифицирующие гетеро-трофы, которые характеризуют накопление металлов и их комплексов и развитие восстановительных процессов в аэробных условиях [23].
