Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

ОЦЕНКА ТОКСИЧНОСТИ ПОЧВ ОБЪЕКТОВ РАЗМЕЩЕНИЯ ОТХОДОВ

Янтурин С.И. 1 Прошкина О.Б. 2 Кужина Г.Ш. 1
1 Сибайский институт (филиал) Башкирского государственного университета, Сибай
2 ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», Магнитогорск
Челябинская область занимает лидирующие позиции в РФ по объемам образующихся и накопленных отходов. По количеству образования отходов всех классов опасности г. Магнитогорск занимает 1 место среди областных городов (28,805 млн т), площадь земель города, занятых промышленными отходами составляет 22 %. Нами было проведено биотестирование объекта размещения отходов, в результате эксплуатации шлакоперерабатывающей установки (АМКОМ-2). В снеговом покрове, отобранном в непосредственной близости от установки АМКОМ-2 (200 и 500 м), присутствуют токсические вещества, оказывается острое токсическое действие на тест-объект. При проведении биотестирования водной вытяжки из почвы установлена миграция токсических веществ в почве, поверхностный слой менее токсичен, чем глубинный.
объекты размещения отходов
шлаковые отвалы
биотестирование
мониторинг
дафнии
острое токсическое действие
хроническое токсическое действие
1. Биондикация загрязнений наземных экосистем / под ред. Р. Шуберба. – М.: Мир, 1988. – 350 с.
2. Комплексный доклад о состоянии окружающей природной среды Челябинской области в 2009 году под общей редакцией Министра радиационной и экологической безопасности Челябинской области А.М. Галичина.
3. Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости дафний. ФР.1.39.2007.03222. – М.: АКВАРОС, 2007.

Почва, являясь основным накопителем химических веществ техногенной природы и фактором передачи инфекционных и паразитарных заболеваний, может оказывать неблагоприятное влияние на среду обитания и здоровье человека [1].

В г. Магнитогорске и прилегающих к нему районах почва подвергается интенсивному антропогенному воздействию. Основными факторами, вызывающими ее загрязнение, являются промышленные, бытовые и сельскохозяйственные отходы.

Челябинская область занимает лидирующие позиции в РФ по объемам образующихся и накопленных отходов. По данным государственной статистической отчетности, на начало 2010 года на территории Челябинской области накоплено свыше 4,76 млрд т отходов. В среднем ежегодно на территории области образуется около 90 млн т промышленных отходов, из них 46,9 % используются или обезвреживаются собственными силами предприятий или передаются для этих целей в другие организации.

По количеству образования отходов всех классов опасности г. Магнитогорск лидирует среди областных городов (28,805 млн т); в других городах области этот показатель значительно ниже: Сатка - 20,183 млн ; Коркино - 13,438 млн т; Челябинск - 10,345 млн т. Большую часть образующихся и накопленных отходов составляют отходы черной металлургии в виде шлаков и шламов.

По состоянию на 01.01.2010 года на территории Челябинской области находится 193 объекта размещения отходов производства (включая недействующие), в том числе:

- накопители, шламонакопители (отстойники), шламохранилища - 26 объектов;

- отвалы, золоотвалы, шлакоотвалы, терриконы - 92 объекта;

- полигоны и свалки - 14 объектов;

- навозо- и пометохранилища - 31 объект;

- хвостохранилища - 12 объектов;

- прочие - 18 объектов.

В г. Магнитогорске площадь земель, занятых промышленными отходами, составляет 22 %. На востоке города расположены шламохранилище, отвалы месторождения Малый Куйбас, отвалы Гранитного карьера и Лисьегорский известняковый карьер; на юге - отстойники правобережных очистных сооружений. В черте города расположено 8 крупных карьеров по добыче рудных, общераспространенных и нерудных полезных ископаемых. Карьер горы Магнитной, находящийся в черте города, занимает площадь 1566 га, состоит из 3-х карьеров, самый крупный из которых - Западный, используется в качестве полигона промышленных отходов металлургического комбината, а также других промышленных предприятий. Под шламохранилищами, шлако- и золоотвалами занято 1,9 тыс. га в них накоплено около 162 млн м3 шлаков и шламов, что является источниками вторичного загрязнения атмосферного воздуха и загрязнения почв [2].

В нашей стране сталеплавильные шлаки текущего производства и отвальные перерабатываются по близким схемам. Первичная переработка шлака состоит из операций транспортировки шлака в ковшах от сталеплавильных агрегатов; их кантовки (слива шлака); заливки водой из гидромониторов; отбора электромагнитом скрапа; отгрузки потребителям нефракционированного щебня и отправки шлака на дальнейшую переработку. Вторичная переработка, осуществляемая на специальных установках, предусматривает механическое дробление и измельчение шлака, магнитную сепарацию.

После переработки выделяются магнитные и немагнитные продукты. Недостатками такого способа переработки являются выделения парогазовых сульфидных выбросов при охлаждении твердого и жидкого шлака, а также большие материальные затраты на дробление.

Цель нашей работы оценить влияние техногенного загрязнения, провести биоиндикацию и проанализировать результаты биотестирования объектов размещения отходов, в результате эксплуатации шлакоперерабатывающей установки (АМКОМ-2) для обеспечения экологической безопасности экосистем промышленных зон, связанных с деятельностью металлургических предприятий.

Материалы и методы исследования

Нами в работе был рассмотрен шлаковый отвал III очереди, который был сформирован в период с 30-х до 60-х годов 20-го столетия из отходов металлургического производства. В качестве разновидностей выделены мартеновские шлаки, колошниковая пыль и строительный мусор.

В настоящее время шлаковый отвал представляет собой поверхность, сложенную четырьмя террасами (отметки самой высокой - 413-415 м; низкой террасы - 385 м.)

Площадь нарушенных земель на момент его разработки составляет 58,0 га. На сегодняшний день на этой территории расположены установки механической переработки шлаков АМКОМ-2 и АМКОМ-3.

Токсикологический контроль проводился в аккредитованной лаборатории методом определения показателей смертности и плодовитости ракообразных Daphnia magna [3]. Для этого использовались односуточные экземпляры лабораторной культуры Daphnia, которых подсаживали в тестируемую воду (по 10 штук на 100 см3). После экспозиции 96 часовой продолжительности подсчитывалось количество умерших в пробе Daphnia и производилась оценка острого и хронического токсического действия исследуемых образцов.

Лабораторные эксперименты были проведены в аккредитованной биологической лаборатории Государственного бюджетного учреждения Управления государственного аналитического контроля Республики Башкортостан.

Отбор проб почвы проводился в соответствии с требованиями, указанными в ГОСТ 17.4.3.01-83, ГОСТ 17.4.4.02-84, ГОСТ 28168-89. Размер пробной площадки составлял 10 на 10 м. Нами для эксперимента были отобраны пробы на расстоянии 200; 500; 1000; 1500 и 2000 м от установки АМКОМ-2, на которой осуществляется вторичная переработка шлака. Также были отобраны образцы почвы для приготовления водной вытяжки из нее на расстоянии 200, 500, 1500 м от установки АМКОМ-2 и в городской черте (5 км). Причем образцы отбирали с учетом преобладающего направления ветра и в различных слоях по глубине почвы (0-10 и 30-40 см).

Почва отбиралась методом «конверта», образцы почвы ссыпались на полиэтиленовую плёнку и тщательно перемешивались, квартовались 3 раза (измельчённая почва разравнивалась в виде квадрата, делилась на четыре части, две противоположные части отбрасывались, две оставшиеся перемешивались). После квартования почва разравнивалась, условно делилась на шесть квадратов, из центра которых отобрали примерно одинаковое количество почвы в полотняный мешочек, массой около 1 кг.

Отбор проб снега проводился в соответствии с требованиями, указанными в ГОСТ 17.1.5.05-85. Были отобраны пробы снега на расстоянии 200; 500; 1000; 1500 и 2000 м от установки АМКОМ-2 по преобладающему направлению ветра.

Результаты исследования и их обсуждение

Метод биотестирования наряду с физико-химическими методами применяется при установлении нормативов допустимых воздействий хозяйственной и иной деятельности и осуществлении государственного экологического мониторинга в районах расположения источников антропогенного воздействия.

Биоиндикационная характеристика зоны влияния объектов размещения отходов изучали по пробам снегового покрова.

Опыт по острой токсичности (выражается в гибели организма за короткий промежуток времени - 96 ч), показал 100 % гибель дафний на расстоянии 200; 500 и 2000 м от установки АМКОМ-2 по сравнению с контрольными образцами.

Поэтому были проведены эксперименты с разбавлением исходного материала (снега). Разбавление проводилось на 50, 20 и 10 % от опытного образца. Результаты описанных выше экспериментальных исследований приведены в табл. 1.

Таблица 1

Определение острого токсического действия за 96 часов инкубации талой воды

Расстояние от
АМКОМ-2

Концентрация

рН

[О2], мг/дм3

Гибель тест-объекта

200 м

100 %

9,86

8,5

100 %

50 %

8,74

8,3

100 %

25 %

8,55

8,3

100 %

10 %

8,51

8,5

0 %

500 м

100 %

9,98

8,2

100 %

50 %

9,05

8,3

100 %

25 %

8,72

8,3

100 %

10 %

8,61

8,2

0 %

1000 м

100 %

10,78

7,7

40 %

50 %

9,36

8,2

10 %

25 %

8,93

8,2

0 %

10 %

8,82

8,6

0 %

1500 м

100 %

9,81

7,9

15 %

50 %

8,83

8,1

0 %

25 %

8,59

8,2

0 %

10 %

8,50

8,3

0 %

2000 м

100 %

10,91

8,0

100 %

50 %

9,22

8,3

100 %

25 %

8,94

8,3

100 %

10 %

8,81

8,3

0 %

Биотестирование проб растаявшего снега выполнено в соответствии с методикой определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости дафний [3].

Условия проведения эксперимента: температура в климатостате 22 °С, в помещении 22 °С, освещенность 800 лк.

Результаты биотестирования свидетельствуют о сильном загрязнении снегового покрова токсическими веществами.

Пробы, отобранные на расстоянии 200, 500 и 2000 м от установки АМКОМ-2, оказывают острое токсическое действие на тест-объект при 100, 50 и 25 %-й концентрации, что свидетельствует о высоком уровне загрязнения. Пробы, отобранные на расстоянии 1000 и 1500 м от установки АМКОМ-2, не оказывают острого токсического действия на дафний. При этом следует отметить, что культивирование дафний на талой воде пробы, отобранной на расстоянии 1000 м от установки АМКОМ-2 даже за короткий период (96 час), свидетельствует о хроническом токсическом действии - гибель дафний составляет 40 %.

Для подтверждения результатов проведенных исследований талой воды территории шлакоустановки в летний период нами были отобраны образцы почвы для приготовления водной вытяжки из неё.

Водную вытяжку из почвы готовили в соотношении 1 часть почвы и 4 части культивационной воды для дафний. Экстрацию проводили в течение 2 часов, затем водная вытяжка отстаивалась и отфильтровывалась.

Исследование водной вытяжки всех проб на низшие ракообразные показало, что острого токсического действия (96 часов инкубирования) на тест-объекты не наблюдается. Поэтому решили продолжить эксперимент и исследовать водную вытяжку из почв на хроническое действие, результаты приведены в табл. 2.

Таблица 2

Определение хронического токсического действия водной вытяжки из почв

Номер пробы

Расстояние от АМКОМ-2

Слой почвы

рН

Гибель
тест-объекта

Период гибели тест-объекта

1

200 м

0-10 см

8,6

40 %

10 сутки

2

30-40 см

8,9

50 %

6 сутки

3

500 м

0-10 см

8,6

0 %

14 сутки

4

30-40 см

8,3

30 %

8 сутки

5

1500 м

0-10 см

8,1

0 %

14 сутки

6

30-40 см

8,1

25 %

7 сутки

7

5000 м

0-10 см

8,0

0 %

14 сутки

8

30-40 см

8,0

0 %

14 сутки

Хроническое токсическое действие водной вытяжки из почв отслеживалось по изменению гибели особей на протяжении 14 суток. Зафиксирована гибель тест-объекта пробы №1 на 10 сутки (40 %); пробы №2 на 6 сутки (50 %); пробы №3 на 8 сутки (30 %) и пробы №6 на 7 сутки (25 %).

Не наблюдалась гибель тест-объекта, выращиваемого на водной вытяжке из проб №3; №5; №7 и №8.

В результате проделанных экспериментов выявлены закономерности миграции токсических веществ в почве. Например, пробы №1 и №2, отобранные непосредственно у установки, показывают, что поверхностный слой менее токсичен, чем глубинный. Такие же закономерности и на других расстояниях - пробы №3 и №5 не оказывают хронического действия, а пробы №4 и №6, отобранные на глубине 30-40 см, оказывают хроническое действие на тест-объекты.

Таким образом, в результате экспериментов по биоиндикации установлено влияние территорий районов механической переработки металлургических шлаков, как источника загрязнения окружающей среды.

Выводы

Результаты биотестирования снегового покрова, отобранного в непосредственной близости от установки АМКОМ-2 (200 и 500 м), свидетельствуют наличие токсических веществ, оказывается острое токсическое действие на тест-объект.

При проведении биотестирования водной вытяжки из почвы установлена миграция токсических веществ в почве, поверхностный слой менее токсичен, чем глубинный.

Рецензенты:

Суюндуков Я.Т., д.б.н., профессор, директор ГАНУ «Институт региональных исследований», г. Сибай;

Черчинцев В.Д., д.т.н., зав. кафедрой промышленной экологии и БЖД ФГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», г. Магнитогорск.

Работа поступила в редакцию 26.09.2011.


Библиографическая ссылка

Янтурин С.И., Прошкина О.Б., Кужина Г.Ш. ОЦЕНКА ТОКСИЧНОСТИ ПОЧВ ОБЪЕКТОВ РАЗМЕЩЕНИЯ ОТХОДОВ // Фундаментальные исследования. – 2011. – № 11-1. – С. 194-197;
URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=28974 (дата обращения: 21.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074