Мониторинг земель сельскохозяйственного назначения, загрязненных тяжелыми металлами в зоне влияния Михайловского ГОКа

5. Результаты изучения распространения тяжелых металлов в эрозионной сети зоны влияния Михайловского горно-обогатительного комбината.

6. Рекомендации по совершенствованию мониторинга и использованию земель сельскохозяйственного назначения в зоне влияния и санитарной охраны Михайловского ГОКа.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Основной текст изложен на 126 страницах, включая 16 таблиц, 26 рисунков. Список литературы включает 144 наименования, в том числе 4 – на английском языке.

Основные  защищаемые положения

 

1. Методика комплексной оценки загрязнения земель тяжелыми    металлами в зоне влияния крупного горно-рудного предприятия при проведении локального мониторинга.

Современные методы мониторинга земель, разработаны и обоснованы такими крупными учеными, как Г.В. Мотузова, О.С. Безуглова, Б.В. Виноградов, Г.Н. Кофф, П.С. Русинов, И.И. Косинова, Д.С. Орлов, Ф.Н. Лисецкий, С.В. Лукин, В.Д. Муха, А.Ф. Сулима. В этих научных разработках и основанных на них нормативных документах (Постановлении Правительства Российской Федерации «Об организации и осуществлении государственного мониторинга окружающей среды (государственного экологического мониторинга)», Земельном кодексе РФ «Статья 67. Государственный мониторинг земель») детально рассмотрены методы отбора, обработки и анализа проб почвогрунтов при геохимических съемках различного масштаба. Менее проработанным аспектом подобных исследований является установление взаимосвязи между выявленными геохимическими аномалиями, ареалами загрязнения земель и источниками, особенностями миграции и накопления поллютантов.

Проведенный нами анализ научных, методических и нормативных источников, оценка реальной ситуации, сложившейся в зоне влияния МГОКа, позволили предложить методику мониторинга и комплексной оценки загрязнения земель тяжелыми металлами. Её особенность состоит в том, что к основному блоку, собственно геохимического мониторинга, добавляется блок оценки выбросов самого предприятия, а также не входящих в состав его инфраструктуры  объектов хозяйственной деятельности (сельскохозяйственных и урбанизированных территорий, транспортной сети).

Важным компонентом предлагаемой методики является оценка и, в дальнейшем, учет сложившегося на изучаемой территории природного фона, его соотношения с химическим составом пылевых выбросов предприятия.

На основе этой предварительной  информации формируется собственно программа мониторинга: определяются вещества, имеющие критическое значение для данного предприятия; целенаправленно выбирается сеть точек отбора проб, учитывающая взаиморасположение всего комплекса источников выбросов тяжелых металлов и направления преобладающих ветров на территории, относящейся к разным видам земельных угодий (сельскохозяйственные площади, лес, луг).

Предлагаемая методика мониторинга и оценки степени  и состава загрязнения территории тяжелыми металлами детально представлена на рис. 1. Ключевыми моментами этой методики является оценка содержания тяжелых металлов (ТМ), содержащихся в пылевых выбросах и основных компонентах среды, на основании чего проводится анализ опасности, вызванной накоплением выделенных элементов,  и составляются прогнозы возможных действий по уменьшению этого процесса, а также разрабатываются соответствующие рекомендации.

 

Мы предлагаем мониторинговые исследования проводить в два  этапа:

1. Первичный (оценочный)  этап, в ходе которого определяется  перечень источников поллютантов и основных тяжелых металлов, опасных для изучаемой территории; отбираются пробы для определения геохимического состояния основных объектов мониторинга и выделения направлений последующего этапа наблюдений.

2. Второй этап –  постоянный мониторинг. Проводится периодический анализ выбросов из основных источников с целью отслеживания изменений состава опасных веществ. Объем отбора проб существенно снижается за счет первого этапа, то есть оцениваются только выделенные ТМ, а не все подряд; на территории отбираются пробы в 20 точках постоянного мониторинга, выбранных на основе анализа данных первой части исследования.

 

2. Результаты анализа количественного содержания тяжелых          металлов в выбросах Михайловского ГОКа.

На начальном этапе работы нами были выделены основные источники пыления предприятия: 1) выбросы вентиляционных систем при сушке из барабанов дробильно-сортировочной фабрики (ДСФ); 2) выбросы вентиляционных систем обжиговых машин дробильно-обогатительного комбината (ДОК); 3) пыль вентиляционных систем после пылевых фильтров фабрики обогащения ДОК; 4) пыль с пылевых фильтров отделения дробления ДОК; 5) пыль из карьера после проведения взрывов; 6) пыление хвостов мокрой магнитной сепарации на «пляжах» хвостохранилища.

Пыль из основных источников выбросов Михайловского ГОКа была отобрана для анализа на содержание тяжелых металлов (табл.1).

Таблица 1

Содержание  тяжелых металлов в выбросах Михайловского ГОКа (мг/кг)

Металлы Источники	Со	Cd	Ni	Pb	Cr	Mn	Cu	Mo	Zn	Sb	Fe
ДСФ, выбросы при сушке (барабаны)	22,4	1,7	5,9	18,3	11,1	102,3	9,4	1,1	40,5	8,3	4200
ДОК (обжиговые машины)	26,6	1,7	3,8	16,6	10,6	90,2	9,1	1,1	61,6	9,9	3900
ДОК – обогащение, пыль из труб	12,5	1,7	17,9	20,3	15,4	272,4	11,1	0,5	20,3	2,6	4400
ДОК – отделение дробления, пыль из труб	20,6	0,7	7,6	12,2	16,1	170,6	11,9	1,1	60,4	9,3	1100
Пыль карьера после взрывов	27,5	1,6	3,4	18,4	10,8	70,3	9,3	1,2	60,8	9,1	4500
Пыление хвостохранилища	14,3	0,7	10,9	32,0	17,2	180,3	4,9	0,3	71,5	11,1	8000
ПДК	5,0	5,0	80,0	65,0	100,0	1500,0	66,0	5,0	220,0	4,5	-
Фон по области	2,0	-	33,0	16,0	82,0	596,0	22,0	1,0	52,0	-	2200
Кларк земной коры  (А. П. Виноградов)	18,0	0,13	58,0	16,0	83,0	1000	47,0	1,1	83	0,5	46500

 

Всего анализировалось  содержание 24 тяжелых металлов. В таблице 1 показаны те металлы, концентрации которых могут влиять на загрязнение земельных угодий в районе   МГОКа, содержание остальных или ниже точности определения, или много ниже ПДК и в разы ниже фоновых значений.

Полученные данные позволяют  констатировать, что в железорудном сырье и всех продуктах его переработки МГОКом тяжелые металлы содержатся в концентрациях, даже не приближающихся к предельно допустимым. Более того, по большинству веществ концентрации в возможных выбросах Михайловского горно-обогатительного комбината ниже соответствующих фоновых концентраций как по всей Курской области, так и в районе МГОКа.

Исключением являются только сурьма и кобальт. Их концентрации в  железорудном сырье и продуктах его переработки МГОКом сравнимы с предельно допустимыми концентрациями (ПДК) для почвенного покрова. Для ряда веществ их концентрации в железорудном сырье и хвостах МГОКа приближаются или незначительно превышают фоновые значения для Курской области, но они в несколько раз ниже ПДК; кроме того, их концентрации в почвах зоны влияния МГОКа не повышены, а даже намного ниже областного фона.

Из всего сказанного следует очевидный вывод, что  из более чем 20 изученных веществ даже теоретически негативное влияние могут оказывать только три: сурьма, кобальт и кадмий. К ним следует добавить железо, концентрации которого в железорудном сырье и продуктах его переработки достаточно высоки, превышают фоновые значения для почвенного покрова. Следовательно, в дальнейшем при анализе влияния МГОКа на почвенный покров вполне достаточно ограничиваться изучением показателей по этим химическим элементам. Можно добавить к ним свинец, молибден и цинк, содержание которых в выбросах Михайловского ГОКа в несколько раз ниже ПДК, но незначительно превышает фоновые значения для Курской области. Все остальные вещества как в железорудном сырье, так и в продуктах его переработки на МГОКе обнаружены в концентрациях, которые не превышают ПДК и фоновые значения.

 

3. Результаты изучения пространственного распределения тяжелых металлов в почвах зоны влияния МГОКа.

Из нескольких возможных вариантов мониторинга территории нами был выбран мониторинг загрязнения почв тяжелыми металлами, так как почвы, будучи компонентами сбалансированных природных экосистем, находятся в динамическом равновесии со всеми другими компонентами биосферы. Почвы в ходе использования их в разнообразной хозяйственной деятельности часто загрязняются, теряют природное плодородие или даже полностью разрушаются.

В основу анализа легли  отобранные нами пробы почв и грунтов. Пространственное распределение точек отбора планировалось с учетом расположения основных источников выбросов МГОКа и направлений ветра на исследуемой территории при разных погодных условиях. Пробы почв более детально отбирались в секторах зоны влияния МГОКа, расположенных по направлению наиболее часто повторяющихся ветров (рис. 2).

Отбор почвы проводился в соответствии с ГОСТ 17.4.4.02-84, методом конвертов на площадках размером 10 на 10 метров. Точки отбора проб располагались на различных угодьях, как обрабатываемых (пашня), так и необрабатываемых (луг, лес, многолетняя залежь). Эти пробы были проанализированы в лаборатории аналитического контроля Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова рентгенофлюоресцентным методом на кристалл-дифракционном сканирующем спектрометре «СПЕКТРОСКАН». Для металлов Be, Cd, Co, As, Ni, Hg, Pb, Se, Sb, Cr, Cu, Mo, Zn, Ag, Sr определялось их валовое содержание, для V, Mn, Fe, Ba, Al – содержание подвижных форм в почвенных образцах.

 Для исследуемого района отмечены следующие максимальные значения концентраций: 180 мг/кг для свинца (проба № 60, отобранная севернее с. Троицкое). Чуть меньшее значение 120–140 мг/кг встречается для Pb в пробах № 58, 59, взятых западнее с. Капенки, северный берег Михайловского водохранилища, № 61, 62 – восточнее п. Сергеевский, № 66  – южнее п. Никольский, № 72 – южнее г. Железногорска. Для остальных элементов полученные значения не превышают ПДК. Это говорит о том, что в целом зона влияния Михайловского ГОКа не загрязнена рассматриваемыми элементами, а свинец, как отмечалось ранее, в выбросах МГОКа имеет концентрации ниже ПДК и, следовательно, его повышенные концентрации в почве не связаны с выбросами предприятия.

 

Рис. 2. Точки отбора проб и основные объекты Михайловского ГОКа и его инфраструктура:

1 – г. Железногорск, 2 – карьер и отвалы, 3 – хвостохранилище,

4 – промышленная площадка бедных руд ГОКа, 5 – ДОК, 6 – автотрасса.

 

Для выявления значимого  влияния Михайловского ГОКа на загрязнение  почвенного покрова нами были построены  графики зависимости концентрации тяжелых металлов от расстояния между точками отбора проб и объектами пыления ГОКа. По координатам точек отбора проб определялось расстояние до объектов ГОКа. Были построены зависимости как от отдельных объектов (карьер, промплощадка, хвостохранилище), так и от совокупности объектов МГОКа. В последнем случае определялось расстояние точки отбора проб от ближайшего объекта. Затем строились графики связи загрязнения и расстояния, после этого вычислялись коэффициенты корреляции между загрязнением и расстоянием. Для всех веществ коэффициент корреляции оказался близок 0, а вид зависимости представлен на рис. 3.

 Интересна, на наш взгляд, ситуация с содержанием железа  в почвах зоны влияния Михайловского  ГОКа. Его содержание в руде, в  хвостах, в пыли, поступающей от производственных объектов комбината, выше фоновых концентраций, поэтому возможно накопление железа в почвах и их загрязнение этим металлом. На рис. 3 показано распределение концентраций железа в ряде точек почвенного покрова на удалении от нескольких метров до 20 км от карьера и хвостохранилища МГОКа. Мы видим, что концентрации железа в почве не уменьшаются с удалением от горно-обогатительного комбината.

 

Рис. 3. Изменение концентраций железа и свинца (К, мг/кг) в почвенных образцах

в зависимости от ближайшего источника пыления МГОКа (L, м)

 

Рядом с объектами  МГОКа концентрации железа такие  же, как и в удаленных от них на несколько километров контрольных точках. Все это свидетельствует о том, что накопления железа в почвах вокруг МГОКа в результате переноса пыли не происходит. Этот вывод звучит, на первый взгляд, парадоксально: железорудный карьер и хвостохранилище, несмотря на пыление, не приводят к загрязнению почвы железом в окрестностях МГОКа. Но этот вывод подтверждается не только нашими, но и предыдущими исследованиями, выполненными лабораторией Курской сельскохозяйственной академии в 1994 году, под руководством В.Д. Мухи и А.Ф. Сулимы.

Из-за небольшого объема данных по содержанию железа в почвах окрестностей МГОКа данный вывод не может считаться окончательным, но как вероятная рабочая гипотеза может быть подтвержден в рамках последующих исследований.

Такая же ситуация складывается и по остальным металлам. Для примера мы привели график изменения концентрации свинца (рис. 3). Точки с максимальными, критическими концентрациями расположены на расстоянии от 1 до 25 км от производственных объектов МГОКа. Для концентраций свинца характерно, что минимальные концентрации отмечены как в непосредственной близости от карьера и хвостохранилища, так и на отвалах.

Итак, концентрации в точках с экстремальным  загрязнением по мере удаления от МГОКа не убывают, а возрастают. Это еще раз доказывает, что загрязнение региона свинцом совершенно не связано с пылением карьера, хвостохранилища и с производственной деятельностью комбината.

Это подтверждается и анализом построенных нами с использованием программы Surfer карт загрязнения почв района МГОКа тяжелыми металлами. На них хорошо видно, что загрязнение не концентрируется вокруг карьера, хвостохранилища, отвалов и других производственных объектов горно-обогатительного комбината. Точки с высокими концентрациями расположены хаотично, на расстоянии от 5 до 30 км от источников пыления. Уменьшения концентрации по мере удаления от объектов МГОКа не происходит. Экстремальные концентрации разных веществ расположены не соответствующим друг другу образом. В одних точках – экстремальные концентрации свинца, в других – кобальта и т.д. Следовательно, в каждом случае техногенный или природный источник загрязнения свой. Это является дополнительным аргументом для обоснования того, что причиной выявленных геохимических аномалий является не пыление карьера и хвостохранилища МГОКа, а иные, самые разнообразные источники.