ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2014, № 3, с. 224-232
ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ
УДК 504.61:669.71
ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ПОЧВ В ЗОНЕ ДЕЙСТВИЯ АЛЮМИНИЕВОГО ЗАВОДА
© 2014 г. Н. В. Головных, В. А. Бычинский, Л. М. Филимонова,
О. М. Глазунов
Институт геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН, ул. Фаворского 1а, г. Иркутск, 664033 Россия. E-mail: val@igc.irk.ru
Поступила в редакцию 1.10.2012 г. После исправления 22 .01.2013 г.
На примере Шелеховского промышленного района рассмотрены основные аспекты и методы решения геоэкологических задач. На основе изучения состава снежного покрова в окрестностях алюминиевого завода показано, что почвы - основной накопитель токсичных компонентов; основная форма поступления поллютантов - аэрозоли, переносимые на расстояния до 15-20 км. Техногенное вещество, аккумулированное снежным покровом, закрепляется в почве, что приводит к трансформации ее биохимических показателей. Оценка интенсивности воздействия выбросов на свойства почв позволяет провести нормирование техногенных нагрузок. Требуемое для сохранения благоприятной экологической обстановки снижение выбросов (литофильных элементов до 13 раз, тяжелых металлов в 26 раз) должно достигаться путем модернизации технологии, минимизации и рециклинга отходов и сопровождаться мерами охраны окружающей среды.
Ключевые слова: снеговая съемка, алюминиевое производство, газопылевые выбросы, геохимический мониторинг, техногенная нагрузка.
ВВЕДЕНИЕ
На территории Иркутской области и Красноярского края наряду с энергетикой, химической и перерабатывающей промышленностью постоянными источниками загрязнения окружающей среды являются крупные алюминиевые заводы, построенные на базе каскадов ГЭС в 1960-1980 гг. За прошедшее время деятельность алюминиево-энергетических комплексов вызвала существенные изменения в экосистемах. Это выражается в трансформации биогеоценозов, прежде всего, в загрязнении прилегающих почв и ухудшении бонитета сложившихся биоценозов.
В связи с этим научные исследования и инженерные изыскания, направленные на изучение закономерностей распространения и накопления в различных элементах биогеоценозов токсичных веществ, поступающих с газопылевыми выбросами и конденсированными отходами алюминиевого производства, приобретают огромное экологическое и социальное значение. Данные вопросы рассмотрены на примере промышленного района города Шелехова (Иркутская область).
ХАРАКТЕРИСТИКА И ПРОБЛЕМЫ МИНИМИЗАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ И ВЫБРОСОВ
На 1 т чернового алюминия приходится от 40 до 120 кг промежуточных и конечных отходов электролиза, которые в большей степени поддаются организованному улавливанию и удалению [9]. Наибольшую опасность представляют не улавливаемые в технологических системах газопылевые тонкодисперсные выбросы, которые легко переносятся и рассеиваются на территориях, значительно удаленных от промышленных площадок.
Краткая характеристика отходов. Пыль электрофильтров ("сухая" ступень газоочистки), съемы угольно-электролитной пены и отработанная футеровка электролизеров представляют собой твердые отходы. На ряде алюминиевых заводов из угольно-электролитной пены получают вторичный криолит, а также производится переработка растворов газоочистки (рН 9.7-11; содержание в г/л: 4-37 NaF; 35-92 №2804; 20-46 №2С03; 3-15 №НС03). К шламам "мокрой" сту-
ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ПОЧВ Таблица 1. Химический состав твердых отходов алюминиевого производства
Материал технологической Содержание отдельных компонентов, % масс.
операции F Al Na C ПАУ SO4 AI2O3 SiO2 Fe2O3
17-25 10-19 5-11 20-37 4-10 1-6 12-15 0.2-0.5
23-29 12-28 6-15 13-27 2-9 3-7 7-10 0.2-0.5
Отходы технологической очистки уловленных газов электролиза и анодной массы
Пыль электрофильтров Шлам газоочистки
Отходы процессов удаления и переработки угольно-электролитной пены
Съем исходной пены Хвосты флотации пены
Отходы отработанной и демонтированной футеровки электролизеров
28-32 11-14 14-16 25-30 1-5 0.1-1 6.5-8 0.5-1
6-11 2-4 3-5 70-79 2-7 0.5-2.5 0.1-0.5 0.1-0.5
1-4 1-2
0.5-1 1.5-2
Катодная (угольная) часть 11-14 2-6 10-13 67-72 1-3 0.2-0.6 0.5-2.5 1.5-3 0.5-1.5
Огнеупорная (силикатная) 2-7 1-4 6-10 1-3 0-0.5 0.1-0.4 27-35 38-49 2.5-4.5
часть
пени газоочистки, поступающим на шламовые карты, добавляются хвосты флотации угольно-электролитной пены. После осветления отработанные растворы и пульпы газоочистки могут использоваться при регенерации фтористых солей. Угольная часть отработанной футеровки частично употребляется для набивки катодных блоков в подину электролизеров либо приобретается предприятиями черной металлургии в качестве комплексной углеродно-фторидной добавки. Накопление соединений натрия препятствует утилизации огнеупорной (силикатной) части футеровки, в результате она не используется и складируется на полигонах твердых отходов.
Отходы, образующиеся в процессе электролиза и коксования анодных материалов (табл. 1), также представляют значительную экологическую опасность, поскольку содержат высокотоксичные фтористые соединения и полиароматические углеводороды (ПАУ). Следует учитывать, что шламоотвалы и отстойники трудно сделать абсолютно герметичными и полностью исключить дренаж, поэтому складирование отходов может вызывать инфильтрацию оборотных и метеорных вод в грунтовые воды, а также ветровой разнос тонкодисперсных частиц с поверхности шламо-отвалов.
Краткая характеристика выбросов. При
обеспечении экологической безопасности алюминиевого производства наиболее трудно поддаются решению задачи минимизации негативного воздействия плохо контролируемых и разбавленных вентиляционным воздухом газопылевых выбросов, образующихся в электролизных корпусах и удаляемых через "фонарное" газоудале-
ние. На их долю по сравнению с остаточными выбросами от технологических систем "сухой" и "мокрой" газоочистки приходится основная масса поступающих в атмосферу вредных веществ. Следует учитывать, что ~ 80% производственных мощностей России - это электролизеры с экологически несовершенными самообжигающимися анодами [2].
В связи с интенсивным переносом газопылевых выбросов воздух в зоне их рассеивания характеризуется высоким индексом загрязненности атмосферы (ИЗА). По 60-балльной шкале в радиусе ~ 20 км от ИркАЗа значения ИЗА достигают 15-30 [7, 8]. Среди газообразных соединений преобладают CO2, CO, COS, SO2, H2S, HF, COF2, cf4 [2, 9]. Конденсированные вещества, поступающие в атмосферу, представлены микрочастицами глинозема, криолита, сульфата натрия, кокса и смолистых веществ (ПАУ) (табл. 2).
Зона вокруг алюминиевых предприятий характеризуется высокой степенью загрязнения воздуха, почв, и вод, что делает обязательным геоэкологические исследования, в первую очередь проведения снеговой съемки [8, 7, 11].
Краткое описание методики отбора проб. Снеговая съемка проведена в соответствии с принятыми правилами во 2-й половине февраля месяца. Главный критерий выбора точки опробования - это место с ненарушенным снеговым покровом, удаленное не менее чем на 10-15 м от объектов хозяйственной деятельности, жилья, автодорог. Пробы отбирали на всю глубину снежного покрова до твердого грунта и упаковывали в полиэтиленовые пакеты для передачи в работающую по аттестованным Госстандартом методикам химико-аналитическую лабораторию.
Таблица 2. Содержание твердофазных соединений и примесей в составе газопылевых выбросов алюминиевого предприятия
Соединение % масс. Соединение % масс.
Криолит №3АШ6 12.1-15.3 Оксид алюминия А12О3 22.7-30.9
Хиолит №5А13Б14 10.7-11.0 Углерод С 21.5-26.7
Эльпасолит К2№АШ6 1.7-2.8 Сульфат натрия №2БО4 4.1-6.6
Фторид натрия 2.3-2.5 ПАУ 4.1-5.3
Флюорит СаБ2 1.1-1.5 ША1(ОН)2СО3 2.5-3.3
Фторид магния MgF2 1.0-1.4 Оксид железа Бе2О3 1.6-2.0
Фторид алюминия А1Б3 0.5-0.9 Оксид кремния Б1О2 0.3-0.5
Содержание элементов, % масс.: К = 0.2-1.5; Fe = 0.1-1.0; = 0.05-0.5; Р = 0.03-0.3; Т = 0.02-0.2; РЬ = 0.02-0.2; Бг = 0.02-0.1; Ва = 0.02-0.1; Мп = 0.01-0.1; N1 = 0.01-0.1; V = 0.005-0.05; Сг = 0.005-0.05; Си = 0.003-0.02; СО = 0.002-0.01
Площадь исследуемого района (около 80 км2) разбивалась на километровые квадраты. Отбиралось от 1 до 5 проб (по правилу конверта) на каждый квадрат. В соседних квадратах количество отбираемых проб оптимизировано за счет смежных или диагональных точек опробования, всего отобрано 120 проб. Учитывалась роза ветров, рельеф и степень удаления от источника выбросов. Общая проба формировалась объединением проб, отобранных внутри конверта, минимальная масса составляла 5 кг.
Опробование почв проводилось в летний период в соответствии с методикой, описанной в [1]. Пробы почв отобраны в меньших количествах, в среднем 1 точка на км2. Места отбора проб снега и почвы в масштабах шага съемки близки, т.е. точка пробы почвы совпадала с усредненным местом отбора снега в конверте.
Точки, вынесенные на планшет съемки, отвечают максимальным величинам техногенной нагрузки, изменяющейся по мере удаления от источника загрязнения. Это позволило нанести изолинии техногенных нагрузок на топографическую карту обследуемого района. Изучение рельефа и гидросети района исследования дало возможность уточнить миграционную схему потоков почвенных вод, а также выявить особенности миграции растворимых компонентов и мелкодисперсных частиц.
ГЕОХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ СНЕГА И ПОЧВЫ
В ходе изучения территории загрязнения выбросами алюминиевого завода были определены химические индикаторы загрязнения: литофиль-ные элементы - Б1, Т1, А1, М§, Са, Бг, Ва, К, С, N Р, Б, О, Б, С1 и тяжелые металлы (ТМ) - V, Сг, Мп, Бе, СО, N1, Си, РЬ.
Анализ содержания веществ в снежном покрове дает возможность установить в любой точке усредненную за сезон величину выпадений аэрозолей промышленных выбросов. Превышение концентрации элементов по сравнению с фоновыми значениями может оцениваться с помощью геохимического параметра - кларка концентрации (КК). В соответствии с этим на карту исследуемого района были нанесены изолинии содержания твердого остатка в снеге (рис. 1 а, г/кг) и
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.