Влияние предприятия черной металлургии на состояние санитарно-защитной зоны

В настоящей работе с помощью статистического анализа, методов геоботанического описания и атомно-абсорбционной спек­тро­мет­рии продемонстрированы особенности влияния пред­прия­тий черной металлургии на окружающую среду на примере АО «ВМК «Красный Октябрь» в Волгограде. Установлено, что станция мониторинга качества атмосферного воздуха не регистрирует в полной мере превышения концентраций загрязняющих веществ металлургического комбината из-за особенностей состава выбросов. Проведенный химический анализ депонирующих сред — тканей растений в пределах санитарно-защитной зоны — позволил продемонстрировать влияние комбината на окружающую среду. В процессе исследования нами было отмечено, что выбросы стационарных источников предприятия изменяют естественный химический состав почв и растений вблизи предприятия и тем самым влияют на фитосанитарное состояние лесозащитной полосы. При этом металлические фракции быстро рассеиваются, и станция мониторинга качества атмосферного воздуха не всегда фиксирует превышения ПДК, несмотря на ежегодные многочисленные жалобы граждан, живущих вблизи предприятия. Исследование позволило установить, что концентрации тяжелых металлов в тканях вяза мелколистного (Ulmus pumila) возле источника воздействия превышают фоновые значения в несколько раз.

Введение.  

На территории Российской Федерации расположено несколько градообразующих предприятий черной металлургии. При строительстве таких городов промышленные зоны размещали как можно ближе к селитебной территории, водоемам, выбирая удобное логистическое расположение. При этом специфике воздействия предприятий на окружающую среду уделялось недостаточно много внимания, а о возможных рисках и последствиях в долгосрочной перспективе не учитывали в полной мере.

Рост автомобилизации в России, приведение в упадок общественного транспорта, уничтожение в ряде городов системы трамваев и троллейбусов и ненадлежащий уход за зелеными насаждениями привели к ухудшению экологической обстановки. В результате воздух в больших городах загрязнен пылевыми частицами, тяжелыми металлами и продуктами сгорания автомобильного топлива, а зеленые насаждения не способны нейтрализовать негативное воздействие антропогенного характера на окружающую среду.

Так, предприятия черной металлургии загрязняют компоненты окружающей среды тяжелыми металлами. Если же градостроительная структура населенного пункта характеризуется расположением крупных транспортных артерий и промышленных объектов вблизи зоны жилой застройки в совокупности с неудовлетворительным состоянием зеленого каркаса города, то уровень загрязнения окружающей среды возрастает в несколько раз. Одним из таких городов является Волгоград. В северной части города на правом берегу Волги на расстоянии менее 1 км расположен металлургический комбинат АО “ВМК “Красный Октябрь””. Данное предприятие основано в середине прошлого века, поэтому немалая часть оборудования и системы очистных сооружений технически устарели и обладают малой эффективностью. При этом завод наращивает производственные мощности, а, следовательно, объемы выбросов загрязняющих веществ также растут. Предприятие имеет 2 класс опасности, однако размер фактической СЗЗ составляет менее 500м.

Специфический состав выбросов и их непредсказуемый режим эмиссии трудно поддается контролю стационарными постами мониторинга качества атмосферного воздуха. И лишь химический состав депонирующих сред – почв и растений – позволит оценить воздействие объекта на окружающую среду.

Модели и методы. 

Объектом исследования в данной работе послужили зеленые насаждения вдоль санитарно-защитной зоны волгоградского металлургического комбината АО “ВМК “Красный Октябрь””. Карта-схема промышленного объекта на рисунке:

Геоботаническое описание зеленых насаждений санитарно-защитной зоны комбината проводились в сентябре-октябре 2017 г. на семи геоботанических площадках по установленной методике. Химический состав листьев вяза приземистого определялся методом атомно-адсорбционной спектрометрии (ААС).

Результаты и обсуждение.

Согласно имеющимся данным в составе выбросов АО “ВМК “Красный Октябрь”” присутствуют токсичные тяжелые металлы, их соли и оксиды. К ним относятся кадмий, хром, свинец, медь, цинк, никель и другие. Из всех компонентов выбросов наименее опасным является оксид железа; именно на него приходится большой больший % эмиссий.

В 2016 году АО “ВМК “Красный Октябрь”” модернизировал оборудование и технологические процессы, в результате чего суммарный объем выбросов сократился. Однако это не значит, что загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами параллельно снизилось. Рассмотрим динамику изменения объемов выбросов загрязняющих веществ на диаграмме.

Как видно из диаграммы, общая масса выбросов предприятия стала снижаться с 2013 года. Это обусловлено сокращением объемов газообразных компонентов в составе выбросов комбината. Масса же твердых фракций остается неизменной, следовательно, АО “ВМК “Красный Октябрь””, продолжил загрязнять окружающую среду тяжелыми металлами и их соединениями.

За качеством атмосферного воздуха в Волгограде отвечает сеть из восьми стационарных постов. Один из них располагается одновременно в селитебной зоне и под факелом влияния АО “ВМК “Красный Октябрь””. Ему присвоен номер 3.

Для того, чтобы наглядно продемонстрировать динамику изменения качества атмосферного воздуха возле металлургического комбината, мы произвели расчет в долях ПДКсс.

Как следует из диаграммы, в 2013-2016 гг. концентрации всех загрязняющих веществ хотя бы раз превышали норматив. В 2014 и 2015 гг. регистрировалось превышение по фтороводороду более чем в пять раз. Проведенная в цехах металлургического комбината модернизация оборудования позволила сократить объем выбросов в два раза. После 2016 года превышений предельных концентраций по оксиду углерода не наблюдалось.

Работы по модернизации оборудовать сталеплавильных цехов не избавили от проблемы залповых выбросов. Они представляют собой газопылевые облака оранжевого цвета, которые быстро распространяются над зоной жилой застройки и акваторией Волки, а спустя несколько часов рассеиваются. Стационарный пост №3 определяет концентрации железа, меди, марганца, свинца и цинка с определенной периодичностью. В пересчете на доли ПДКсс за 7 лет не было зарегистрировано ни одного превышения.

Стационарный пост №3 регистрирует концентрации загрязняющих веществ в определенное время, которое может не совпадать с моментом залповых выбросов. В состав эмиссионных облаков входят железистая пыль, окалина, соли тяжелых металлов и прочие компоненты в твердом агрегатном состоянии, которые быстро оседают после попадания в атмосферу. Поэтому предоставленные постом №3 данные не могут быть достоверными в полной мере.

На диаграмме продемонстрировано, как максимально зарегистрированные концентрации меди и марганца увеличивались до 2018 года, но в 2019 году они снизились до уровня 2013 года. Вероятно, это связано с уменьшением объема выбросов данных компонентов на предприятии. Содержание цинка практически неизменно. Однако концентрации свинца увеличиваются непрерывно и приближаются к неблагоприятной отметке.

Фитосанитарное состояние древесных насаждений является информативным показателем качества окружающей среды. Результаты исследования фитопатологического состояния зеленых защитных насаждений отображены на рисунке:

Согласно полученным результатам большинство оцениваются как “ослабленные” и “сильно ослабленные”. При этом наибольшее число деревьев с неудовлетворительным фитосанитарным состоянием встречается возле цехов комбината. На геоботанической площадке в 100 метрах от источника выбросов (сталеплавильный цех) большая часть взрослых деревьев поражена бактериальной водянкой, что свидетельствует о сниженном иммунитете растений ввиду сильного загрязнения окружающей среды. Конфигурация розы ветров города Волгограда предрасполагает к тому, что изучаемая территория сильнее подвержена загрязнению со стороны комбината.

Анализ химического состава листьев позволил установить, что в деревьях, растущих на территории СЗЗ предприятия, концентрации тяжелых металлов в несколько раз выше контрольных значений. Результаты исследования:

Древесная растительность захватывает металлическую пыль листовыми пластинами, абсорбируя часть тяжелых металлов через кутикулу. Почва, обладая аккумулирующей способностью, накапливает в себе тяжелые металлы, подвижные формы которых поглощаются корнями растений и депонируются в тканях. Вблизи АО “ВМК “Красный Октябрь”” концентрация марганца превышает ПДК в 6 раз, цинка – в 4 раза, меди – в 20 раз.

Заключение.

Таким образом, установлено, что фитосанитарное состояние зеленых насаждений на территории СЗЗ металлургического завода является неудовлетворительным. Исследование показало, что ткани деревьев содержат высокие концентрации меди, марганца и цинка, превышающие фоновые значения в несколько раз. Совокупность этих двух факторов свидетельствует о негативном влиянии АО “ВМК “Красный Октябрь”” на окружающую среду.

Древесные породы извлекают тяжелые металлы из окружающей среды и депонируют их в тканях, вовлекая тем самым поллютанты в биологический круговорот. Избыточное поступление даже жизненно важных микроэлементов негативно сказывается на здоровье древесных пород. В свою очередь, ухудшение фитосанитарного состояния зеленых насаждений снижает барьерные функции санитарно-защитной зоны, что многократно усиливает воздействие промышленного объекта на окружающую природную среду и здоровье населения.

Авторы работы:

Д. А. Школьных, аспирант кафедры рационального природопользования, Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова (МГУ),
dimych4265@yandex.ru, Москва, Россия,
С. Н. Кириллов, доктор экономических наук, профессор, Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова (МГУ), eco-msu@mail.ru, Москва, Россия,
А. В. Холоденко, кандидат географических наук, доцент, Волгоградский государственный университет (ВолГУ), kholodenko@volsu.ru, Волгоград, Россия