ENVIRONMENTAL MONITORING OF THE SNOW COVER IN THE VICINITY OF А FUEL-AND-ENERGY COMPLEX

Full Text

Предприятия топливно-энергетического комплекса принадлежат числу наиболее интенсивно воздействующих на окружающую природную среду. Они являются источником неизбежного риска для людей и природной среды (Шайхутдинова 2013: 14). Одним из предприятий топливно-энергетического комплекса является Сакмарская ТЭЦ, которая входит в состав филиала «Оренбургский» ПАО «Т Плюс». Сакмарская ТЭЦ в качестве основного топлива использует природный газ, а в качестве резервного - масло и мазут. Предприятие обеспечивает тепло- и электроснабжение жилищно-коммунального сектора и производственного комплекса города Оренбурга и располагается на северной окраине города, подробное описание технических характеристик всех объектов и мест их расположения приведены на официальном сайте Сакмарской ТЭЦ. Согласно данным, представленным в рабочем документе «Программа и данным по испытаниям котельного цеха Сакмарской ТЭЦ», основное производство Сакмарской ТЭЦ представлено котлотурбинным, электрическим и химическим цехами, мазутным хозяйством и цехом тепловой автоматики и измерений. Значительное количество загрязняющих веществ образуется в котлотурбинном цеху в результате сжигания топлива в котлоагрегатах. Эти выбросы являются организованными и поступают в атмосферу через дымовую трубу высотой 180 м. К неорганизованным источникам выбросов загрязняющих веществ относятся склад с резервуарами хранения мазута, склад хранения извести, маслоочистительная станция и участки мелкого ремонта оборудования (металлорежущий инструмент, станки, сварочные посты). По данным проекта ПДВ и 2ТП-воздух за 2015 г. на предприятии образовалось 11054,17 т загрязняющих веществ. На долю организованных выбросов приходится 99,967%, следовательно, неорганизованные выбросы составляют 0,033%. Перечень основных загрязняющих веществ представлен в таблице 1. Таблица 1 Ранжирование загрязняющих веществ Самарской ТЭЦ по массе и токсичности № п/п Наименование вещества Класс опасности Валовый выброс, т/год Доля, % КОВ, м3/с Доля, % 1 Азота диоксид 2 5037,3973 45,57 381563759,1 98,82 2 Углерода оксид 4 2641,4358 23,89 10027,67 0,003 3 Серы диоксид 3 2547,5088 23,05 1615120,5 0,41 4 Азота оксид 3 818,5762 7,4 432480,5 0,01 5 Мазутная зола 2 5,2773 0,048 - - 6 Масло минеральное - 2,1193 0,019 - - 7 Углеводороды С1 - С5 - 1,7563 0,016 - - 8 Углеводороды С6 - С10 - 0,6485 0,005 - - 9 Углеводороды С12 - С19 4 0,3532 0,003 2507109,86 0,65 10 Взвешенные вещества 3 0,3323 0,003 70,23 0,0001 11 Другие вещества - 1,4957 0,014 - - ИТОГО - 11050,52 100 386128567,8 100 Согласно данным, представленным в государственной отчетности 2ТП-воздух Сакмарской ТЭЦ за 2015 год, перечень загрязняющих веществ Сакмарской ТЭЦ включает 35 наименований, из них приоритетной примесью по массе выброса является диоксид азота, на долю которого приходится 45,57%, на втором месте оксид углерода - 23,89%, на третьем месте диоксид серы - 23,05%. Количественная мера загрязняющих веществ, выделяющихся в атмосферный воздух, не учитывает их класс опасности, следовательно, для оценки степени воздействия Сакмарской ТЭЦ на атмосферный воздух была использована категория опасности предприятия (КОП). В результате проведенных расчетов было установлено, что наиболее токсичной примесью в выбросах является диоксид азота, на его долю приходится 98,82% значения КОП, на втором месте - углеводороды С12 - С19 (0,65%) и на третьем - диоксид серы (0,41%). Согласно проведенным расчетам значение категории опасности предприятия для Сакмарской ТЭЦ составляет 386,1×106 м3/с. В соответствии с установленной классификацией исследуемое предприятие относится к I категории опасности, так как значение КОП лежит в интервале от 31,7×106 и более м3/с (Чекмарева и др. 2008: 7). Однако согласно списку П-4.2 СанПиН 2.2.1/2.1.1 1200-03 исследуемое предприятие, которое для выработки тепло- и электроэнергии сжигает газообразное топливо, приравнивается ко II классу опасности, и размер санитарно-защитной зоны составляет 500 м. Для проведения оценки экологического состояния территорий, прилегающих к Сакмарской ТЭЦ, в качестве индикатора используются атмосферные осадки (снег и/или дождь). При образовании и выпадении снега концентрация загрязняющих веществ в нем оказывается на два-три порядка величины выше, чем в атмосферном воздухе (Цыцура и др. 2002: 16). Пробы снега были отобраны в семи точках. Места отбора проб снега были выбраны с учетом среднегодового направления ветра г. Оренбурга и размера санитарно-защитной зоны предприятия. Приоритетным направлением ветра в городе за зимний период 2015-2016 гг. является восточное. В связи с этим три пробы пыли отобраны с западной (наветренной) стороны предприятия, еще три пробы были взяты с восточной (подветренной) стороны. Причем две пробы были взяты на границе санитарно-защитной зоны, т.е. на расстоянии 500 м от предприятия, остальные пробы были отобраны на расстояниях 1000 и 1500 м с западной и восточной сторон от промплощадки предприятия. Фоновые пробы были отобраны в Ташлинском районе. Химический анализ на содержание в отобранных пробах снега вредных веществ осуществлялся с помощью титриметрического и фотоколориметрического методов. Титриметрическим методом было выявлено содержание в пробах хлорид-ионов, ионов кальция, магния, карбонат- и гидрокарбонат-ионов, сульфид- и гидросульфид-ионов. Фотоколориметрическим методом были определены концентрации ионов цинка, железа, меди, аммония и сульфат-ионов. Также было определено значение pH каждой пробы при помощи иономера И-160МИ и содержание взвешенных веществ гравиметрическим методом (Тарасова и др. 2003: 5). Результаты химического анализа представлены в таблицах 2 и 3. Оценку экологического состояния территории, прилегающей к Сакмарской ТЭЦ, можно дать по критериям качества территории, разработанным Министерством природы в 1992 г., согласно которым проводили ранжирование исследуемой территории (табл. 4). Ранжирование территории по величине рН показало, что все исследуемые территории относятся к зонам с относительно удовлетворительной экологической ситуацией (согласно критериям оценки, представленным в таблице 4), так как значения лежат в интервалах 7,4-7,5. Анализ данных таблицы 3 показал, что на всех исследуемых территориях, прилегающих к ТЭЦ, приоритетным загрязнителем в снежном покрове по концентрации являются гидрокарбонат-ионы. Максимальная концентрация гидрокарбонат-ионов наблюдается в восточном направлении, ее значения находятся в интервале от 111,3 до 145,2 мг/л, на втором месте - взвешенные вещества (от 66,68 до 214 мг/л), на третьем - хлорид-ионы (от 38,31 до 65,6 мг/л), максимальные концентрации которых также наблюдаются в восточном наплавлении. Резкое увеличение концентрации загрязняющих веществ на расстоянии 1500 м можно объяснить тем, что рядом проходят железнодорожные пути, которые являются дополнительным источником загрязнения данной местности. Концентрация загрязняющих веществ в снежном покрове не является основным показателем, характеризующим загрязнение компонентов окружающей среды. Для проведения оценки состояния исследуемой территории был рассчитан коэффициент концентрации как отношение концентрации загрязняющих веществ в исследуемой точке к фоновой концентрации (Куксанов, Шайхутдинова 2009: 37). Результаты расчета представлены в таблице 5. Таблица 2 Влияние выбросов Сакмарской ТЭЦ на значение рН проб талой воды Направление Фоновое значение рН Значения рН талой воды на различных расстояниях от Сакмарской ТЭЦ, м 500 1000 1500 Восточное 7,1 7,26 7,63 7,36 Западное 7,43 7,53 7,53 Таблица 3 Концентрация загрязняющих веществ в пробах талой воды Наименование вещества Фоновая концент-рация Сф, мг/л Концентрация загрязняющих веществ в различных направлениях от Сакмарской ТЭЦ, мг/л западное направление, м восточное направление, м 500 1000 1500 500 1000 15000 Взвешенные вещества 6,7 86,89 80,22 157,22 116 66,68 214,6 Хлорид-ионы 8,1 51,84 41,16 33,81 38,31 47,33 65,36 Ионы аммония 0,7 0,052 0,089 0,075 0,061 0,057 0,084 Гидрокарбонат-ионы 29,5 145,2 140,39 67,78 140,4 111,3 145,2 Гидросульфид-ионы 1,09 2,54 3,30 3,59 2,8 3,3 3,38 Сульфат-ионы 0,12 1,89 2 1,44 1,76 1,65 1,97 Ионы цинка 0,01 0,005 0,002 0,0002 0,005 0,004 0,001 Ионы кальция 0,5 3,49 2,54 2,54 4,44 3,81 14,3 Ионы магния 0,3 1,14 0,805 0,8048 0,95 0,76 4,5 Ионы железа 0,1 0,1672 0,1507 0,105 0,175 0,169 0,181 Ионы меди 0,001 0,0004 0,0002 0,0002 0,0003 0,0003 0,0004 Таблица 4 Критерии оценки экологического состояния компонентов окружающей среды Показатели Параметры Экологическое бедствие Чрезвычайная экологическая ситуация Критическая экологическая ситуация Относительно удовлетворительная ситуация рН от 5,0 до 5,6 от 5,7 до 6,5 от 6,5 до 7,0 7,0 и выше ПХЗос более100 от 50 до100 от 1 до 50 менее 1 Таблица 5 Коэффициент концентрации загрязняющих веществ в пробах талой воды Наименование вещества Коэффициент концентрации загрязняющих веществ в различных направлениях от Сакмарской ТЭЦ западное направление, м восточное направление, м 500 1000 1500 500 1000 15000 1 2 3 4 5 6 7 Взвешенные вещества 12,96 11,97 23,46 17,31 9,95 32,02 Хлорид-ионы 6,4 5,08 4,17 4,72 5,84 8,06 Ионы аммония 0,0743 0,127 0,107 0,087 0,081 0,12 Гидрокарбонат-ионы 4,93 2,29 2,29 4,75 3,77 4,9 Окончание таблицы 5 1 2 3 4 5 6 7 Гидросульфид-ионы 2,33 3,03 3,29 2,56 3,02 3,1 Сульфат-ионы 15,75 16,67 12 14,67 13,75 16,41 Ионы цинка 0,5 0,2 0,02 0,5 0,4 0,1 Ионы кальция 6,98 5,08 5,08 8,88 7,62 28,6 Ионы магния 3,8 2,68 2,68 3,16 2,53 15 Ионы железа 1,67 1,51 1,05 1,75 1,69 1,81 Ионы меди 0,4 0,25 0,22 0,3 0,3 0,4 ПХЗос 55,79 48,88 54,36 58,68 48,95 65,42 Анализ полученных данных показал, что приоритетной примесью по коэффициенту концентрации являются взвешенные вещества в восточном направлении, их значения находятся в интервале 9,95-32,02. После взвешенных веществ следуют сульфат-ионы и ионы кальция, значения которых находятся в интервале 13,75-16,41 и 7,62-28,6 соответственно. Для определения экологического состояния прилегающей территории был рассчитан суммарный показатель химического загрязнения снежного покрова (ПХЗос), который представляет собой сумму коэффициентов концентрации загрязняющих веществ (Цыцура и др. 2002: 18). Критерии оценки экологического состояния снежного покрова представлены в таблице 4. Из значений суммарного показателя химического загрязнения снежного покрова видно, что на всех исследуемых территориях наблюдается чрезвычайная экологическая и критическая экологическая ситуации. Чрезвычайная экологическая ситуация складывается на расстояниях в 500 и 1500 м от Сакмарской ТЭЦ в западном и восточном направлениях, а критическая экологическая ситуация - на расстоянии 1000 м от Сакмарской ТЭЦ также в западном и восточном направлениях. Также была проведена оценка по экологическим нагрузкам загрязняющих веществ по формуле 1 (табл. 6): N=m/S×t (1) где S - площадь, которая подвергается воздействию, км2; m - масса примесей, т; t - время накопления загрязняющих веществ, год. Таблица 6 Экологические нагрузки загрязняющих веществ в пробах талой воды Наименование вещества Экологические нагрузки загрязняющих веществ в различных направлениях от Сакмарской ТЭЦ, т/км2·год западное направление, м восточное направление, м 500 1000 1500 500 1000 15000 Взвешенные вещества 38,31 48,23 80,31 46,49 26,72 86,02 Хлорид-ионы 22,86 24,75 17,27 15,35 18,97 26,19 Ионы аммония 0,0227 0,0533 0,0382 0,024 0,023 0,034 Гидрокарбонат-ионы 63,57 71,75 40,75 56,27 44,61 58,2 Гидросульфид-ионы 1,12 1,98 1,83 1,12 1,3 1,35 Сульфат-ионы 0,8333 1,2 0,7359 0,7 0,66 0,78 Ионы цинка 0,0022 0,0013 0,0001 0,002 0,002 0,0004 Ионы кальция 1,54 1,78 1,53 1,78 1,53 5,73 Ионы магния 0,5 0,72 0,483 0,38 0,3 1,8 Ионы железа 0,0737 0,0906 0,0536 0,07 0,067 0,072 Ионы меди 0,0002 0,0002 0,0001 0,0001 0,0001 0,0002 Суммарная экологическая нагрузка 128,8321 150,5554 143,0009 122,1861 94,1801 180,1766 В результате расчетов получили, что максимальные нагрузки на всех исследуемых территориях, прилегающих к Сакмарской ТЭЦ в зимний период года, оказывают гидрокарбонат-ионы. Максимальная нагрузка гидрокарбонат-ионов наблюдается в восточном направлении и значения находятся в интервале 40,75-71,75 т/км2·год, на втором месте - взвешенные вещества (26,72-80,31 т/км2·год), на третьем - хлорид-ионы (15,35-26,19 т/км2·год), максимальные нагрузки которых наблюдаются в западном направлении. Далее были определены суммарные экологические нагрузки (ΣN) по всем исследуемым загрязняющим веществам. Критерии оценки представлены в таблице 7. Таблица 7 Критерии оценки качества территории по суммарным экологическим нагрузкам Характеристика территории Значение суммарной экологической нагрузки Сравнительно чистая территория от 0 до 50 т/км2·год Умеренно загрязненная территория от 50 до 100 т/км2·год Сильно загрязненная территория от 100 до 200 т/км2·год Территория с превышением предельно-допустимой нагрузки более 200 т/км2·год Таким образом, из значений суммарных экологических нагрузок, представленных в таблице 6, видно, что на всех исследуемых территориях, прилегающих к Сакмарской ТЭЦ, наблюдается сильно загрязненная территория (значения суммарных экологических нагрузок находятся в интервале от 100 до 200 т/км2·год), за исключением точки на расстоянии 1000 м в восточном направлении, где наблюдается умеренно загрязненная территория (значение суммарных экологических нагрузок находятся в интервале от 50 до 100 т/км2·год). На фоновой территории суммарная экологическая нагрузка равна 48,84 т/км2·год, следовательно, здесь наблюдается сравнительно чистая территория согласно критериям оценки, представленным в таблице 7. По коэффициенту превышения экологических нагрузок загрязняющих веществ над фоновыми значениями (табл. 8) можно определить стадию трансформации экосистемы и провести ранжирование исследуемых территорий согласно критериям, представленным в таблице 9. Таблица 8 Влияние выбросов Сакмарской ТЭЦ на коэффициент превышения экологических нагрузок загрязняющих веществ Направление Значения коэффициентов превышения экологических нагрузок загрязняющих веществ над фоновыми значениями в различных расстояниях от Сакмарской ТЭЦ, м 500 1000 1500 Восточное 2,5 1,9 3,6 Западное 2,6 3,1 2,9 Таблица 9 Стадии трансформации экосистемы Коэффициент превышения экологических нагрузок над фоновым значением Стадия трансформации экологической системы от 1,5 до 2,0 выпадение чувствительных видов от 2,7 до 4,0 структурные перестройки экологической системы от 6,0 до 7,0 частичное разрушение экологической системы 10 и выше полное разрушение экологической системы Таким образом, по суммарной нагрузке и коэффициенту превышения нагрузок загрязняющих веществ над фоновыми значениями можно проводить оценку качества территорий, прилегающих к источнику загрязнения природной среды. По суммарным экологическим нагрузкам можно оценить уровень экологического неблагополучия, а по коэффициенту превышения экологических нагрузок - выбрать приоритетные примеси и спрогнозировать стадию трансформации экосистемы.

About the authors

A. A. Shayhutdinova

Orenburg State University

Candidate of Technical Science (PhD), Assistant professor, Department of ecology and environmental Sciences

O. S. Markova

postgraduate at the Department of ecology and environmental Sciences Orenburg State University

References

Supplementary files