Оценка экологической ситуации

Экологические проблемы воздушной среды

Одна из острейших проблем – загрязнение воздушного бассейна: данные показывают, что индекс загрязнения атмосферы в Донбассе один из самых высоких в Украине .

Среднемесячные концентрации компонентов-загрязнителей в атмосферном воздухе г. Донецка стабильно превышают среднесуточные предельно допустимые концентрации (ПДК): по пыли - до 1,5, фенолу – до 3, диоксиду серы – до 2, аммиаку – до 2, и наибольшее загрязнение характерно для диоксида азота – до 4,5 раз. А ведь даже превышение ПДК до 1,5-2 раз приводит по заключению медиков к необратимым негативным изменениям в окружающей среде, пагубным для здоровья.

Подобное загрязнение обусловлено, в первую очередь, высокой плотностью выбросов в атмосферу загрязняющих веществ, поставляемых более 1500 предприятиями. Количество выбросов по данным за 2001 г. превысило 40% от общегосударственного. В атмосферу Донецкого региона за 2001 г. выброшено более 1,8 млн т вредных для здоровья веществ, т.е. на 1км2 территории приходится 70 т выбросов, что в 10 раз превышает этот показатель по Украине. Общий валовый выброс в Украине составляет 316,0 тыс. т/год, из этого объема 155,4 тыс. т/год приходится на выбросы метана – опасного парникового газа, приводящего к глобальному потеплению. Кроме того, только 1т угля, сгорая, выделяет в атмосферу 60 кг пыли, 50 кг сернистого ангидрита, 8 кг оксидов азота в виде радона-222, радия-226, тория-232 и др.

Особую опасность для здоровья человека и всей окружающей среды представляет повышенное содержание ртути в приземной атмосфере. Поэтому были проведены работы по ее определению в городах Донецке, Горловке и в окрестностях Никитовского рудного комбината. С помощью автоматического газоанализатора ИМГРЭ-8, расположенного на микроавтобусе, было определено количество паров ртути в воздушной среде указанных мест. (Аналитик В.З.Фурсов). В Донецке измерения проводились непрерывно при движении микроавтобуса на расстоянии 16 км от западной границы города до его центра и в обратном направлении. В результате выявлено, что содержание ртути в воздухе Донецка в среднем составляет 25-30пг/л (пг/л=1*10-12г) при фоновых концентрациях за пределами промышленных регионов до 2,2 пг/л. Еще более значительные содержания паров ртути были выявлены в г. Горловка, особенно в районе Никитовского ртутного комбината: от 155-300 до 1427-1680 пг/л {3}, что является причиной ртутной интоксикации жителей этого района, их повышенной заболеваемости и детской смертности. Ведь пары ртути при дыхании сорбируются белковыми молекулами и трансформируются в токсичную метилртуть. Она поражает все органы человека, отрицательно влияет на центральную нервную систему, нарушает иммунную систему, способна накапливаться в организме человека и вызывать возникновение и развитие злокачественных опухолей.

Роль промышленных и бытовых отходов.

Значительное влияние на окружающую среду Донбасса оказывает огромное количество отходов. Донецкий регион продолжает неуклонно превращаться в свалку бытовых и промышленных отходов. Занимая 4,4% площади Украины, он стал прибежищем более одной трети всех накопленных в стране отходов. В связи с некоторым увеличением производства с 1999 г. в Донецкой области увеличился объем образования промышленных отходов, составивший в 2000 г. 52 млн т (24,6 млн т из них токсичные). Кроме того, остается низким уровень использования отходов в качестве вторичных ресурсов. Динамика движения производственных отходов в области свидетельствует, что несмотря на кажущийся растущим процент использования последних, их количество не уменьшается, а наоборот, постоянно растет. В результате насчитывается уже более 1000 объектов накопления отходов в виде терриконов, отвалов, шламонакопителей и свалок.

Непосредственно в Донецкой области накоплено около 4 млрд т твердых промышленных отходов, что составляет более 25% суммарных объемов по Украине. В регионе находится свыше 70% отходов угольной промышленности, 40 металлургических шлаков, более 30% золошлаков ТЭС страны и свыше 1 млн т/год твердых бытовых отходов.

По данным государственных органов статистики Донецкой области отходы занимают около 1% территории земель области или более 8,2 тыс. га, а в угольной отрасли и теплоэнергетике Украины отвалы и примыкающие санитарные зоны занимают соответственно свыше 32,0 и 1,5 тыс. га, что приводит к изъятию из сельскохозяйственного оборота значительных земельных ресурсов. Основные источники образования отходов в Донбассе — предприятия угольной промышленности, в связи с этим экологическое состояние Донецкого бассейна в основном определяется значительным количеством отходов, именно горного производства. За период разработки углей только в Донбассе накоплено свыше 2 млрд т отходов добычи и обогащения, к настоящему времени в регионе имеется 1257 терриконов, из них для 355 характерны процессы самовозгорания угля. По данным Государственного управления экологии и природных ресурсов в Донецкой области насчитывается 580 терриконов, из которых 114 горящих (на территории г. Донецка — 30 горящих терриконов). Очаги горения представляют собой источники газовыделений, иногда достаточно интенсивных , причем каждый отвал создает зону негативного воздействия на окружающую среду радиусом до 3 км. При этом в местах выхода газовых струй на поверхности терриконов образуются различные техногенные минералы: самородная сера — S, нашатырь — NH4Cl, а также ряд других минералов, содержащих соединения серы и азота, которые, растворяясь атмосферными осадками, загрязняют почвы и природные воды. Так, на породных отвалах Донбасса обнаружены: реальгар — AsS, пиккерингит — MgAl2 [SO4]*22H2O, галотрихит — FeAl2[SO4]4*22H2O, чермигит — NH4Al[SO4]4*12H2O, масканьит — (NН4) 2[SO4], сомольнокит — FeSO4*H2O, эпсомит — MgSO4*7H2O, халькантит — CuSO4*5H2O, алуноген — Al2[SO4]3*18H2O и др. Размещение твердых отходов в отвалах и хвостохранилищах на поверхности крайне негативно влияет на состояние окружающей среды. Помимо выбросов в атмосферу пыли и вредных газов твердые отходы в отвалах способствуют минерализации и загрязнению солями тяжелых металлов почв сельскохозяйственных угодий вследствие дренирования атмосферных осадков через их толщу.

По данным проведенного Институтом геолого-экологических проблем Донбасса (ИГЭПД) исследования экологической ситуации на закрываемой шахте "Донецкая" ГХК "Октябрьуголь" установлено, что в результате многолетней водно-ветровой эрозии породных отвалов произошло химическое загрязнение грунтовых вод и почв солями тяжелых металлов до чрезвычайно опасной концентрации. Аналогичные данные получены учеными Рурского университета при изучении влияния эксплуатации породных отвалов угольных шахт на состояние окружающей среды.

С целью улучшения экологической обстановки в регионе необходимо значительно шире использовать породы отвалов. Так, исследования, проведенные Государственным Макеевским НИИ по безопасности работ в горной промышленности, а также вузами региона (в том числе ДонНТУ), позволили сформулировать следующие направления формирования технологической схемы переработки породных отвалов Донецкого региона: извлечение железосодержащего сырья, извлечение германия, извлечение редкоземельных элементов, извлечение алюминий содержащего сырья для отправок на передел или организации собственного производства, извлечение силикатных материалов для производства строительных материалов.

Водные ресурсы региона и их загрязнение

В связи с тем, что Донецкий регион с высокой плотностью населения расположен в засушливой части Украины (водообеспеченность на одного жителя в 5 раз ниже, чем в среднем по Украине), очень важной является проблема водообеспечения и охраны водных ресурсов. По данным Государственного управления экологии и природных ресурсов в Донецкой области для воды практически всех рек региона характерна высокая концентрация солей. Это связано как с высоким природным уровнем солей, так и сбросом в водные объекты значительного количества сточных вод, по которым маловодная Донецкая область занимает первое место в Украине. Так в 2000 году сброс загрязненных сточных вод в области составил 943 млн м3 или 30% от всеукраинских. Основные загрязнители водных объектов – предприятия металлургической промышленности (56%), в том числе – Мариупольский металлургический комбинат имени Ильича и ''Азовсталь'', Енакиевский металлургический и коксохимические заводы, а также предприятия угольной промышленности, коммунальное хозяйство (почти по 20%). Вместе со сточными водами только в 2000 году в водные объекты области было сброшено в тыс. т.: взвешенных веществ 18,8; органических веществ 6,4; нитратов 15,6; азота аммонийного 1,6 и др. Фактические данные свидетельствуют о том, что под влиянием сброса шахтных вод и промышленных стоков минерализация речных вод повысилась почти в 2 раза, что установлено прежде всего на реках Лугань и ее притоках – Лозовая, Камышеваха, Белая, а также Кальмиус, Грузская, Крынка, Миус, Казенный Торец и Кривой Торец в пределах углепромышленной части Донбасса.

Высокий уровень загрязнения поверхностных вод региона характерен для азота нитритного и аммонийного с содержаниями соответственно 16,5 и 10,5 ПДК, нефтепродуктов – до 10 ПДК, легкоокисляемых органических веществ (по БПК5) – 2,5 ПДК, а также сульфат-иона – до 25 ПДК.

По данным ИГЭПД, проводившего эколого-геохимическое изучение р. Грузской, превышение ПДК в водах зафиксировано для (в контрастности по отношению к ПДК): натрия – 3,35; фенолов – 40,0; роданидов - 5,4; цианидов – 2,4; нитрит-иона – 1,76; иона аммония – 3,12; хлор-иона – 1,13; кадмия – 8,4; лития – 2,17 и др.

Гидрогеохимические исследования подземных вод региона включали анализ более 6000 проб воды, отобранных из различных источников: колодцев, родников, скважин и др. Анализ предполагал изучение не только физических и химических свойств воды, но и определение различных химических элементов и соединений: Hg, Ag, Zn, Pb, Cu, Mn, F, B, Br, No3-, No2-, и др. в лаборатории Артемовской ГРЭ. По результатам данных исследований в подземных водах установлены аномалии ртути, мышьяка, нитратов и др. токсичных компонентов. На экологическую обстановку в подземных водах верхних водоносных горизонтов и комплексов Донецкой области различные химические элементы и соединения оказывают разное влияние. Аномалии фтора с содержаниями, превышающими ПДК (1,5 мг/л), встречаются довольно часто, максимальные концентрации для региона установлены в водоносных горизонтах Донецко- Макеевского района (до 3,4 мг/л); в ореольных водах Никитовского ртутного месторождения – 0,8 – 2,5 мг/л. Превышающие ПДК концентрации фтора вызывают заболевания зубов – флюороза, а также тяжелое заболевание скелета, связанное с деформацией костей, - остеосклероз.

Максимальные концентрации ртути (до 0,02-0,05 мг/л) обнаружены в подземных водах кайнозойских и палеозойских отложений Главной антиклинали в районе Никитовского ртутного месторождения, а также в районе Дебальцевского тектонического узла – 0,005 – 0,02 мг/л (пос. Мироновский, г. Дебальцево).

Мышьяк также встречается в концентрациях, превышающих предельно допустимые. Особо следует подчеркнуть факт установления к северо-западу от г. Донецка крупной аномалии, контрастность которой превышает ПДК (0,05 мг/л) до 24 раз, а замеры достигают 15х30 км. Это объясняется влиянием Авдеевского коксохимического завода, использующего донбасские угли, содержащие мышьяк и ртуть в значительных количествах. В ореольных водах Никитовского и Дружковско-Константиновского ртутных рудных полей развиты аномалии мышьяка с содержанием до 0,05 – 0,06 мг/л. Наличие в повышенных концентрациях этого элемента приводит к возникновению у человека злокачественных опухолей кожи, печени, тонкого кишечника, патологическим изменениям в генной системе, способствует увеличению частоты дерматитов у детей, снижению слуха.

Максимальные концентрации бора (1,5 – 3,8 мг/л) выявлены в районе г. Амвросиевка в зоне влияния Кутейниковского сброса, а также сел Степано- Крынка и Григорьевка в районе пересечения Зуевского купола поперечнами антиклинальными структурами в зоне Мушкетовско-Персиановского разлома – 0,69 – 1,58 мг/л (при ПДК 0,5 мг/л). В ореольных водах Никитовского ртутного месторождения бор содержится в концентрациях до 1,9 мг/л. Техногенные аномалии бора невысокой концентрации (0,5 – 0,9 мг/л) установлены в южной части г. Донецка, в черте городов Макеевка и Горловка, что объясняется деятельностью находящихся здесь предприятий металлургической и химической промышленности. Бор отрицательно воздействует на желудочно- кишечный тракт человека и обладает эмбриотоксическим действием, употребление воды из богатых бором водоисточников приводит к возникновению хронической интоксикации со всеми ее негативными последствиями.

Большую беспокойность вызывает загрязнение подземных вод Донбасса соединениями азота. Это обусловлено, с одной стороны, их токсичностью, а с другой – хорошей растворимостью и высокой миграционной способностью. На 50% территории содержание нитратов в подземных водах превышает ПДК (45 мг/л) в 20 раз и более. Наиболее высокие концентрации нитратов – до 2180 мг/л – установлены у с. Алексеевка к западу от г. Донецка, а превышающие 1000 мг/л выявлены в близи городов Доброполье (1100 – 1581 мг/л), Константиновка (до 1389 мг/л) и в некоторых других местах. Концентрации нитратов, превышающие 500,0 мг/л, отмечены в десятках гидрогеохимических аномалий. Избыток нитратов является причиной экзем, нарушения обмена веществ в организме, поражения почек и печени, оказывает отрицательное воздействие на сердечно-сосудистую систему, а постоянная интоксикация приводит к нарушению обмена веществ и онкологическим заболеваниям.

Основными техногенными источниками цинка являются сточные воды заводов цветной и черной металлургии и, в меньшей степени, - угольных шахт. Наиболее высокие его концентрации (50-70 мг/л при ПДК=5,0 мг/л) установлены в районе заводов ''Укрцинк'' (г. Константиновка) и ''Цветмет'' (г. Артемовск). Содержание цинка, в 2-5 раз превышающее ПДК, выявлено также в зоне выщелачивания соленосных отложений нижней перми на северо- восточной окраине Донбасса. Цинк накапливается в печени и является причиной заболеваний селезенки, печени, легких, а также малокровия и других болезней.

Для подземных вод региона характерно также высокое содержание других микрокомпонентов, таких как свинец (до 25 ПДК), барий (более 100 ПДК), марганец (75 ПДК), литий (20 ПДК), титан (более 30 ПДК) и др. Значительную экологическую опасность представляет высокое содержание макрокомпонентов в подземных водах региона. Так, максимальное содержание хлоридов зафиксировано в Красноармейском районе на участке Самарский-Капитальный, где ПДК превышена в 211 раз. Есть свидетельства того, что хлор может разрушать белки нашего организма и неблагоприятно влиять на кожу и волосы. Исследования американских ученых показали, что хлор-ион и его соединения нарушают обмен веществ, а также могут вызывать рак и другие болезни. Поскольку для подземных вод угленосных отложений Донбасса характерно возрастание минерализации с глубиной, то увеличение глубины отработки угольных пластов в водах, откачиваемых из шахт и сбрасываемых в гидрографическую сеть, увеличивается содержание хлор-иона. Уже сейчас почти половина шахт региона сбрасывает воды, в которых содержание Cl- превышает ПДК до 52,6 раз.

Среднее содержание сульфат-иона в водах зоны гипергенеза для Донбасса составляет 554,0 мг/л, в подземных водах г. Донецка – 1182,5?2601,2 мг/л (при ПДК=500 мг/л).

Высокие содержания указанных компонентов характерны, в первую очередь, для районов с интенсивной тектонической нарушенностью, способствующей разгрузке по зонам разломов вод глубоких горизонтов, значительно обогащенных различными компонентами, а также для районов с высоким содержанием указанных элементов в углях, так как разработка последних способствует более интенсивному переходу элементов в подземные воды. Например, в водах Рассыпнянского-Нижнего и Ольховатского участков в превышающих ПДК концентрациях встречены кобальт, ванадий, титан, марганец, никель, а также стронций, барий и фтор.

4 Методика эколого-геохимического картирования почв и его результаты

Почвы, являясь главным депонирующим компонентом природной среды, хранят в себе основной объем информации о физико-химических изменениях окружающей среды за весь период техногенеза. Они, как никакой другой компонент окружающей среды, требуют детального экологического исследования и постоянного наблюдения Мониторинга).

Методика эколого-геохимического картирования почв, проведенного в пределах Донецко-Макеевского района, занимающего площадь более 1000 км2 и являющегося одним из крупнейших горно-промышленных регионов не только Украины, но и Европы в целом, заключалась в следующем:

1. Отбор проб из верхнего почвенного горизонта (А) с глубины до 5 см по сети 200х200-100х100м. Всего было отобрано около 20000 почвенных проб.

2. Определение с помощью спектрального метода 37 химических элементов (анализатор PGS-2): Ag, Mo, Pb, Ni, Cr, V, Sn, Be, Ga, Yb, Bi, Ge, Sc, Ta, In, B, Mn, Cu, W, Mg, Cd, Al, Fe, Co, Si, Nb, La, Y, Li, Ta, Zr, Ce, Sb, Hf, Sr, P, Th, U, Ti, As, Na, Ba, Ca, F.

3. Определение ртути с помощью атомно-абсорбционного метода (анализатор РАФ-1).

4. Определение с помощью атомно-абсорбционного (анализаторы AAS- 1, AAS-3, Hitachi-7000) и спектрофотометрического методов (анализатор СФ- 26) в пробах из очагов высокой степени загрязнения As, Cd, Sr, Sb, Zn, Cu, P, Mo, Ni, Cr, Mn, Mg, Ag, Bi, Sn.

5. В почвенных пробах, отобранных по сети 1000х1000м, изучались распределение аммоний-, нитрат-, нитрит-, хлор-иона.

6. Обработка аналитических данных и построение эколого- геохимических карт.

5 Результаты исследований

Эколого-геохимическое картирование района по данным около 20000 проб, с исследованием распределения в почвах 44 химических элементов, а также соединений азота и хлоридов показали:

1. Изменения химического состава почв под воздействием многообразных техногенных процессов произошли практически на всей исследованной территории, что характерно также для всего региона в целом. Почти на 50% ее площади химические изменения почв достигли средней, высокой и чрезвычайно высокой степени. В их загрязнении, равно как и других компонентов окружающей среды, участвуют 26 химических элементов, а также нитраты, нитриты, аммонийный азот и хлориды.

2. Наиболее высокой активностью среди металлов в техногенных физико-химических изменениях почв обладают ртуть, свинец, цинк, мышьяк, германий, молибден и серебро.

3. Результаты гигиенической оценки свидетельствуют, что на 15% урбанизированной части территории согласно нормативам Минздрава жизнедеятельность населения подвержена опасности в связи с высокой степенью загрязнения почв металлами (образованием опасных и чрезвычайно опасных очагов химического загрязнения).

4. Установлено, что основная роль в происшедших химических изменениях почв и других компонентов биосферы региона принадлежит угледобыче и углепотреблению (промышленному и бытовому) экологически "грязных" углей Донбасса (геохимически специализированных на ртуть, мышьяк, серу, германий, молибден, бериллий, а отдельные марки — также на литий, таллий и скандий), а также черной и цветной металлургии.

Сравнение приведенных геохимических спектров почв в районе коксохимических заводов и в районе угледобывающих предприятий — шахт с усредненным геохимическим спектром почв г. Донецка показывает, что деятельность коксохимических заводов влияет на накопление в почвах Нg, Аs, SЬ, Gе, Zn и др., в то время как в районах шахт накапливаются преимущественно Нg, Аs, SЬ, Сs, Gе и пр. Сходство представленных рядов накопления обусловлено, в первую очередь, высоким содержанием указанных элементов в углях Донбасса.

С целью оценки уровня химического загрязнения почв как индикатора неблагоприятного воздействия на здоровье населения, согласно Методическим указаниям МЗ СССР № 4266-87 от 13 марта 1987г. используются коэффициенты концентрации (Кс) элементов-загрязнителей и суммарный показатель загрязнения ими почв (Zс).

Базирующаяся на данных эколого-геохимических исследований карта экологической опасности почв г. Донецка составлена по показателю суммарного загрязнения Zс, представляющему собой суммарный коэффициент концентрации (Кс) 23 элементов-загрязнителей (кроме кальция, магния и алюминия) по всем почвенным пробам. На карте выделены участки различной степени (категории) загрязнения почв, где согласно медицинским нормативам МЗ СССР № 4266-87 изменения показателей здоровья населения в очагах загрязнения почв при различной величине Zс характеризуются как:

1) категория загрязнения почв допустимой опасности (Zс меньше 16) — не происходит изменений показателей здоровья населения;

2) умеренно опасная категория загрязнения почв (Zс 16—32) — увеличение общей заболеваемости населения;

3) опасная категория загрязнения почв (Zс 32—128) — увеличение общей заболеваемости, количества часто болеющих детей с хроническими заболеваниями, нарушениями функционального состояния сердечно-сосудистой системы;

4) чрезвычайно опасная категория загрязнения почв (Zс более 128) — увеличение заболеваемости детского населения, нарушение репродуктивной функции женщин (увеличение токсикоза беременности, числа преждевременных родов, мертворожденных, гипотрофии новорожденных). Анализ карты, как показал химические изменения почв допустимой степени опасности (Zс 1 — 16) произошли на 85% площади данной территории — 280 км2.

В пределах остальной части городской территории — 50, 7км2 (15%) согласно указанным гигиеническим нормативам жизнедеятельность населения в различной степени подвержена опасности. На территории города выявлено 209 очагов загрязнения почв металлами, из которых 192 находятся в промышленно- жилых массивах (их общая площадь 48, 8 км2) и 17 — на территории (19 км2) полеводческих и лесотехнических ландшафтов.

Среди обнаруженных техногенных очагов в пяти (2с) загрязнения металлами достигло чрезвычайно опасной категории, в 47 — опасной и в остальных 157 — умеренно опасной. Очаги чрезвычайно опасной и опасной категорий, как правило, характеризуются сложным строением и нередко занимают значительные территории. Они имеют один или несколько эпицентров, которые часто пространственно контролируются источниками промышленных выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду. Общая площадь городской территории, в почвах которой содержание металлов соответствует умеренно опасной категории загрязнения, составляет 42, 6км2 (12, 9%), опасной — 7, 6 (2, 25) и чрезвычайно опасной — 0, 5 км2 (0, 16%).

Анализируя распространение отдельных элементов-загрязнителей, отметим, что в почвах региона зафиксированы превышающие ПДК содержания цинка (до 435 ПДК), мышьяка (до 100 ПДК), свинца (56 ПДК), кадмия (до 125 ПДК) и др.

Заключение

Таким образом, создавшаяся крайне неблагоприятная экологическая ситуация в Донбассе требует принятия соответствующих мер по ее улучшению, а также более тщательного изучения природных геологических условий, обусловливающих, и не в последнюю очередь, экологическое состояние региона. В июне 1998 г. в г. Орхусе (Дания) министры защиты окружающей среды разных стран мира подписали конвенцию "О доступе к информации, участии общественности в процессе принятия решений и доступе к правосудию по вопросам, касающимся окружающей среды". Ратификация Орхусской конвенции и ее практическое осуществление имеет очень важное значение для Донбасса и Украины в целом. Однако для улучшения создавшейся в регионе негативной обстановки необходимо не только знать современные экологические реалии, но и активно участвовать в практическом осуществлении природоохранных мероприятий, что будет способствовать устойчивому экологически безопасному развитию Донбасса и Украины.

Список литературы

1. Б.С.Панов, О.А.Шевченко, А.М.Дудик, С.А.Дудик, С.Ю.Селяков. "Современные экологические проблемы Донецкого Бассейна.", Геофизический журнал, 2003 г.

2. А.М.Дудик, С.Ю.Селяков и др. "Эколого-геохимическая инвентаризация компонентов окружающей среды г.Донецка и прогнозирование их изменений", ИГЭПД, Донецк, 1995г.

3. С.А.Дудик, научный руководитель О.А.Шевченко. "Особенности техногенных изменений почв Донецко-Макеевской ПГА.",сборник докладов Международной научной конференции, апрель 2002 г.