Система индикаторов комплексного загрязнения природной среды в зонах техногенного воздействия ТЭС

ВЕСТНИК 1/2011

СИСТЕМА ИНДИКАТОРОВ КОМПЛЕКСНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ В ЗОНАХ ТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ТЭС

THE SYSTEM OF INDICATORS OF GENERAL ENVIRONMENTAL POLLUTION IN TECHNOGENIC IMPACT ZONES OF THE THERMAL POWER PLANTS

А.Ф. Брюхань A.F. Bryukhan

ЗАО «Центр-Инвест»

Обосновывается возможность использования количественных характеристик загрязнения снежного покрова, а также аккумуляции загрязняющих веществ в биоте и донных отложениях в качестве индикаторов общего загрязнения ландшафтов в зонах техногенного воздействия ТЭС

The possibility of the use of quantitative pollution characteristics of snow cover, as well as pollutants accumulation in biota and bottom sediments, as indicators of the general pollution of landscapes in technogenic impact zones of the thermal power plants is grounding

1. ВВЕДЕНИЕ

Действующими требованиями к производству инженерно-экологических изысканий для строительства ТЭС предусматриваются многокомпонентные геоэкологические исследования в зонах техногенного воздействия (ЗТВ) ТЭС. В ряде случаев, например для оценки общего техногенного загрязнения территорий, прилегающих к ТЭС, проведение масштабных и детальных геоэкологических исследований нецелесообразно. Таким образом, возникает задача установления степени загрязнения ландшафтов по ограниченному числу показателей (индикаторов).

Результаты инженерно-экологических изысканий в районе размещения нескольких ТЭС [1] позволяют проанализировать воздействия ТЭС на компоненты природной среды и выявить те из них, которые наиболее полно характеризуют общее загрязнение ландшафтов. Такие воздействия можно интерпретировать как индикаторы комплексного загрязнения природной среды в ЗТВ ТЭС.

2. ИНДИКАТОРЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ В ЗТВ ТЭС

Принимая во внимание результаты инженерно-экологических изысканий на различных объектах электроэнергетики [1], можно выделить основные потенциальные индикаторы загрязнения:

- загрязнение снежного покрова;

- аккумуляцию загрязняющих веществ (ЗВ) в биоте;

1/2П11 ВЕСТНИК

_угогт_мгсу

- аккумуляцию ЗВ в донных отложениях;

- радиационное загрязнение территорий.

Ареал загрязнения территорий вблизи ТЭС сравнительно легко выявляется с помощью космических снимков снежного покрова [1]. Количественную оценку интенсивности осаждения ЗВ в снежный период можно получить путем отбора проб снега. С учетом последующего загрязнения других ландшафтных компонентов (почвы, поверхностных и подземных вод, растительности), уровень загрязнения снежного покрова можно интерпретировать как индикатор геоэкологического состояния территории.

Известно, что представители биоты, например, клевер, грибы и рыба, способны аккумулировать в себе большие количества тяжелых металлов и других опасных ЗВ [2, 3, 5]. Тем самым, они играют роль биологического индикатора техногенного загрязнения.

Еще одним индикатором техногенного загрязнения ландшафтов являются донные отложения, в которых накапливаются ЗВ, попадающие в водные объекты различными способами: в результате осаждения зольных и аэрозольных частиц из атмосферы, сброса загрязненных сточных вод, эрозии почв и смыва ЗВ с поверхности почвы водосборных бассейнов.

Радионуклиды, содержащиеся в топливе ТЭС, после его сжигания выбрасываются с золовыми частицами из дымовых труб в атмосферу, а затем выпадают с ними на земную поверхность. Согласно [4], угольная ТЭС средней мощности выбрасывает в атмосферу около 3-4 т урана в год. Кроме урана в выбросах ТЭС также присутствуют Ra-226, Po-210, Pb-212, Pb-214 и другие естественные радионуклиды (ЕРН) [6]. Таким образом, для угольных, и в меньшей степени, мазутных ТЭС, индикатором общего загрязнения техногенных ландшафтов может также являться радиационное загрязнение территорий.

На первый взгляд может показаться, что к системе индикаторов техногенного загрязнения можно отнести также уровень загрязнения замкнутых водных объектов, поскольку ЗВ попадают в них в результате смыва дождевыми и талыми водами со всей территории бассейнов водоемов. Однако помимо сточных вод, обусловленных функционированием ТЭС, в водоемы попадают также очищенные воды других хозяйствующих субъектов, и, кроме того, сточные воды со свалок и захламленных территорий. Поэтому практически невозможно идентифицировать вклад ТЭС в общее загрязнение вод водоемов.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ

Указанные выше потенциальные индикаторы исследовались на основе первичных данных, полученных в рамках инженерно-экологических изысканий в районе золоот-вала № 4 Черепетской ГРЭС, на площадке Мордовской ГРЭС и на участке склада сухой золы ТЭЦ-22 ОАО «Мосэнерго». Отбор проб на исследуемых территориях проводился согласно действующим нормативным требованиям. Химические анализы образцов снеговой воды, растительности, рыбы, донного ила выполнялись в ВИМС им. Н.М. Федоровского и ООО «Эко-Дизайн Инжиниринг». Анализы образцов почвы на содержание радионуклидов проводились соответствующими территориальными подразделениями Роспотребнадзора. Измерения мощности эквивалентной дозы (МЭД) внешнего гамма-излучения проводились ПНИИИСом и ООО «Тэпизыскания» в рамках полевых работ, предусмотренных инженерно-экологическими изысканиями. Основные сведения об инженерно-изыскательских работах приведены в табл. 1.

ВЕСТНИК ^/20!!

Таблица 1

Основные сведения об инженерно-изыскательских изысканиях на объектах ТЭС

Объекты ТЭС Годы выполнения работ Изыскательские организации

Золоотвал № 4 Черепетской ГРЭС 2004 пнииис

Площадка Мордовской ГРЭС 2004-2005 ООО «Тэпизыскания»

Участок склада сухой золы ТЭЦ-22 2006-2007 ООО «Тэпизыскания»

3.1. Снежный покров

Уровень загрязнения ландшафтов определяется главным образом интенсивностью выпадения ЗВ, выбрасываемых из дымовых труб предприятий на земную поверхность. Поскольку при сходе снежного покрова загрязняющие агенты проникают в почву, поверхностные и подземные воды, и кроме того, усваиваются растительностью, ареалы загрязнения снежного покрова характеризуют комплексное загрязнение ландшафтов. Необходимо отметить, что идентификация ЗТВ ТЭС описанным способом возможна лишь для тех территорий и сезонов, где формируется устойчивый снежный покров. Для территорий со снежным покровом при его отсутствии в теплое время года информацию о ЗТВ может дополнить роза ветров.

Повышенная интенсивность выпадения загрязняющих агентов вблизи ТЭС подтверждается лабораторными анализами результатов снегомерных съемок. В работе [1] на примере территории, прилегающей к Черепетской ГРЭС, установлено, что количество ЗВ, выпадающих на земную поверхность вблизи ТЭС, может на порядок превышать фоновое значение. Значительные различия в количестве осажденных ЗВ в пробах, отобранных в пределах и за пределами ЗТВ, указывает на возможность использования показателя загрязнения снежного покрова в качестве индикатора загрязнения техногенных ландшафтов.

3.2. Биота

При выборе точек отбора проб учитывались их удаленность от ТЭС, среднегодовая роза ветров, характер рельефа и почвенного покрова территории, расположение населенных пунктов, дорожных коммуникаций и другие факторы.

В процессе полевых изыскательских работ были отобраны следующие пробы:

- 11 проб стеблей и листьев клевера, 4 пробы грибов, 2 пробы рыбы (в районе золоотвала № 4 Черепетской ГРЭС);

- 9 проб злаков (стеблей и корней растений), 1 смешанная пробы рыбы (в районе площадки Мордовской ГРЭС).

Черепетская ГРЭС. Пробы клевера были подвергнуты атомно-абсорбционному анализу на 11 элементов. Было установлено, что во всех исследованных пробах содержание нормируемых вредных веществ значительно ниже ПДК. В районе ГРЭС также выполнен отбор трех проб съедобных грибов. Кроме того, отобрана четвертая фоновая проба в окрестностях г. Одоева (23 км к юго-востоку от ГРЭС). Для определения содержания вредных веществ в рыбе были выловлены караси из пруда, находящегося вблизи золоотвала № 4 и толстолобик, выловленный в Черепетском водохранилище. По результатам лабораторных анализов проб клевера, грибов и рыбы было установле-

1/2011 ВЕСТНИК

_1/го12_мгсу

но, что уровень нх химического загрязнения незначителен и удовлетворяет нормативным требованиям, устанавливаемым для кормовых сельскохозяйственных культур и пищевых продуктов.

Мордовская ГРЭС. Образцы злаков, отобранные в районе площадки Мордовской ГРЭС, исследовались на содержание 67 химических элементов масс-спектральным и атомно-эмиссионным методами. По результатам химических анализов было установлено, что содержание металлов в пробах растительности изменяется в широких пределах. В районе площадки ГРЭС из р. Мокши также была также отобрана смешанная проба рыбы (окуня и плотвы). По результатам анализа было установлено, что содержание металлов в пробе (за исключением ртути) оказалось значительно ниже ПДК.

Сравнение концентраций металлов в пробах растительности с результатами определения концентраций металлов в образцах пахотного слоя почвы, отобранных в тех же точках, что и образцы растительности, показывает значительное превышение содержания металлов в растительности над их содержанием в почве (в несколько раз). Это обстоятельство подтверждает известное свойство живых организмов, в том числе и растительных [2], накапливать металлы, рассеянные в среде их обитания. Также оказалось, что концентрации металлов в рыбе значительно выше, чем в воде тех водных объектов, откуда она была выловлена. Несмотря на значительную техногенную нагрузку на территорию размещения Черепетской ГРЭС, уровень аккумуляции вредных веществ в биоте сохраняется в пределах нормативных требований. В сравнении с территорией размещения Черепетской ГРЭС район площадки Мордовской ГРЭС характеризуется более высоким уровнем загрязнения.

3.3. Донные отложения

Черепетская ГРЭС. Результаты химических анализов 18 проб донных отложений (ила) на содержание подвижных форм тяжелых металлов показали, что во всех образцах содержание металлов значительно ниже соответствующих ПДК, установленных для грунтов.

Согласно санитарным критериям для почв (для донных отложений подобные нормативы не разработаны), категории микробиологического и паразитологического загрязнения 4 образцов донных отложений оказались следующими: по индексу бактерий группы кишечных палочек - от умеренно опасной до опасной; по индексу энтерококков - от чистой до опасной; по индексу патогенных бактерий, включая сальмонелл, - чистая; по коли-индексу - от чистой до умеренно опасной; по количеству яиц гельминтов - чистая. Анализ результатов оценки биологического загрязнения показывает, что в большей степени загрязнен донный ил ручьев, протекающих вблизи несанкционированной свалки твердых бытовых отходов.

Мордовская ГРЭС. В процессе полевых работ выполнено опробование донного ила (6 проб) рек Мокши и Рябки. Концентрации вредных веществ в донных отложениях оказались сравнительно невысокими. Донный ил обеих рек загрязнен примерно одинаково. В большей степени загрязнены донные отложения р. Рябка, где отмечаются относительно более высокие концентрации 2п, Ве, Со, N1, Си, Ва, Мп.

Сравнение результатов по территориям двух объектов показало, что донные отложения рек Мокши и Рябки загрязнены сильнее, чем донные отложения водных объектов, находящихся в ЗТВ Черепетскогй ГРЭС. В целом по обеим исследуемым территориям установлено, что концентрации металлов в донных отложениях превышают их концентрации в пахотном слое почвы.

ВЕСТНИК 1/2011

3.4. Радиационное загрязнение территорий

Черепетская ГРЭС. При проведении полевых работ проведен отбор 5 проб почвы, 2 проб золы из золоотвала № 4 и 6 проб донных отложений на лабораторное исследование удельной активности EPH и Cs-137. Согласно результатам анализа, радиоактивного загрязнения исследованных образцов не установлено. В то же время, в трех образцах техногенной почвы и золы выявлено относительно повышенное содержание радионуклидов Ra-226 и Th-232 (38-74 Бк/кг и 42-60 Бк/кг соответственно). Для оценки внешнего гамма-фона проводилась маршрутная (пешеходная) гамма-съемка с одновременным использованием поискового гамма-радиометра СРП-97. Результаты измерений показали, что на исследуемой территории МЭД внешнего гамма-излучения изменяется в пределах 0.09-0.19 мкЗв/ч и не превышают допустимого уровня. Вместе с тем, вблизи золоотвала гамма-фон, оставаясь незначительным, слегка превышает его значения в отдельных точках измерения.

ТЭЦ-22. Для оценки радиационного загрязнения почв и грунтов на участке склада сухой золы проводились измерения удельной активности EPH и Cs-137 в 27 пробах. Пробы почвы отбирались в пахотном слое почвы, а пробы грунта - с глубины 1.0-9.0 м. Согласно результатам лабораторных исследований, содержание EPH и Cs-137 в образцах не превышают допустимого уровня. При проведении радиометрического обследования источников ионизирующего излучения и участков с повышенными уровнями гамма-фона не обнаружено. Результаты измерений показали, что МЭД внешнего гамма-излучения изменяется в пределах 0.09-0.16. Таким образом, гамма-фон на исследуемом участке не отличается от присущего данной местности естественного гамма-фона.

Результаты радиационных исследований территорий Черепетской ГРЭС и ТЭЦ-22 указывают на бесперспективность использования уровня радиационного загрязнения в качестве индикатора общего загрязнения техногенных ландшафтов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основе результатов инженерно-экологических изысканий в районе размещения различных ТЭС выполнен анализ возможности использования ряда количественных показателей загрязнения снежного покрова, биоты, донных отложений, а также радиационного загрязнения территорий, в качестве индикаторов общего загрязнения ландшафтов в ЗТВ ТЭС.

2. Химический анализ проб снега показывает резкое уменьшение количества осажденных загрязняющих агентов от центральной части ЗТВ Черепетской ГРЭС к ее периферии.

3. Для территорий размещения Черепетской и Мордовской ГРЭС установлено, что концентрации металлов, аккумулируемых в растительности (клевере и злаках), ниже ПДК для кормовых сельскохозяйственных культур. При этом концентрации металлов в растительности значительно превышают их концентрации в почве. Лабораторные анализы образцов грибов и рыбы, отобранных в районе Черепетской ГРЭС, также показали незначительный уровень их химического загрязнения и его соответствие нормативным требованиям, устанавливаемым для пищевых продуктов. Наряду с этим, в пробе рыбы, выловленной в районе площадки Мордовской ГРЭС, обнаружено высокое содержание ртути.

4. Установлено, что концентрации металлов в донных отложениях территорий размещения Черепетской и Мордовской ГРЭС превышают соответствующие концентрации в пахотном слое почвы.

1/2П11 ВЕСТНИК

_угогт_мгсу

5. Исследование радиационного загрязнения территорий Черепетской ГРЭС и ТЭЦ-22 показало бесперспективность использования уровня радиационного загрязнения в качестве индикатора общего загрязнения ландшафтов.

6. Результаты проведенного исследования обосновывают возможность использования следующих индикаторов загрязнения ландшафтов в ЗТВ ТЭС (в порядке их значимости): снежного покрова, биоты, донных отложений.

Литература

1. Брюхань А.Ф., Брюхань Ф.Ф., Потапов А.Д. Инженерно-экологические изыскания для строительства тепловых электростанций. - М., изд-во АСВ, 2010. - 192 с.

2. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение. - Новосибирск, Наука, 1991. -151 с.

3. Кабата-Пендиас А., Пендиас X. Микроэлементы в почвах и растениях. - М., Мир, 1989. - 439 с.

4. Рихванов Л.П. Общие и региональные проблемы радиоэкологии. - Томск, изд-во Томского политехнического университета, 1997. - 384 с.

5. De Andrade V.M., Da Silva J. R., Da Silva F.R. et al. Fish as bioindicators to assess the effects of pollution in two southern Brazilian rivers using the Comet assay and micronucleus test // Environmental and Molecular Mutagenesis. 2004. Vol. 44, p. 459-468.

6. Mandal A., Sengupta D. Radioelemental study of Kolaght, thermal power plant, West Bengal, India: possible environmental hazards // Environmental Geology. 2003. Vol. 44, p. 180-186.

References

1. Bryukhan A.F., Bryukhan F.F., Potapov A.D. Engineering Surveying for construction of thermal power plants. - M., ASV, 2010. - 192 pp.

2. Ilyin V.B. Heavy metals in the system soil-plant. - Novosibirsk, Nauka, 1991. - 151 pp.

3. Kabata-Pendias A., Pendias X. Microelements in soils and plants. - M., Mir, 1989. - 439 pp.

4. Rikhvanov L.P. General and regional problems of Radioecology. - Tomsk, Tomsk Politech-nical University, 1997. - 384 pp.

5. De Andrade V.M., Da Silva J. R., Da Silva F.R. et al. Fish as bioindicators to assess the effects of pollution in two southern Brazilian rivers using the Comet assay and micronucleus test // Environmental and Molecular Mutagenesis. 2004. Vol. 44, p. 459-468.

6. Mandal A., Sengupta D. Radioelemental study of Kolaght, thermal power plant, West Bengal, India: possible environmental hazards // Environmental Geology. 2003. Vol. 44, p. 180-186.

Ключевые слова: зона техногенного воздействия, тепловая электростанция, загрязнение, природная среда, инженерно-экологические изыскания, индикатор загрязнения природной среды, ландшафт, снежный покров, биота, донные отложения

Key words: technogenic impact zone, thermal power plant, pollution, environment, Engineering Surveying, indicator of environmental pollution, landscape, snow cover, biota bottom sediments

Почтовый адрес: 141100, Московская обл., г. Щелково, Пролетарский пр-т, 8-а

Тел. (926)283-98-81 E-mail: vwv@land.ru

Рецензент: Егоренков Леонид Иванович, доктор географических наук, профессор, Московский государственный областной университет