Вещества, загрязняющие геологическую среду

С промышленными стоками предприятий черной и цветной металлургии, машиностроения, металлообработки в геологическую среду в результате инфильтрации промышленных стоков и пылегазовых осадков, накопленных в осадках, поступают хлориды, магний, кальций, карбонаты, нитраты, нитриты, аммоний, железо, фтор, медь, свинец, цинк, мышьяк, марганец, молибден, титан, никель, ртуть, алюминий, кадмий, кремнекислота, фосфаты, цианамиды, сульфиды, фенолы, дитиофосфаты, ксантогепаты, амины, анилин, формальдегид, бензол, нефтепродукты и др.

С промышленными стоками, выбросами горнодобывающих, горно-обогатительных предприятий и ГРЭС на рассматриваемую территорию за счет поверхностного стока р. Грушевки и ее притоков поступают взвешенные минеральные вещества с повышенной концентрацией микрокомпонентов и некоторых элементов, содержащихся в углях и вмещающих породах, также в таких водах обнаруживаются хлориды, сульфаты, бром, йод, калий, натрий, кальций, железо, нефтепродукты.

Со сточными водами химических предприятий в геологическую среду поступают красители, смолы, фенолы, тетраэтилсвинец, дихлорэтан, синтетические жирные кислоты, спирты, нефтепродукты, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), сульфаты, хлориды, фосфаты, натрий, кальций, сероводород и др.

Сельскохозяйственное загрязнение связано с выносом из почвы ядохимикатов и удобрений. Наиболее опасные из них (хлорорганические пестициды), обладающие высокой токсичностью, подвижностью и способностью к аккумуляции, обнаруживаются практически во всех объектах природной среды.

Для коммунально-бытовых отходов характерны повышенные содержания H₂S, органических кислот, альдегидов, B, Cd, Hg, Cu, Pb, Zn, Cr, Ni, СПАВ и микроорганизмов. При разложении бытовых отходов в окислительных условиях подземные воды обогащаются Cl^–, SO₄^2–, P₂O₄^3–,Na⁺, K⁺, Fe²⁺, Mn²⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, NO₃^–, повышается минерализация подземных вод, жесткость, температура. В восстановительных условиях разложение твердых бытовых отходов не доходит до конца, и подземные воды обогащаются промежуточными продуктами разложения – альдегидами, жирными кислотами, сульфидами, CO₂, H₂S, S, N₂, NO₂^–, Fe²⁺, NH₄⁺ и др. В подземные воды попадает большое количество анаэробных бактерий и микроорганизмов.

С транспортными средствами связано повышенное содержание свинца, кадмия, нефтепродуктов и других элементов.

Экологическое состояние геологической среды

Атмосферный воздух

По величине валовых выбросов от стационарных ис­точников г. Новочеркасск входит в «приоритетный» список наиболее загрязненных городов России [17]. Основными предприятиями-загряз­нителями атмосферы в городе являются: Новочеркасская ГРЭС (региональный источник загрязнения), АО «НЭЗ», НЗСП, АО «НЭВЗ», Нефтемаш. При этом НчГРЭС является третьей по мощности и второй по объему выбросов тепловой электростанцией в РФ: на ее долю приходится 1 % всех выбросов тепловой энергетики в РФ, 89 % всех выбросов в г. Новочеркасске и более 50 % – в Ростовской области.

В атмосферу города выбрасывается более 140 органических и неорганических химических веществ, для 120 из них имеются ПДК (предельно-допустимая концентрация) или ОБУВ (ориентировочный безопасный уровень воздействия), более 40 веществ – I и II класса опасности. По объему выбросов эти вещества ранжируются следующим образом: сернистый ангидрит, оксид углерода, диоксид азота, взвешенные вещества, угольная зола, углеводороды, ксилол, циклогексан, уайт-спирит и др.

Наиболее весомыми являются выбросы сернистого ангидрита, на долю которого приходится более 50 % валового выброса предприятий города и пыль различного химического состава (более 30 % выбросов).

С выбросами в атмосферу города поступают также следующие вещества, приоритетные по токсичности (в соответствии со списком приоритетных химических веществ Европейского бюро ВОЗ): 3,4 бенз(а)пирен, бензол, пятиокись ванадия, формальдегид, взвешенные вещества, хлористый винил, дихлорэтан, марганец, никель, озон, диоксид азота, сернистый ангидрит, оксид углерода, свинец, сероводород, стирол, трихлоритэтилен, толуол, хром.

Загрязнение воздушного бассейна города специфическими вредными веществами определяется преимущественно деятельностью заводов электродного и синтетических продуктов, выбрасывающих соответственно 12 и 37 специфических загрязняющих веществ.

Анализ результатов стационарных наблюдений за содержанием специфических загрязнителей (в т.ч. тяжелых металлов), которые проводятся городским центром мониторинга с 1995 г., показал, что при частичной работе предприятий максимальные разовые концентрации никеля превышают ПДК в 22 раза, свинца – в 13,6, меди – в 12,5, цинка – в 8,4 раза, кобальта – в 8 раз, кадмия – в 1,8 раза. Среднемесячные концентрации превышали ПДК по содержанию свинца, никеля, меди, кобальта, кадмия и цинка. Содержание марганца и железа находилось в пределах ПДК. ПДК_м.р. (максимально разовая ПДК) по бенз(а)пирену была превышена в 38,4 раза.

Почвенный покров

По данным ландшафтно-геохимических исследований, проведенных в 1991–94 гг., территория города представляет собой сложную мозаичную полиэлементную геохимическую аномалию с высокой концентрацией токсичных элементов-поллютантов, особенности которой в основных районах города различны.

В бывшем Промышленном районе приоритетными загрязнителями являются цинк, медь, свинец. Кроме этих элементов в комплексном спектре загрязнения участвуют молибден, серебро, литий, олово, фосфор, ванадий.

Весьма высокая степень загрязнения почв отмечена на территории бывшего Первомайского района. По основным трем металлам-поллютантам (Zn, Pb, Cu) практически вся территория района характеризуется показателями загрязнения, превышающими ПДК (ОДК) по сумме или по одному металлу. В комплексный спектр загрязнителей входят также серебро, литий, фосфор, олово, молибден, ниобий, стронций, барий, кобальт и хром. Такие редко встречающиеся элементы, как сурьма, кадмий, висмут, мышьяк и вольфрам, не имеют площадного распространения, но образуют точечные высокоактивные аномалии.

Наряду с загрязнением токсичными металлами в почвах города накоплено большое количество органических токсикантов. Идентифицировано более 70 соединений, в основном полиароматической структуры. Особую опасность представляет бенз(а)пирен, концентрации которого во много раз превышают ПДК.

Промышленные предприятия и загрязненные ими земли являются источником загрязнения почвенного покрова пригородов и окрестностей города.

Существенный вклад в загрязнение почв города и его окрестностей вносит НчГРЭС (около 30 %).

Поверхностные воды

Водотоки г. Новочеркасска – реки Тузлов, Аксай, Грушевка, Кадамовка, балки Западенская и Тангаши были объектами детальных гидрохимических и гидробиологических исследований, проведенных в 1991–94 гг. Такие исследования выполнялись на 32 створах, расположенных на самих объектах, а также на водовыпусках сточных вод и включали изучение содержаний и компонентного состава специфических загрязняющих веществ.

Химический состав воды р. Тузлова на территории города формируется в значительной степени под влиянием основных ее притоков – р. Грушевки, б. Тангаши и р. Кадамовки, а также сточных вод, сбрасываемых очистными сооружениями АО «НЭВЗ», в/ч 13822 и Кадамовскими очистными сооружениями. В наибольшей мере р. Тузлов загрязнена нефтепродуктами, максимальная концентрация которых приурочена к местам сбросов сточных вод с Кадамовских очистных сооружений и достигает 11 ПДК. Стабильное превышение ПДК зафиксировано по содержанию меди (7,4–16 ПДК) и марганца (до 5 ПДК), максимальные концентрации металлов установлены ниже сбросов очищенных сточных вод АО «НЭВЗ».

Вода р. Грушевки выше г. Новочеркасска загрязняется шахтными водами, что определяет ее сравнительно высокую минерализацию (более 2 г/дм³) и концентрацию сульфатов (840–1050 мг/дм³). Содержание нефтепродуктов превышает величину ПДК в 2,4–3,8 раз, максимально – в 8 раз. Приоритетными тяжелыми металлами, загрязняющими реку, являются медь (9–18 ПДК) и марганец (2,5–3,4 ПДК). Содержание ПАУ достигает 4,4–6,5 ПДК (880–1300 мг/дм³).

В р. Аксай после впадения р. Тузлов наблюдается значительное (в 2–3 раза) повышение минерализации и сульфатов. Приоритетное вещество, загрязняющее воду реки – медь (среднегодовые концентрации 6,2–15,8 ПДК). Содержание ПАУ достигает 2,5–10 ПДК, в местах сброса сточных вод предприятий – до 70 ПДК. Компонентный состав ПАУ насчитывает 26–40 соединений, в их числе бенз(а)пирен, концентрации которого выше ПДК в 15–35 раз.

В целом, анализ результатов свидетельствует об экологическом неблагополучии водных объектов города.

Грунтовые воды

Процессы подтопления

Наиболее распространенным и динамичным нарушением геологической среды является подтопление грунтовыми водами. На застроенной территории г. Новочеркасска подтопление – один из самых значительных ущербообразующих процессов, осложняющих нормальную жизнь горожан, условия строительства и эксплуатации различных сооружений.

Процесс подтопления в бывших Первомайском и Промышленном районах имеет различную генетическую природу и различные масштабы проявления. Такое различие обусловлено не только причинами техногенного характера, но и особенностями геолого-гидрогеологи­ческих условий. Генетически разнородные части города – плиоцен-четвер­тичное плато, поднятое над окружающей территорией, и аллювиальная плоская равнина имеют и различные гидрогеологические условия. Кроме того, старая часть города и построенная в послевоенное время промышленная зона различаются также характером застройки, особенностями промышленного и хозяйственного освоения.

Природные условия благоприятствуют развитию подтопления: территория сложена слабопроницаемыми грунтами, которые подстилаются водоупорными слоями (скифскими или аллювиальными глинами) и характеризуются затрудненным поверхностным и подземным стоком.

Подтопление промышленной части города было предопределено в связи с неудачным выбором места застройки (низкие террасы р. Тузлова), слабой естественной дренированностью территории и размещением крупных промышленных предприятий (НЭЗ, НЭВЗ, I очередь НЗСП) вдоль тылового шва I надпойменной террасы.

Подтопление бывшего Первомайского района города также в значительной мере обусловлено естественными факторами, в частности, барражным эффектом кровли скифских глин. Дополнительное техногенное питание грунтовых вод усиливает масштабы подтопления.

По данным районирования городской территории по степени подтопления установлено, что 40 % всех фундаментов в городе постоянно подтоплены грунтовыми водами, 15 % подтапливаются периодически (в основном в весенне-осенний паводок, после сильных дождей), 5–10 % – затапливаются эпизодически (в наиболее дождливые и снежные годы). У 25 % всех фундаментов расстояние от подошвы фундамента до уровня грунтовых вод постоянно менее 2,5 м (высота подъема капиллярной каймы в грунтах основания). Таким образом, в относительно благополучной обстановке (лишь с точки зрения коррозии) находятся только 10 % всех фундаментов.

Загрязнение грунтовых вод

В пределах территории г. Новочеркасска, насыщенной крупными промышленными предприятиями и находящейся под воздействием выбросов НчГРЭС, особое место в загрязнении грунтовых вод занимают тяжелые металлы. Из-за низкой регенеративной способности грунтовых вод по сравнению, например, с поверхностными, их загрязнение металлами следует рассматривать как опасный фактор риска, усугубляющийся тем, что грунтовые воды дренируются разветвленной речной сетью и могут служить источником ее загрязнения.

Кроме того, в связи с небольшими (преимущественно) глубинами залегания грунтовых вод последние в условиях полуаридного климата могут служить вторичным источником загрязнения зоны аэрации и почвенного покрова. В целом же загрязнение грунтовых вод металлами, особенно тяжелыми, крайне нежелательно вследствие их высокой токсичности.

Загрязнение грунтовых вод тяжелыми металлами носит мозаичный характер с предельно возможным (от низкого до экстремального) диапазоном уровня загрязнения. При этом ореолы наиболее высокого загрязнения приурочены к промышленным предприятиям. Превышение ПДК в грунтовых водах обнаружено для таких металлов, как свинец (8 раз), алюминий (2,5), марганец (1,75), никель (1,4), железо (1,3).

В составе грунтовых вод выявлен широкий спектр летучих и нелетучих углеводородов. К приоритетным токсикантам, присутствующим в большинстве проб грунтовых вод в концентрациях выше ПДК, относятся нефтепродукты (НФП), полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). В составе ПАУ идентифицировано до 20 различных компонентов этого класса, в т. ч. 16 приоритетных, обладающих токсичными и канцерогенными свойствами.