Аннотация
Стаття присвячена питанням стану навколишнього середовища та впливу вугільних шахт на водне середовище та ґрунти на прикладі шахти ім. Калініна. На основі обробки різних даних аналізується роль ландшафтів та рельєфу на характер просторового розповсюдження забруднюючих речовин.
Среди всех отраслей промышленности Украины самой характерной для восточной части страны в целом и Донецка в частности является угледобывающая промышленность. За время активного развития угледобывающих предприятий в зону влияния горных работ попало более 15000 км2 территории Донецкой, Луганской и Днепропетровской областей. За время работ сформировались зоны развития (до уровня 50-100 м) локальных депрессионных воронок в карбоне. Одним из основных негативных последствий подземной разработки является нарушение состава почв и изменение геохимических связей в геологической среде. Исследование изменения состава почв и распределение геохимических аномалий позволяет определить источники загрязнения. Повторные отборы проб и исследования дают возможность определить характер и тенденции опасных геохимических процессов во времени. Результаты комплексных исследований позволяют разработать мероприятия по снижению уровня загрязнения изучаемых компонентов окружающей среды.
В данной работе проведена оценка загрязнения почво-грунтов и вод в пределах шахтного поля ОП «Шахта им. М.И. Калинина». Шахта является комплексным источником загрязнения в восточной части города Донецка (Калининский район). Предприятие имеет обширную площадь влияния на левом берегу реки Кальмиус. В эту площадь входит городская зона рекреации и многочисленные жилые застройки. На территории самой шахты расположены обычные для подобного предприятия источники загрязнения: стволы, складские помещения, мастерские, погрузочные пункты, рельсовые пути. К северо-востоку от промплощадки расположен породный отвал (складирование породы происходит с 1962 года). С северной стороны к террикону прилегает балка Игнатьевская. Общий уклон поверхности направлен на запад в сторону реки Кальмиус. Абсолютные отметки земной поверхности колеблются от 186,3 м, в районе верхней части породного отвала, до148 м в пойме р. Кальмиус.
Геохимические исследования нами проведены в несколько этапов. На первом этапе точки отбора проб почв (на двух уровнях по глубине) были сопоставлены с расположением овражно-балочной сети, отвалами, производственными зданиями и т.д. Затем на основе данных о ПДК (мг/кг) и региональном фоне были рассчитаны коэффициенты концентрации тяжелых металлов. При этом в качестве регионального фона использовались средние содержания элементов в почвах заповедника Приазовья. Далее по комплексу элементов был рассчитан суммарный показатель загрязнения для каждой точки отбора проб. По результатам расчетов с помощью компьютерной программы Surfer были построены многочисленные карты распределения элементов по площади.
Анализ полученных карт позволил выделить 2 группы элементов. В первую группу входят элементы, для которых характерна концентрация в почвах до глубины 0,2 м: Ag, Ba, Cu [1,2]. Во вторую группу вошли элементы, которые концентрируются больше в грунтах на глубинах 0,2 -0,5 м. К последним отнесены: Pb, Nb, Mn, Sn, Zn. Распределение геохимических аномалий по площади указывает на приуроченность их к основным источникам загрязнения: породным отвалам на востоке и севере участка, промплощадке на юге. Отмечается и влияние долины реки Кальмиус, где также отмечаются аномалии геохимических элементов. Такое распределение элементов в почвах отмечалось во многих работах, связанных с оценкой загрязнения почв [3, 4].
Особый интерес представляет распределение по площади концентраций Pb (рис. 1). Как можно заметить из приведенного рисунка, аномалии Pb с превышением ПДК в 2 и 3 раза приурочены к промплощадке самой шахты, в зоне влияния шахтных стволов, а также в южной части карты. В южной части изучаемой площади расположен частный сектор и автомобильные дороги с большой загруженностью транспортом.
На северо-западе прослеживается связь аномалий с породным отвалом и прудом. Отмеченный пруд является последним в каскаде прудов-отстойников шахтных вод.
Нами выявлены в почво-грунтах аномальные концентрации Ge. Этот элемент является характерным элементом для пласта h10, который разрабатывается шахтой в данный момент. Хотя этот элемент не является токсичным, изучение его распределения по отношению к другим элементам позволяет определить источники загрязнения.
Рисунок 1 – Площадное распределение концентраций Pb в почво- грунтах поля шахты им. Калинина (в значениях, кратных ПДК)
Нами установлено, что большинство аномалии Ge совмещаются с аномалиями других элементов, которые относятся к опасным загрязнителям почв. Из этого следует, что основным источником загрязнения здесь является угледобывающая деятельность шахты.
По суммарному показателю загрязнения исследуемый участок отнесен к умеренно опасной территории, для которой значение Zc находится в пределах 16.
Исследования состава шахтных вод было проведено у места сброса их в первый пруд-отстойник и далее по каскаду.
Изучался состав вод на входе в отстойник, далее после очищения перед хлорированием и, наконец, перед сбросом в пруд в балке Игнатьевская.
Проведен также анализ состава вод после очистки в разные сезоны года. В качестве примера на рисунке 2 приведено поведение нитратов в водах в течение нескольких лет. Концентрации здесь пронормированы по ПДС.
Рисунок 2 – Коэффициент концентрации нитратов в воде перед сбросом в водотоки
Содержание нитратов в шахтных водах связывают с распадом продуктов растительного и животного происхождения [5].
Как видно из рисунка, до 2013 года была намечена тенденция увеличения содержания нитратов, затем концентрации стабилизировались и стали несколько снижаться. В целом можно сказать, что за 4 года прослеживается незначительное повышение содержания данного компонента в очищенной и готовой к сбросу в водотоки шахтной воде.
Превышают ПДС и концентрации хлоридов, которые начали расти с осени 2010 года.
Анализ показал, что за 4 года содержание сульфатов в шахтной воде незначительно снизилось, тогда, как содержание железа снизилось в 2010 году почти в 2 раза. Тенденция снижения концентрации железа в шахтной воде продолжается.
Шахтным водам в основном свойственны сульфатная и общекислотная агрессивность. К примеру, хлориды, присутствующие в шахтной воде, взаимодействуют с известью и образуют растворимый хлористый кальций, усиливает тем самим коррозию бетона.
Проанализировав состав очищенных вод можно отметить, что загрязнение воды характерно для данного типа предприятия и значительно влияет на природную среду.
Выводы
В целом на исследованной площади для многих элементов установлены достаточно большие площади загрязнения почво- грунтов. Концентрации ряда элементов в несколько раз превышают значения ПДК. Такие превышения наблюдаются на двух исследуемых глубинных уровней почво-грунтов.
Для снижения антропогенного воздействия на изучаемые компоненты природной среды необходимо снизить уровень износа железнодорожных путей и вагонов, используемых для отгрузки угля, и снизить засорение промплощадки шахты отходами добычи и сопутствующими техническими материалами.
Для улучшения состава шахтных вод следует снизить степень влияния на них затопленных и отработанных участков горных работ, а также снизить объемы ливневых стоков с промплощадки шахты.
Список использованной литературы
1. Медведева М.В., Федорец Н.Г., Яковлев А.С. Влияние полигона
промышленных отходов на химический состав почв // Экология и
промышленность России. – 2006. – №10.
2.Мадаева М.З., Сосунова О.Д. Загрязнение почв в районе добычи
полиметаллических геоматериалов и их влияния на растительные сообщества//
Экология и промышленность России. – 2009. – №6.
3.Клименко В.П., Подлинский И.И., Осмоловская Н.Г. Воздействие
полигонов твердых отходов на состояние окружающей среды. Экология и
промышленность России. – 2006. – №7
4.Попутникова Т.О., Терехова В.А., Яковлев А.С. Оценка негативного
воздействия полигона ТБО на почвы по биотическим показателям// Экология и
промышленность России. – 2010. – №3
5.Долина Л.Ф. Сточные воды предприятий горной промышленности и
методы их очистки. Справочное пособие. Днепропетровск , 2000г.