Оценка атмосферных потоков поступления ртутина основе геохимических исследований снегового покрова(южноеприбайкалье)

При пределе текучести материала 371 Н/мм аналогичная сила составила 12970±650 кН (1323±66 т).

На основании выполненных расчетов можно сделать вывод о том, что при использовании пресса с рабочим значением силы 1500 т формовка на глубину 30 мм может быть выполнена существующим штампом только при использовании стали с пределом текучести, не превышающим 380 МПа. В то же время весьма незначительное (на 1 мм) уменьшение глубины внедрения штампа ведет к уменьшению значения потребной силы на 70%. Считаем целесообразным, если это допускается технической документацией, с целью гарантированного снижения нагрузки на штамповочное оборудование осуществлять внедрение штампа в деталь на соответствующую глубину.

Для снижения значений потребных сил также возможны следующие пути: выбор смазки, обеспечивающей снижение коэффициента трения между инструментом и обрабатываемой деталью, а также увеличение радиуса кривизны прижима в области его начального контакта с формуемой деталью.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК

1. Нормы для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных) / ГосНИИВ-ВНИИЖТ. - М. : 1996.

2. Оценка технического состояния вагонов, транспортных средств, разработка мероприятий и новой конструкторской документации по восстановлению утраченного ресурса с целью продления срока службы. Отчет о НИР Тема № 3932-В/Ю 1693. № госрегистрации 20053411. Рук. Темы В.И. Сенько., 2005. - Гомель: УО «БелГУТ» - 207 с.

3. Сендеров Г. К., Поздина Е. А., Митюхин В. Б., Бузанова Е. С. Обеспечение безопасной работы грузовых вагонов // Железнодорожный транспорт. -2007. - № 3. - С. 45 - 50.

4. Шевченко В. П. Проблема схоронносп вантаж-них вагошв на придшпровськш залiзницi // Вагонный парк. 2010. - № 10. - С. 56 - 57.

УДК 502.36+502.6:622.24. Руш Елена Анатольевна,

д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой безопасности жизнедеятельности и экологии Иркутского государственного университета путей сообщения, тел.: 8 (3952) 63-83-52, e-mail: lrush@mail.ru Королева Галина Петровна, к.г-м.н, старший научный сотрудник Института геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН,

e-mail: korol@igk.irk.ru

ОЦЕНКА АТМОСФЕРНЫХ ПОТОКОВ ПОСТУПЛЕНИЯ РТУТИНА ОСНОВЕ ГЕОХИМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ СНЕГОВОГО ПОКРОВА

E.A. Rush, G.P. Koroleva

ESTIMATION OF MERCURY ENTERING WITH ATMOSPHERIC FLOW ON THE BASE OF SNOW COVER GEOCHEMICAL INVESTIGATIONS

Аннотация. Представлены результаты многолетних геохимических исследований снегового покрова Южного Прибайкалья в целях получения достоверной оценки поступления ртути с атмосферными потоками в объекты окружающей среды.

Ключевые слова: ртуть, тяжелые металлы, геохимический мониторинг, снеговая вода, атмосферные потоки.

Abstract. The results of long standing geo-chemical studies of South Pribaikalye snow cover for

the aim of estimation of mercury entering with atmospheric flow in objects of environment are considered.

Keywords: mercury, heavy metals, geochemi-cal monitoring, snow water, atmospheric flow.

Ртутное загрязнение окружающей среды является одной из серьезных экологических проблем Южного Прибайкалья. Особую опасность ртутного загрязнения окружающей среды в течение десятилетий представляла деятельность предприятия «Усольехимпром», функционирующего с 1974 го-

иркутским государственный университет путей сообщения

да, расположенного в непосредственной близости от р. Ангары и Братского водохранилища. Общее поступление ртути в окружающую среду за время деятельности комбината до 1998 года составило, примерно 1327 тонн, из них в воздушный бассейн поступило 78,2 т, в Братское водохранилище -76 т, из которых 75% были захоронены в его донных отложениях.

В 1998 году цех ртутного электролиза на «Усольехимпроме» был закрыт, в 1998-2001 годах реализован ряд природоохранных мероприятий по снижению уровня ртутного загрязнения объектов окружающей среды, в результате чего сброс ртути со всеми категориями сточных вод

в р. Ангару уменьшился с 352 кг (1998г.) до приблизительно 100 кг (2001г.)[1]. Однако до сих пор не решены проблемы загрязнения ртутью грунтов, искусственных и естественных покрытий промп-лощадки, систем отведения дождевого и талого стока.

На основе данных геоэкологического обследования промплощадки комбината «Усольехим-пром» (бурение скважин на участках расположения цеха ртутного электролиза) подсчитаны прогнозные ресурсы металлической ртути в рыхлых отложениях - 344,79 т [2].Распространение металлической ртути на глубину ограничивает глинистый слой коры выветривания юрских осадочных пород. Поверхность этого слоя имеет уклон в сторону р. Ангары, что способствует выносу ртути в водный объект[2].

Принятие инженерно-технических решений по минимизации ртутного загрязнения окружающей среды в Приангарье требует уточнения фактических потоков ртути природного и техногенного происхождения, привносимых с влажными атмосферными выпадениями, а их мониторинговые исследования в различных ландшафтно-климатических условиях позволят осуществить балансовые построения геохимических циклов миграции ртути на региональном и глобальном уровнях.

Южное Прибайкалье отличается большим разнообразием ландшафтов: от горно-таежных до лесостепных и засушливых степных; уникальными климатическими особенностями, обусловленными распространением гигантского Восточно-Сибирского зимнего антициклона, и акваланд-шафтов - оз. Байкал, река Ангара, Братское водохранилище. Колебания годовой суммы осадков на его территории составляют от 200 мм (степи, пос. Баяндай) до 1200 мм (юго-западное побережье Байкала).

Степень антропогенной трансформации окружающей среды меняется в широких пределах: от практически не затронутых участков побережья оз. Байкал до урбанизированных индустриальных районов промышленной зоны. Приангарья. В районах влияния деятельности промышленных предприятий г.г. Иркутска, Ангарска, Шелехова, Усолья-Сибирского, Братска, Байкальска и крупных транспортных железнодорожных магистралей отмечены крупные техногенные аномалии тяжелых металлов.

Основная задача наших исследований состояла в получении аналитических оценок атмосферных потоков ртути и других тяжелых металлов

в зимний и летний периоды на подстилающую поверхность и уровней их поступления в сопряженные среды. В основу опробования положена сеть мониторинга снегового покрова, дополненная наблюдениями на фоновых участках Южного Прибайкалья и оз. Байкал, с учетом направления доминирующих западного и северо-западного ветров от промышленных центров Приангарья в сторону озера Байкал.

Обоснование использования снегового покрова для мониторинга приведено в многочисленных работах, где основная задача мониторинга, как инструмента геоэкологической оценки состояния окружающей среды, состоит в регулярном получении характеристик выпадения загрязняющих веществ по территории России в целом и отдельно взятым регионам. Максимальный интерес для изучения снегового покрова представляют районы Сибири, имеющие участки с загрязнением снега, как на уровне фона, так и на уровне развитых индустриальных центров. Южная часть озера Байкал и его южное побережье подвергаются интенсивному антропогенному загрязнению. Включение озера Байкал в список объектов мирового наследия требует знания полной картины антропогенного влияния на его экосистему. Значительная часть загрязнения на побережье и акваторию озера Байкал поступает от промышленного комплекса Приангарья через атмосферный канал.

Исследование снегового покрова на территории Восточной Сибири показало, что систематическое опробование на опорных станциях дает возможность оценить связь техногенных аномалий в снеге с индустриальной обстановкой в регионе, тенденции изменения геохимического регионального фона и загрязнение сопряженных со снеговым покровом природных сред - почв и вод [3].

В процессе выполнения мониторинговых работ был охвачен весь диапазон атмосферной техногенной нагрузки- от фоновой до очень высо-

кого уровня загрязнения атмосферного воздуха. Отбор проб проводился на 36 станциях, в точках профилей: 1 (Баяндай-Слюдянка), с юга на северо-восток с пересечением различных типов ландшафтов и зоны агропромышленного комплекса, 2 (Иркутск-Листвянка), по направлению доминирующих западного и северо-западного ветров от промышленных центров Приангарья в сторону озера Байкал, а также на фоновых станциях, до начала уплотнения снегового покрова и снеготаяния (с 20 февраля по 15 марта) на расстоянии от транспортных магистралей не менее 100-150 м. Отбор, обработка проб и анализ проводились по общепринятым методикам [4, 5].Схема станций мониторинга атмосферных выпадений представлена на рис. 1.

Для оценки валового поступления металлов из атмосферы с твердой и водной фазами снега, с учетом количества выпавших осадков на единицу площади за период снегостояния, рассчитывался их уровень накопления. Твердая фаза снегового покрова по данным рентгеноспектрального элек-тронно-зондового исследования представляет собой сложную смесь минеральных частиц хлопьевидной, сферической, округлой и правильной ограненной формы, размером от 1 до 300 микрон. Хорошо выражена природная составляющая- полевые шпаты, пироксены, кварц, алюмосиликаты, кальцит. Частицы с соединениями углерода, карбонаты, карбиды и сульфиды металлов, обуслов-

ленные техногенными потоками, преобладают в зонах антропогенного воздействия.

В районах городов и поселков отмечены повышенные содержания таких элементов, как А1 (до 300 г/кг) - г. Шелехов, РЬ (до 200 мг/кг), 2п (до 250 мг/кг), Си (до 300 мг/кг), Ве (до 10 мг/кг), Cd (до 10 мг/кг), И§ (до 39 мг/кг) - г. Усолье-Сибирское.

Водная фаза снегового покрова представлена низкоминерализованными водами гидрокарбо-натно-сульфатного и сульфатно-гидрокарбо-натногокальций-магниевого состава с примесью хлора. В черте г. Шелехов воды имеют фторидный состав. Содержание тяжелых металлов в снеговой воде, независимо от года опробования, находится в следующих пределах: РЬ (0,5-2 мкг/л), 2п (40-270 мкг/л), Си (1-15 мкг/л), Ве (0,05-4 мкг/л), Cd (0,06-2 мкг/л).

Данные мониторинга по систематизации содержаний и уровней накопления ртути в атмосферных осадках за последние 14 лет представлены в табл. 1.

Концентрации ртути в снеговой воде меняются в весьма широких пределах, как по площади, так и по годам в пределах отдельных станций. На фоновых станциях (Тункинская долина) и на льду Южной котловины оз. Байкал (профили Голоуст-ное - Мишиха - Посольское) содержания ртути в снеговой воде не превышали 0,01 мкг/л.

На льду Центральной котловины оз. Байкал

Черемхово Баяндай 8# »9 , 6 *7 , Усть-Орда • Усолье- • *5 м. Рытый__X Сибирское 4* / 1 Ангарск» !', *2 м. Ижимей 19 *1 \ 1 • Иркутск V \ 1 Шелехов п 1 "1 13 ^ *10 - *л"2 Голоустное^/^ Турка 14 *Л"34 /*• — Жемчуг .15 Б/оты *1 Аршан 171б* Листвянка* / Мишиха 42 Зун-Муринв39 ]7*_ ) 40 Тибельти КулЖГ" -( Слюдянкач 03- Байкал Г Условные обозначения _ _ -- --- • Опорные станции Баикальск^  » » Профили опробования

Рис. 1. Схема станций мониторинга атмосферных выпадений

иркутским государственный университет путей сообщения

Т а б л и ц а 1

Содержания

Место отбора пробы Н мкг\л 1995-1999 гг.. Н мкг\л 2000-2002 гг. Щ мкг/л 2003-2005 гг. мкг\л 20062009гг. Н г/км2 снеговая вода мкг/г твердая фаза снега г/км2 твердая фаза снега мкг/л дождевая вода Щ, г/км2 суммарный уровень накопления в снеге,

Степные ландшафты (Иркутск-Баяндай) 0,003 -0,05 0,003 -0,01 0,0010,006 0,0020,005 0,03-0,13 0,01-0,05 0,051,5 0,1-1,8

Шелехов 0,01-0,02 0,003-0,01 0,00150,027 0,0010,007 0,020,4 0,03-0,06 1,65,3 0,0060,01 1,625,6

Таежные ландшафты (Шелехов - Слюдянка) н/п.о. 0,0020,018 0,007-0,02 0,0010,006 0,04-0,2 0,01-0,1 0,2-0,8 0,3-1,7

Иркутск, парковая зона 0,0080,025 0,006-0,01 0,00350,023 0,0030,006 0,26-0,63 0,2-0,4 0,72,0 0,0060,02 1,0-2,26

Иркутск-2 -Сортировочный 0,01-0,013 0,007-0,01 0,0060,007 0,0010,004 0,120,27 0,2-0,6 0,71,38 0,82,0

Иркутск - Листвянка 0,008 -0,05 0,0050,015 0,006-0,04 0,002-0,01 0,020,3 0,1 - 0,3 0,5-1,9 0,0005 -0,005 0,5-2,0

Тункинская долина (фоновые станции) 0,01-0,018 0,002 -0,01 0,001-0,02 0,00050,002 0,004-0,1 н/об 0,05-0,8 0,05-0,9

г.Ангарск, центр 0,014-0,05 0,004-0,02 0,001-0,02 0,0020,007 0,01-0,13 0,1-0,3 1,5-3,8 0,0040,008 1,6-3,9

«Усольехимпром» 0,016-0,5 0,01-0,13 0,006-0,04 0,003-0,01 0,19-13,0 1,57,4 3,6-40,6 3,7-40,7

Усолье-Сиб., жилой массив 0,008-0,06 0,004-0,1 0,0070,028 0,0030,007 0,19-1,0 1,0-1,5 3,610,0 0,0130,054 3,6511,0

Черемхово, парковая зона 0,017-0,09 0,003-0,01 0,01-0,02 0,002-0,01 0,09-0,17 н/об 0,0070,01 0,09-0,17

Южная котловина оз. Байкал 0,002-0,01 0,03-0,15

Центральная котловина оз. Байкал 0,0020,005 0,02-0,06

(профили М. Рытый - Турка - Ижимей) они составляли 0,00п мкг/л. Максимальные уровни накопления ртути в снеговой воде за зимний период (до 13 г/км2) отмечены в г. Усолье-Сибирском). Пик антропогенной нагрузки пришелся на середину 90-х годов. Особенно это заметно на станциях наблюдений в городах Приангарья, где концентрация ртути в снеговой воде изменялась в пределах 0,01-0,5 мкг/л.

Средняя величина влажного выпадения ртути в районе комбината «Усольехимпром» за зимний период (3,54 г/км2) практически равна, согласно исследованиям Брюссельского университета в районе озера Байкал, фоновому годовому выпадению (3,7 г/км2 в год) [6]. Допуская, что среднегодовое выпадение ртути близко к зимнему влажному выпаде-

нию, среднегодовое выпадение в районе комбината составит величину порядка 8,57 г/км2 в год. Это в 2,3 раза выше регионального фона.

Получены также концентрации ртути в дождевой воде (табл. 1). На станциях наблюдения (Иркутск, Ангарск, Усолье-Сибирское, Черемхово, Ше-лехов, Листвянка, Култук) было отобрано и проанализировано более 150 проб дождевой воды [7].

По макрокомпонентному составу дождевые воды в основном относятся к гидрокарбонатно-сульфатному кальций-магниевому типу, хлор имеет подчиненное значение, кроме 4 проб в Иркутске и Черемхово, где отмечены дожди хлор-сульфатного типа. В г.Шелехове обнаружено зна-

чительное количество фтора (до 2,0 мг/л). Минерализация дождевых вод в южной части озера Байкал (Култук, Листвянка) составляет 4-8 мг/л, в Черемхово и Шелехове - до 28 мг/л. Минимальная концентрация ртути - 0,0002 - обнаружена в одной из проб п. Листвянка, максимальная - 0,054 мкг/л - в г.Усолье-Сибирском.

Высокие концентрации ртути характерны для района деятельности комбината «Усольехимпром». Это может свидетельствовать о том, что накопленные на промплощадке запасы ртути по-прежнему поддерживают высокий уровень эмиссии ртути в атмосферу в районе крупномасштабного ртутного загрязнения и ее перенос господствующими атмосферными потоками.

Таким образом, получение долговременных рядов наблюдений позволяет прослеживать динамику уровней накопления металлов, в первую очередь ртути, в снеговом покрове на достаточно большой территории и объективно оценивать состояние окружающей среды, её эволюцию и эволюцию регионального фона. Полученные нами величины содержаний ртути и других тяжелых металлов в поверхностном стоке могут быть использованы при балансовых построениях геохимических циклов миграции и оценке загрязнения сопряженных природных сред.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. «Разработка технологии очистки поверхностного стока предприятия «Усольехимпром» на основе результатов аналитической оценки поступления ртути и металлов-экотоксикантов с влажными атмосферными выпадениями (Южное Прибайкалье) / Руш Е. А., Коваль П. В., Удодов Ю. Н., Коро-

лева Г. П., Гапон А. Е., Андрулайтис Л. Д. // Инженерная экология. - 2007. - № 5. - C. 3-15.

2. Лавров С. М. «Влияние применения ртутного электролиза ОАО «Усольехимпром» и «Саян-скхимпром» на загрязнение геологической среды и вод Братского водохранилища» : тез. докл. междунар. конф. «Проблемы ртутного загрязнения природных и искусственных водоемов, способы его предотвращения и ликвидации». -Иркутск. - 2000. - C. 60.

3. Экогеохимия городов Восточной Сибири / ред-кол. : В. Н. Макаров (отв. ред.) и др. ; Рос. АН, Сиб. отд-ние, Ин-т мерзлотоведения. - Якутск, 1993. - 108 с.

4. Геохимические исследования и картографирование снегового покрова Прибайкалья / Пампу-ра В. Д., Ломоносов И. С., Арсентьева А.Г., Га-пон А. Е. // Общая и региональная геология, геология морей и океанов, геологическое картирование : обзор. информация. - М. : МГП «Геоинформмарк ». - Вып. 7. - 1993. - 43 с.

5. Исследование загрязнения снегового покрова как депонирующей среды (Южное Прибайкалье) / Королева Г. П. Горшков А. Г. Виноградова Т. П. Бутаков Е. В. Маринайте И. И. Ходжер Т. В. // Химия в интересах устойчивого развития. - 1998. - № 6. - С. 327-337.

6. M. Leermarkers, C. Meuleman, W. Bayens. Mercury Distribution and Fluxes in Lake Baikal. Global and Regional Mercury Cycles // Sources, Fluxes and Mass Balances. - Kluwer Academic Publishers. - Netherlands, 1996. - P. 303-315.

7. Оценка поступления ртути и металлов-экотоксикантов с влажными атмосферными выпадениями (Южное Прибайкалье) / Руш Е. А., Королева Г. П., Гребенщикова В. И., Анд-рулайтис Л. Д. // Безопасность регионов - безопасность России : материалы Всерос. науч. -практ. конф. - Иркутск : Изд-во ИрГУПС, 2007. - С. 23-26.