Содержание к диссертации
Введение
1. Краткая физико-географическая и эколого-геохимическая характеристика г. Павлодара Павлодарской области
1.1 Общая характеристика компонентов среды г. Павлодара 11
1.2 Эколого-геохимическая характеристика г. Павлодара 14
2. Объекты и методы исследований 26
3. Геохимическая характеристика жидких атмосферных выпадений по данным изучения снегового покрова
4. Геохимическая характеристика твердых атмосферных выпадений по данным изучения снегового покрова
5. Использование геохимических данных о содержании микроэлементов в жидких и пылевых атмосферных выпадениях для районирования территории г. Павлодара
Выводы 75
Заключение 76
Список литературы 78
Приложения 87
- Общая характеристика компонентов среды г. Павлодара
- Эколого-геохимическая характеристика г. Павлодара
- Геохимическая характеристика жидких атмосферных выпадений по данным изучения снегового покрова
- Геохимическая характеристика твердых атмосферных выпадений по данным изучения снегового покрова
Введение к работе
В современном мире более половины населения планеты проживает в городах, и доля городского населения неуклонно возрастает. Города стали центрами сосредоточения населения, промышленности и обусловленного этим интенсивного загрязнения окружающей среды, которое по площади аномалии токсикантов представляет собой техногенные геохимические и биогеохимические провинции. Сами города выступают в качестве мощных источников техногенных веществ, включающихся в региональные миграционные циклы.
В этом плане особое место среди экологически неблагополучных регионов Казахстана занимает г. Павлодар - индустриально развитый, многопрофильный промышленный центр.
Поступление в атмосферу в результате производственной деятельности больших количеств различных элементов, в том числе металлов различных классов опасности, вызывает в последнее время все большую тревогу, поскольку, осаждаясь на подстилающую поверхность, они загрязняют почву, растительность, водоемы, проникают в организм человека и животных. Наиболее опасными в этом смысле являются тяжелые металлы 1 и 2 классов токсичности (свинец, кадмий, ртуть, никель, кобальт, хром, ванадий, медь и цинк, а также мышьяк, селен и сурьма).
Степень экологического воздействия тяжелых металлов на окружающую среду определяется многими факторами и, в частности, их поведением в атмосфере. Химические превращения в атмосфере могут приводить к образованию более или менее токсичных форм элементов, чем первоначально выбрасываемые, а также влиять на механизм и скорость их стока из атмосферы. Химический состав и размеры аэрозольных частиц определяют время жизни тяжелых металлов в атмосфере и, соответственно, расстояния, на которые они могут переноситься от источника выброса.
Как известно, снежный покров, обладающий высокой сорбционной способностью, представляется наиболее информативным объектом при выявлении техногенного загрязнения атмосферы. Снежный покров, если он не подвергался интенсивному таянию, фактически аккумулирует и сохраняет в себе все загрязняющие атмосферу компоненты в отличие от дождей, которые частично инфильтруют в почву и грунты, частично поступают в водоемы с поверхностным стоком, частично очищаются растительностью (в период ее активной жизни). Химический состав фильтрата талого снега формируется в результате поступления с осадками различных химических элементов, поглощения снеговым покровом газов, водорастворимых аэрозолей и взаимодействия со снеговым покровом твердых частиц, оседающих из атмосферы. При этом, если количество выпадающего со снегом твердого осадка характеризует запыленность территории, то фильтрат талого снега отражает степень загрязнения воздушного бассейна наиболее растворимыми формами элементов. Это определяет важность и необходимость проведения эколого-геохимической оценки загрязнения снежного покрова как естественного накопителя химических элементов за зимний период.
Цель данной работы - на основании результатов исследования снегового покрова дать экогеохимическую характеристику загрязнения окружающей природной среды тяжелыми металлами и микроэлементами.
Задачи исследования:
Установить основные загрязняющие компоненты снегового покрова г. Павлодара.
Установить структуры полей распределения притока химических элементов из атмосферы и степень их накопление в жидкой и твердой фазе снегового покрова.
Выявить типоморфные ассоциации химических элементов в зоне влияния выбросов предприятий различных отраслей промышленности.
4. Составить карты распределения уровня накопления химических
элементов в снеговом покрове и уровня их притока с атмосферной
пылью по данным снегового геохимического апробирования.
Научная новизна работы
Впервые оценен уровень накопления химических элементов в пылевых и жидких выпадениях на территории г. Павлодара, а также выявлена возможность получения приближенной оценки техногенной нагрузки на основе изучения микроэлементного состава твердого осадка и воды снегового покрова.
Теоретическая и практическая значимость
Изучен геохимический состав пылевых и жидких атмосферных выпадений в различных районах г. Павлодара. Откартированы ареалы загрязнения снегового покрова на территории города, пригородных зон, а также промышленных предприятий.
Карты-схемы содержания химических элементов в снеговом покрове найдут применение при эколого-биогеохимической оценке исследуемого региона.
Результаты работы использованы в учебном процессе при проведении занятий для студентов специальностей: «Экология», «Биология», «Химия и биология» по дисциплинам «Химическая экология», «Геохимия окружающей среды», «Охрана окружающей среды» Павлодарского государственного педагогического института и Семипалатинского государственного педагогического института.
Апробация и публикации
Основные положения и отдельные результаты исследований докладывались и обсуждались на I Международной научно-практической конференции «Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде» (Семипалатинск, 2000 г.), на Международной научно-практической конференции «Химия: наука, образование, промышленность. Возможности и перспективы развития» (Павлодар, 2001 г.), на научной конференции
молодых ученых, студентов и школьников «1-е Сатпаевские чтения» (Павлодар, 2001 г.), на научной конференции молодых ученых, студентов и школьников «П-е Сатпаевские чтения» (Павлодар, 2002 г.), Международной научно-практической конференции «Экология и здоровье человека» (Павлодар, 2002 г.), II Международной научно-практической конференции «Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде» (Семипалатинск, 2002 г.), Республиканской научно-практической конференции «Торайгыровские чтения» (Павлодар, 2003), III международной научной конференции молодых ученых и студентов «Актуальные вопросы современной биологии и биотехнологии» (Алматы, 2003 г.), III Международной научно-практической конференции «Тяжелые металлы, радионуклиды и элементы-биофилы в окружающей среде» (Семипалатинск, 2004 г.), на V Международной биогеохимической школе «Актуальные проблемы геохимической экологии» (Семипалатинск, 2005 г.), IV Международной научно-практической конференции «Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде» (Семипалатинск, 2006 г.), Международной научно-практической конференции «Экологическая безопасность урбанизированных территорий в условиях устойчивого развития» (Астана, 2006 г.).
По материалам диссертации опубликованы следующие статьи и тезисы:
Ажаев Г.С. Тяжелые металлы в окружающей среде / Г.С. Ажаев, Э.А. Гельдымамедова // Материалы международной начно-практической конференции «Химия: наука, образование, промышленность. Возможности и перспективы развития». - Павлодар, ПТУ, 2001. - С. 330-334.
Панин М.С. Медь в атмосферных осадках на территории г. Павлодара / М.С. Панин, Э.А. Гельдымамедова, Г.С. Ажаев // Сборник докладов международной научно-практической конференции «Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде». - Семипалатинск, 2002. С. 400-410.
Панин М.С. Оценка загрязнения цинком снегового покрова г. Павлодара / М.С. Панин, Г.С. Ажаев, Э.А. Гельдымамедова // Материалы международной научно-практической конференции «Естественно-гуманитарные науки и их роль в подготовке инженерных кадров». -Алматы, 2002. Каз. нац. технический университет им. К.И. Сатпаева. Ч.-1.
Панин М.С. Содержание меди и цинка в снеговом покрове г. Павлодара / М.С. Панин, Ж.К. Шаймарданов, Г.С. Ажаев, Э.А. Гельдымамедова// Материалы международной научно-практической конференции «Экология и здоровье человека». - Павлодар: ПГУ им. С.Торайгырова, 2002.-С. 404-407.
Панин М.С. Эколого-геохимическая характеристика атмосферных осадков города Павлодара / М.С. Панин, Г.С. Ажаев, Э.А. Гельдымамедова // Материалы международной научно-практической конференции «Тяжелые металлы, радионуклиды и элементы-биофилы в окружающей среде». -Семипалатинск, 2002.
Панин М.С. Свинец в атмосферных выпадениях г. Павлодара / М.С. Панин, Г.С. Ажаев, Э.А. Гельдымамедова // Биологические науки Казахстана, 2003. -№1.
Панин М.С. Ртутное загрязнение снежного покрова на территории г. Павлодара / М.С. Панин, Г.С. Ажаев, Э.А. Гельдымамедова // Материалы Республиканской научно-практической конференции «Торайгыровские чтения». - Павлодар, 2003.
Панин М.С. Экологическая оценка и геохимическая характеристика жидких и пылевых атмосферных выпадений на территории г. Павлодара / М.С. Панин, Г.С. Ажаев, Э.А. Гельдымамедова // Тезисы докладов третьей международной научной конференции молодых ученных и студентов «Актуальные вопросы современной биологии и биотехнологии». - Алматы, 2003.
9. Панин М.С. Загрязнение снегового покрова ртутью на территории города Павлодара / М.С. Панин, Г.С. Ажаев, Э.А. Гельдымамедова // Вестник ПТУ. Серия «Биологическая». - Павлодар, 2004. С. 61-64.
Ю.Панин М.С. Содержание свинца в снеговом покрове на территории г. Павлодара / М.С. Панин, Г.С. Ажаев // Тезисы докладов III Международной научно-практической конференции «Тяжелые металлы, радионуклиды и элементы-биофилы в окружающей среде». -Семипалатинск, 2004.
П.Панин М.С. Эколого-геохимическая оценка снежного покрова г. Павлодара / М.С. Панин, Г.С. Ажаев // Материалы V Международной биогеохимической школы «Актуальные проблемы геохимической экологии». - Семипалатинск, 2005. - С. 160-163.
П.Панин М.С. Геохимическая характеристика твердых атмосферных выпадений на территории г. Павлодара Республики Казахстан по данным изучения снегового покрова /М.С. Панин, Г.С. Ажаев //Вестник ТГУ. -Томск, 2006. -№292. - С. 163-170.
13.Ажаев Г.С. Медь, цинк, кадмий, свинец в снеговом покрове на территории г. Павлодар Республики Казахстан /Г.С. Ажаев, М.С. Панин // Ползуновский вестник. - Алтайский государственный технический университет, №4, 4.2, 2006. - С. 4-12.
14.Панин М.С. Экологическая оценка и геохимическая характеристика жидких атмосферных выпадений на территории города Павлодара / М.С. Панин, Г.С. Ажаев // Материалы международной научной конференции «Проблемы устойчивого функционирования водных и наземных экосистем». - Ростов на Дону, 2006.
15.Ажаев Г.С. Содержание кобальта в жидкой фракции снегового покрова на территории г. Павлодар // Материалы IV международной научно-практической конференции «Тяжелые металлы, радионуклиды в окружающей среде». - Семипалатинск, 2006. Т. 1. - С. 68-73.
Іб.Ажаев Г.С. Содержание марганца в снеговом покрове на территории г. Павлодар Республики Казахстан II Материалы IV международной научно-практической конференции «Тяжелые металлы, радионуклиды в окружающей среде». - Семипалатинск, 2006. Т. 1. - С. 73-78. 17.Панин М.С. Химический состав снегового покрова г. Павлодар как биоиндикатор качества атмосферного воздуха / М.С. Панин, Г.С. Ажаев // Материалы международной научно-практической конференции «Экологическая безопасность урбанизированных территорий в условиях устойчивого развития». - Астана: Изд-во ЕНУ, 2006. - С. 204-207. Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и приложения, изложенных на 115 страницах машинописного текста, иллюстрированных 23 рисунками и 38 таблицами. Список литературы содержит 88 наименований. Основные положения, выносимые на защиту
Загрязнение снегового покрова г. Павлодара носит полиметальный и мозаичный характер и определяется содержанием тяжелых металлов в выбросах промышленных предприятий, объектов теплоснабжения и автомобильного транспорта.
Пространственная распространенность микроэлементов в атмосфере города зависит от мощности источников выброса, специфики производств и направления господствующего переноса пылеаэрозолей в южном юго-западном направлениях.
Районирование территории г. Павлодара по уровню загрязнения снегового покрова позволяет выделить 4 зоны с различной степенью экологической напряженности.
Реализация результатов исследования
Полученные в результате исследования данные переданы для использования в городскую санэпидемстанцию г. Павлодара и областное территориальное управление охраны окружающей среды.
Благодарности
Автор выражает искреннюю признательность профессору, доктору биологических наук М.С. Панину за научное руководство данной работой на разных этапах ее подготовки. Автор приносит благодарность профессору, доктору биологических наук Ж.К. Шаймарданову за ценные советы и помощь в оформлении работы.
Общая характеристика компонентов среды г. Павлодара
Павлодар, город (с 1861 года), административный центр Павлодарской области (с 1938 года). Расположен на северо-востоке республики, на правом берегу реки Иртыш. Общая площадь его составляет 326882 га (0,3 тыс. км2), население - 300,0 тыс. человек [81].
Город Павлодар расположен в поясе каштановых почв, которые встречаются в основном однородными участками. Почвы сформировались в условиях засушливого климата, под сухостепной растительностью. Растительный покров представлен ковыльно-типчаковыми ассоциациями, с участием рогача песчаного, тимофеевки степной, полыни холодной. Почвообразующими породами служат незасоленные древнеаллювиальные супеси. Грунтовые воды в основном пресные, реже -слабоминерализованные, которые залегают на глубине 2,72-8,12 м и на почвообразовательный процесс влияния не оказывают [72, 81].
Почвообразующие породы по генезису и гранулометрическому составу представлены несколькими группами. До глубины 1,5-2,0 м распространены древнеаллювиальные пески, супеси и легкие суглинки. Ниже они подстилаются песчано-галечниковыми отложениями.
Гидрогеологический разрез Климат города оценивается как резко континентальный. В зимний период в течение 200 дней погода морозная (опускается ниже -25 С) при ветре менее 5 м/с. В отдельные годы отмечалось понижение температуры до -49С. Лето - жаркое, среднемесячная температура в июле 20-22С, в дневное время достигает 26-28С, при скорости ветра более 6 м/с [72, 81].
Среднегодовое количество осадков 200-300 мм, в отдельные годы до 350 мм, основное количество выпадает в летний период в виде интенсивных осадков (табл. 3). Устойчивый снежный покров держится в течение 135-145 дней. Незначительный уровень снежного покрова, максимальная высота которого не превышает 20-25 см, в сочетании с сильными морозами приводит к глубокому (до2-3 м) промерзанию почвы.
Средние повторяемости направления ветра (%) по данным Павлодарского центра гидрометеорологии
Город Павлодар - многопрофильный промышленный центр. На период исследования в городе зарегистрировано 87 промышленных предприятий. К наиболее крупным промышленным предприятиям относятся алюминиевый (ПАЗ), машиностроительный, картонно-рубероидный, химический (ПХЗ), нефтехимический (ПНХЗ), судостроительно-судоремонтный, инструментальный, тракторный (ПТЗ), резинотехнический заводы, завод металлоконструкций и электромонтажных изделий и др. (рис. 3).
Кроме того, на территории города расположены 3 ТЭЦ, более 20 котельных и 5751 единиц частного домостроения, которыми в год сжигается в общей сложности более 3,5 млн. тонн угля. В черте г. Павлодара находится свыше 60,3 тыс. садовых участков и сотни огородов частных домовладений, где сосредоточено производство овощей, картофеля, фруктово-ягодных культур.
Эколого-геохимическая характеристика г. Павлодара
Город Павлодар - многопрофильный промышленный центр. На период исследования в городе зарегистрировано 87 промышленных предприятий. К наиболее крупным промышленным предприятиям относятся алюминиевый (ПАЗ), машиностроительный, картонно-рубероидный, химический (ПХЗ), нефтехимический (ПНХЗ), судостроительно-судоремонтный, инструментальный, тракторный (ПТЗ), резинотехнический заводы, завод металлоконструкций и электромонтажных изделий и др. (рис. 3).
Кроме того, на территории города расположены 3 ТЭЦ, более 20 котельных и 5751 единиц частного домостроения, которыми в год сжигается в общей сложности более 3,5 млн. тонн угля. В черте г. Павлодара находится свыше 60,3 тыс. садовых участков и сотни огородов частных домовладений, где сосредоточено производство овощей, картофеля, фруктово-ягодных культур.
Всего 126176,66 96428,768 1 - ТЭЦ-1; 2 - ТЭЦ -3; 3 - АО Павлодарские тепловые сети; 4 - АО Севказэнергоремонт; 5 - АО Павлодарская электрораспределительная компания; 6 - АО Алюминий Казахстана; 7 - Трамвайное управление; 8 - АО Павлодартрактор; 9 - ПЗАО Вторчермет; 10 - Павлодаршина; 11 - ТЭЦ-1; 12 - Отдел железной дороги; 13 - АО Судостроитель; 14 - ОАО Павлодар Пинскадров; 15 - ПФ ТОО Кастинг; 16 - ОАО Павлодарский машиностроительный завод; 17 - Востокгазоотчистка; 18 - Предприятие водных путей; 19 - ТОО ФК Ромат; 20 - АО ЖБИ-1; 21 - ЖБИ-3; 22 -АО ПНЗ CCL; 23 - АО Картонно-рубероидный завод; 24 - Радиотелевизионный передающий центр; 25 - Швейная фабрика 8 Марта; 26 - ТОО Арго; 27 - АО Сут; 28 - АО Павлодарсоль; 29 - ОАО Павлодарский химический завод; 30 -АО Павлодармолоко; 31 - ТОО Кварц; 32 - АО Роса; 33 - Хлебобулочный комбинат; 34 - АО Медполимер; 35 - ТОО Пластфарм; 36 - ТОО Агрорезинотехника; 37 - АО Камкор; 38 - АО Иртыш-Лада; 39 - Павлодаррезинотехника; 40 -АО Энергострой; 41 - АО ОТ Автобаза спецмашин; 42 - АО Строймонтаж; 43 - КРГ Горводоканал; 44 - АО Нефтехимремонт; 45 - АО Павлодаргаз; 46 - Павлодарский завод молочных консервов; 47 - АО Тяжэкскавация-22; 48 -АО Промтехмонтаж; 49 - КП Мехколонна-59; 50 - АО Гордорстрой; 51 - ОАО Казэнергокабель. Центральные автодороги города: _ 52 - ул. Кутузова; 53 - ул. Дзержинского; 54 - ул. Торайгырова. Ш - АЗС
Рисунок 3. Схема размещения предприятий на территории г. Павлодара Суточная пылевая нагрузка в г. Павлодаре и пригороде (рис. 4) до 15 раз превышает фоновый показатель (9,75 кг/км /сут) выпадения аэрозольных частиц для равнинных континентальных территорий умеренных широт [58,63].
Схематическая карта Павлодар-Экибастузского территориально-производственного комплекса (ТПК) Южнее и юго-западнее Павлодара находятся крупные промышленные центры Павлодарской области г.г. Аксу и Экибастуз. Они располагаются на основных направлениях переноса воздушных масс и поэтому не исключена вероятность их воздействия на Павлодар.
С точки зрения территориального распределения, можно выявить два крупных промышленных узла - это Павлодар-Аксуский и Экибастузский в которых сосредоточено до 94% выпуска всей промышленной продукции. Специализация первого - электроэнергетика, химическая и нефтехимическая промышленность, черная и цветная металлургия, машиностроение. В нем производится 52% всей продукции области. Во втором - превалирует угольная промышленность и электроэнергетика.
Исследования твердых составляющих отходящих газов показал существенное различие их по химическому составу, в том числе по содержанию химических элементов. Например, в выбросах родственных по профилю предприятий Павлодарских ТЭЦ 1, 2 и Аксуской ГРЭС содержание алюминия различается в 2,5 раза(0,59 и 0,23 мг/г), меди - в 7 (0,03 и 0,004 мг/г), титана - в 60 раз (0,3 и 0,005 мг/г), свинца - в 3 раза (0,009 и 0,003 мг/г), железа - 4 раза (0,13 и 0,03 мг/г) соответственно. В зависимости от крупности частиц они оседают на различных расстояниях от источника загрязнения, а затем, в соответствии с рациональным и химическим составом могут выщелачиваться, мигрировать на значительные расстояния и, осаждаясь, концентрироваться на различных участках территории ТПК.
Весьма остро в регионе стоит проблема твердых промышленных отходов, по количеству которых Павлодарская область является одной их самых отходоемких в республике. В области на 1.01.02 г. накоплено 5097333,4 тыс. тонн отходов. Основной вклад в образование отходов вносят угольные разрезы (78-70%), теплоэлектростанции (10-12%). На 1.01.2002 года в области накоплено вскрышных пород 4776429,2 тыс. тонн, 226947,9 тыс. тонн золошлаков, 93786,5 тыс. тонн шламов и шлаков. Общее количество твердых отходов накопившихся в области приведены в таблице 11 [86,87].
В области существует 40 санкционированных накопителей отходов. В том числе на балансе предприятий - 22, на балансе местной администрации -18, из них только три можно отнести к числу отвечающим необходимым требованиям. Наиболее крупные находятся в г. Павлодаре. Сточные воды промышленных предприятий часто поступают в эти же накопители. Характеристика и производственно-территориальная принадлежность накопителей твердых отходов и сточных вод приведены в таблице 12. ВЫВОДЫ
1. Город Павлодар - многопрофильный промышленный центр. Южнее и юго-западнее Павлодара находятся крупные промышленные центры Павлодарской области г.г. Аксу и Экибастуз. Они располагаются на основных направлениях переноса воздушных масс и поэтому неисключена вероятность их воздействия на Павлодар. Вклад каждого из городов (Павлодар, Аксу и Экибастуз) по количеству выбросов в атмосферу загрязняющих веществ не одинаков (23, 36 и 41% соответственно).
Геохимическая характеристика жидких атмосферных выпадений по данным изучения снегового покрова
Среднее содержание и пределы колебаний химических элементов в водной фазе снегового покрова на территории г. Павлодара представлены в таблице 13.
По результатам анализа снегового покрова установлено, что средняя концентрация исследуемых химических элементов в водной фазе превышает фон в 3,7-60,1 раза.
Примечание: В данной таблице и таблице №23 Urn - предел колебания, X ±Sx - среднее арифметическое и его ошибка, а - среднее квадратичное отклонение, Cv - коэффициент вариаций, Кс - коэффициент концентрации.
По величине среднего содержания исследуемые химические элементы располагаются в следующем убывающем порядке: Zn94,8 Sr62;3 Mn50,0 CUi4,7 Pb3,8 Cd3,2 Ni2,8 V2!i Hg,;8 CrU4 COo,6 MOo,5 Be0,3. Среднее содержание элементов по классам токсичности в жидкой фракции снега образует следующие убывающие ряды: особо токсичные (I класс): Zn j4,r Pb3,8 Cd3.2 Hgli8 Beo,3; токсичные (II класс): Си л І Сгі Соо. Моода слаботоксичные (III класс): Sr62.3 Mn5o,o V2,i.
В снеговой воде города максимальное варьирование (Cv) характерно для кадмия (249,4%), ртути (204,0%), бериллия (172,0%); минимальное -цинка (63,4%), стронция (67,0%), марганца (73,7%). По величине среднего коэффициента вариации исследуемые элементы располагаются в следующем убывающем порядке: Cd249 Hg204 Bei72 Cui33 Pbi29 V8q,6 MoKsj Cr8,6 Ni8o.2 Co76i0 Mn73,7 Sr67t0 Zn6i,4.
Превышение максимального содержания ТМ над минимальным в водной фракции снега г. Павлодара Для рассматриваемой территории характерна мозаичность содержания химических элементов в снеговой воде вокруг стационарных техногенных источников и вдоль автотранспортных магистралей. В водной фазе снегового покрова города максимальное количество цинка превышало минимальное в 14 раз, кадмия - в 375 раз, свинца - в 180 раз, бериллия - в 49 раз, ртути - в 760 раз, меди в 200 раз, хрома - в 31 раз, кобальта - в 16 раз, молибдена - в 37 раз, никеля - в 38 раз, марганца - в 18 раз, стронция - в 18 раз, ванадия - в 25 раз (рис. 8).
В числе химических элементов, интенсивно загрязняющих город Павлодар и его окрестности (оцениваются сравнением с ПДК в воде, используемой для питьевых целей (СаНПиН 2.1.4.559-96)), хром, кадмий, бериллий, ртуть, марганец (табл. 14).
Наиболее опасными для состояния окружающей среды считаются кадмий, ртуть, свинец, цинк, кобальт, хром, медь, никель, относящиеся к I и II классам опасности. Они характеризуются высокой токсичностью, мутагенным и канцерогенным эффектами, способны к биоаккумуляции и биомагнификации. При высоких концентрациях в окружающей среде они вредно воздействуют на экосистемы, при низких некоторые из них играют важную роль в обменных процессах и жизненно необходимы для организмов в качестве микроэлементов [74].
В целом же при определении уровня загрязнения объектов окружающей природной среды с помощью ПДК не следует преувеличивать значения используемых гигиенических нормативов. Они - «не более как опорные точки для сравнительных оценок», считают П. и Ч. Ревелли [71].
Современные ГОСТы нормируют только верхний предел концентраций элементов, что не совсем правильно с экологических и биогеохимических позиций. Будущие ГОСТы должны устанавливать именно оптимальные пределы концентраций различных химических элементов. Сложности в установлении таких оптимальных концентраций определяются тем, что биохимическое действие каждого элемента зависит от того, в какой геохимической среде находится элемент и какое геохимическое окружение характерно для него [73].
Работы по совершенствованию ПДК продолжаются: для одних элементов нормативы становятся менее жесткими, для других, напротив, более жесткими.
Уровень концентрации химических элементов в водной фазе снегового покрова различных зон г. Павлодара неодинаков (табл. 15), что отражает специфику разнопрофильных производств, их неодинаковую техногенную нагрузку, степень очистки выбросов и т.д.
Содержание Hg, Be, Ni, Sr, V в водной фракции снега максимально в северной промзоне. На данной территории функционирует нефтеперерабатывающий, химический, тракторный заводы и две ТЭЦ. Средняя концентрация ртути в жидкой фазе снегового покрова северной промзоны составляет 3,3 мкг/дм , тогда как в селитебной зоне - 0,1 мкг/дм , т.е. в 39,8 раза больше. Средняя концентрация ванадия в снеговой воде северной промзоны в 2,1 раза выше его средней концентрации в центральной зоне; бериллия - в 6,1 раза; никеля - 1,7; стронция - в 2,9 раза.
Указанные зоны характеризуются высоким уровнем запыленности (табл. 16) и естественным притоком химических элементов с атмосферной пылью. Так, только алюминиевым и нефтеперерабатывающим заводами и тремя ТЭЦ города в атмосферу в 2001 году (год исследования) было выброшено 96428,768 тыс. т загрязняющих веществ (из 109,788 тыс. т в целом по городу от стационарных источников).
Наименьшие концентрации характерны для центральной зоны, что объясняется отдаленностью промышленных предприятий. Как показали исследования, средняя концентрация химических элементов в снеговой воде восточной промзоны в 0,7-15,6 раза выше концентрации этих элементов в центральной зоне. Так, содержание кадмия в снеговой воде восточной промзоны превышает таковое в центральной зоне в 15,6 раза, меди - в 6,4 раза, свинца - в 5,5 раза и т.д.
Геохимическая характеристика твердых атмосферных выпадений по данным изучения снегового покрова
Определены классы содержания химических элементов и их процент в твердой фазе снегового покрова города (табл. 30). Самый высокий класс содержания химических элементов и их процент в твердой фракции снегового покрова составляет цинк (180,1-298,0) - 31,9% проанализированных проб, соответственно кадмий ( 3,6) - 23,4%, свинец ( 150,0) - 25,5%, бериллий ( 3,05) - 25,5%, медь (91,1-180) - 25,5%, хром (30,0-59,9) - 55,4%, кобальт (31,1-45,5) - 27,7%, молибден (2,1-4,0) - 27,7%, никель (40,1-67,6) - 31,9%, марганец (145,1-300,0) - 23,4%, стронций ( 150) -38,3%, ванадий (46,7-63,3) - 31,9% проанализированных проб.
По результатам исследования нами были составлены карты-схемы распределения каждого отдельного элемента в твердой фазе снегового покрова на территории г. Павлодара, которые представлены в приложении В.
В числе химических элементов, интенсивно загрязняющих город Павлодар и его окрестности (оцениваются сравнением с ПДК в почве) медь, цинк, кадмий, свинец, никель, стронций (табл. 31). Если сравнивать максимальные концентрации элементов в твердой фракции снегового покрова г. Павлодара и крупных промышленных городов Казахстана и России (Семипалатинск, Новосибирск), то в Павлодаре по сравнению с г. Семипалатинском встречены более высокие максимальные концентрации меди, кадмия, хрома, кобальта, никеля, по сравнению с г. Новосибирском превышения отсутствуют. Это отражает специфику разнопрофильных производств.
1. Основными загрязняющими компонентами твердой фракции снегового покрова являются кадмий, бериллий, стронций, молибден.
2. Наиболее выраженные концентрации тяжелых металлов в твердой фракции снегового покрова определяются направлением господствующих ветров и расстоянием от промышленных центров.
3. Самый высокий класс содержания химических элементов и их процент в твердой фракции снегового покрова составляет цинк (180,1-298,0) - 31,9% проанализированных проб, соответственно кадмий ( 3,6) - 23,4%, свинец ( 150,0) - 25,5%, бериллий ( 3,05) - 25,5%, медь (91,1-180) - 25,5%, хром (30,0-59,9) - 55,4%, кобальт (31,1-45,5) - 27,7%, молибден (2,1-4,0) -27,7%, никель (40,1-67,6) - 31,9%, марганец (145,1-300,0) - 23,4%, стронций ( 150) - 38,3%, ванадий (46,7-63,3) - 31,9% проанализированных проб.
4. Выведенные корреляционные и регрессионные связи между химическими элементами в твердой фракции снегового покрова, показали, что существует сильная корреляционная зависимость между исследуемыми металлами. На основании результатов исследований выявлены регрессионные связи между твердой фазой и снеговой водой, почвой. Установленные соотношения позволяют определить уровни содержания химических элементов в депонирующих средах (почве, водной и твердой фракциях снега).
Согласно классификации Ю.В. Саета (табл. 32) снежный покров центральной зоны г. Павлодара относится к среднему умеренно опасному уровню загрязнения, северная и восточная промышленные зоны - к высокой опасной степени загрязнения. В среднем для водной фазы снега города Павлодара характерна ртутно-медная, медно-кадмиевая и медно-свинцовая геохимическая специализации (табл. 33).
В северной промзоне Z-образующими металлами водной фракции снегового покрова являются ртуть, медь, свинец; в восточной - медь, кадмий, свинец; в центральной - медь, свинец, никель, хром, марганец.
Поскольку в городе предприятия образуют территориально-промышленные узлы, очаги загрязнения имеют не один центр, к которому приурочено максимальное содержание в снеге того или иного элемента, а несколько центров, различающихся по составу накапливающихся элементов и по интенсивности их накопления (рис. 20).
1-я зона (Zc 256) приурочена к промплощадкам нефтехимического, химического, алюминиевого заводов и ТЭЦ-1,3, а также к территориям, непосредственно прилегающим к ним.
Среднее значение Zc в водной фракции снега составляет 521,9. Следует отметить высокие концентрации ртути в водной фазе снегового покрова, что объясняется длительным использованием ее в содовом производстве на химическом заводе. 2-я зона (Zc 128-256). Площадь загрязнения жидкой фракции снега указанной интенсивности приурочена к территории, прилегающей промплощадкам нефтехимического и химического заводов, ТЭЦ-1,3. Данные территории относятся к зонам высокой опасности. Среднее значение Zc в водной фракции снега составляет 178,6. 3-я зона (Zc 64-128). Зона умеренно опасной экологической ситуации. Загрязнения указанного уровня приурочена к озеру-накопителю Балкылдак и территории, прилегающей к алюминиевому заводу, ТЭЦ-1 и охватывающей юго-восточную часть города. Среднее значение Zc в водной фракции снега для этой зоны составляет 92,7. 4-я зона (Zc 64). Указанные концентрации характерны для внешних окраинных участков города и большей части центральной зоны, где практически отсутствуют промышленные предприятия, ТЭЦ, котельные. Среднее значение Zc в водной фракции снега составляет 33,1. Для твердой фракции снегового покрова города Павлодара характерна кадмиево-бериллиевая, кадмиево-марганцевая и цинко-бериллевая геохимиическая специализация (табл. 34). В северной промзоне Z-образующими металлами являются кадмий, бериллий, стронций; в восточной - кадмий, марганец, молибден; в центральной - кадмий, бериллий, стронций. 1-я зона (Zc 128-256) приурочена к промплощадкам нефтехимического, алюминиевого заводов и ТЭЦ-1, а также к территориям, непосредственно прилегающим к ним (рис. 21). Среднее значение Zc в твердой фракции снега для указанной зоны составляет 168. 2-я зона (Zc 64-128). Зона умеренно опасной экологической ситуации. Загрязнения указанного уровня приурочены к озеру-накопителю Балкылдак и территории, прилегающей к алюминиевому, тракторному, нефтехимическому, химическому заводам, ТЭЦ-1,2,3 и охватывающей юго-восточную часть города. Среднее значение Zc составляет 100. Рисунок 21. Карта-схема размещения суммарного коэффициента (Zc) загрязнения в твердой фракции снегового покрова на территории г. Павлодара 3-я зона (Zc 64). Указанные концентрации характерны для внешних окраинных участков города и большей части центральной зоны, где практически отсутствуют промышленные предприятия, ТЭЦ, котельные. Среднее значение Zc для указанной зоны равно 34. С учетом средней пылевой нагрузки (табл. 16) на окружающую среду города и концентрации химических элементов в снеговой воде рассчитаны показатели нагрузки элементов в водной фазе снегового покрова, т.е. определены массы загрязнителей, вьшадающих на единицу площади за единицу времени (табл. 35, рис. 22).
Похожие диссертации на Оценка экологического состояния г. Павлодара по данным геохимического изучения жидких и пылевых атмосферных выпадений
