Сборник докладов Энергетика, надежность, безопасность

Подождите немного. Документ загружается.

Секция 4

ЭНЕРГЕТИКА: ЭКОЛОГИЯ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ

В табл.2. провидены результаты экспериментов обогащения угольных шламов (углей

марок Г и К).

Таблица 2.

Результаты обогащения угольных шламов

конц.

, % мас.

Выход

продукта, % мас.

Период

опыта, мин

Наименование

способа

Г К Г К Г К

Масляная

агломерация

9,0 6,2 82 83 28 24

Из данных представленных в табл. 2. видна эффективность применения данного способа

обогащения, путем получения угольных концентратов приемлемых для энергетики и коксования.

Снижение зольности концентрата после обогащения исходного угля объясняется более

глубоким разделением органической части угля от породной (вследствие разного их

взаимодействия с маслом), поэтому уменьшается содержание высокозольных частиц.

Снижение общего содержания

серы объясняется тем, что сера, содержащаяся в угле,

находится в виде пирита (FeS

), имеющего значительно более высокую плотность по сравнению с

углем, вследствие чего, в процессе масляной агломерации угля происходит более полное

отделение пиритной серы, уходящей в отходы.

Шламовая вода, отделенная от твердой фазы, подвергалась в дальнейшем очистке от

мелкодисперсных и органических частиц. В дальнейшем проводились исследования по

антинакипной обработке очищенной шламовой воды

электрическим полем. Исследования

проводились при значениях катодного тока 3,5–14 А/м

и анодного тока 7–28 А/м

В результате обработки очищенной шламовой воды электрическим полем достигался

антинакипный эффект 60–72 %. Таким образом, результаты исследования показали, что

очищенная шламовая вода и метод антинакипной обработки воды электрическим полем могут

использоваться в системах теплоснабжения предприятий угольной отрасли.

Разработанная технология позволит:

•

резко сократить количество твердых отходов предприятий угольной отрасли;

•

сократить количество сточных вод, загрязняющих водоемы;

•

использовать угольный концентрат из угольных шламов и очищенную шламовую воду в

системах теплоснабжения;

•

повысить экономическую эффективность и экологическую безопасность предприятий

угольной отрасли.

Список литературы:

1. Thambimuthu K.V., Stover N.S.H., Whaley N. The mechanism of atomization of coal-water

mixture. In: Third European conference on coal liquid mixtures. Malmo, Sweden 14-15 October

1987. JchemE Symposium series number 107 Rudby, UK / The Institution of Chemical Engineers,

1987.-P. 133-149.

Atlas H., Casassa E.Z., Parfitt G.D.., Rao A.S. and Toor E.W. In Proc. 10-th Annual Powder and

Bulk Solids conf., Chicago, I., Vay, 1985.

Жбырь Е.В., Папин А.В., Неведров А.В. Разработка технологии комплексной переработки

шламовых вод, повышающая экологическую безопасность предприятий угольной отрасли //

Тез. докл. Х Междунар. симпозиума им. ак. М.А. Усова. Томск. 2007. – С. 112-113.

УДК 665

Увеличение выхода дистиллятных фракций из тяжёлых нефтяных остатков в

сверхкритических условиях

А.Н. Иванов, *М.А.Копытов, *А.К.Головко, **А.Г.Аншиц

Томский государственный университет, Томск, Россия

*Институт химии нефти СО РАН, Томск, Россия

**Институт химии и химической технологии СО РАН, Красноярск, Россия

kma@ipc.tsc.ru

В настоящее время на малотоннажных нефтеперерабатывающих установках, которые

очень распространены в нашей стране, проводится лишь одна стадия переработки – атмосферная

перегонка. При такой перегонке светлые фракции нефти отгоняются и используются для

161

Секция 4

ЭНЕРГЕТИКА: ЭКОЛОГИЯ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ

получения моторных топлив, а тяжелый остаток – мазут – никак не перерабатывается и

используется главным образом как котельное топливо, что является не рациональным. Поэтому на

данный момент актуальным направлением является поиск способов получения «синтетической

нефти» из водорододефицитного сырья (мазут, тяжёлые нефти, природные битумы), что

позволило бы перейти на это сырье без существенной модернизации

действующих НПЗ. Одним из

путей развития этого направления является поиск и разработка нетрадиционных методов

активации ВМС нефти и тяжёлых нефтяных остатков с целью увеличения выхода лёгких фракций.

На данный момент одними из нетрадиционных способов переработки являются – озонолиз [1],

кавитационная обработка [2],, механоактивация [3, 4]. В данном ряде озонолиз является наиболее

доступным простым в технической

реализации методом.

Целью работы являлось выявление закономерностей влияния озонолиза и активирующих

агентов на тяжелое углеводородное сырье при температурной обработке, позволяющей увеличить

выход светлых фракций.

Объектом работы является мазут Зуунбаянского месторождения (Монголия) (Т>365 -

370 °С), который получали перегонкой под вакуумом нефти Зуунбаянского месторождения. В

данной работе была проведена серия экспериментов по термической обработке мазута, который

предварительной был обработан озоном. Было изучено влияние добавок – МС (микросфер зол

ТЭЦ), предварительно прокаленных при 800°С в течении 2 часов (активность микросфер зол ТЭЦ

обусловлена оксидами железа). С целью

увеличения выхода светлых фракций, в реакционную

смесь при термолизе вводили декан в качестве протонодонорного растворителя для достижения

сверхкритических условий в мазуте. Условия эксперимента приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Условия эксперимента

Термолиз (450 °С, 2 ч.)

Озонолиз Каталитические системы

Образец №

Предварительная обработка

мазута

Количество

озона, г/кг

Добавка

декана, % мас.

Наименование

Кол-во,

% мас.

0 Мазут без предварительной

обработки

- - - -

1 Озонированный мазут 20 - - -

2 Озонированный мазут 20 - МС 2,0

3 Озонированный мазут 10 15 - -

4 Озонированный мазут 10 15 МС 2,0

5 Мазут без предварительной

обработки

- - МС 2,0

Образцы мазута загружали в реактор (реактор выдерживает давление до 100 атм, инертная

среда – азот). Термолиз проводили при температуре 450

°С в течении 2 часов Микросферы зол

ТЭЦ добавляли в реакционную смесь в количестве 2

% масс. от навески нефти (0,15 г.).

Для оценки выхода светлых фракций в продуктах термолиза нефти использовали

термогравиметрический метод анализа. Термогравиметрический анализ (ТГА) мазута на

дериватографе «Paulik-Paulik-Erdey» Q-1000 фирмы «МОМ» (Венгрия). Пробы мазута массой

100 мг вносили в тигли и нагревали от комнатной температуры до 600

С со скоростью 10

град/мин. Результаты анализа приведены в таблице 2 и на рисунке.

Из представленных данных (табл. 2 и рис.1) видно, что озонирование приводит

увеличению выхода легких фракций. Действие МС прослеживалось слабо, что возможно связано с

малым их количеством (0,15 г МС на 7,5 г образца). При использовании озонирования (20,0 г/кг) и

микросфер зол

ТЭЦ увеличивается выход бензиновых фракций на 1,5 %, а озонирование и добавка

декана в качестве протонодонорного растворителя увеличивает выход от 6,0 до 27,0 % в

зависимости от количества декана и концентрации озона.

Введение декана способствует существенному увеличению выхода бензиновых и

дизельных фракций в образцах. Выход бензиновых фракций (до 200

С) составляет более 50%

(вместе с введённым деканом в количестве 15% масс – температура кипения которого 174,12

С).

Также наличие декана в количестве 15% способствует снижению вязкости смеси мазута и

лучшему его озонированию.

162

Секция 4

ЭНЕРГЕТИКА: ЭКОЛОГИЯ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ

Таблица 2.

Результаты термогравиметрического анализа исходного мазута и образцов после термолиза

(номера образцов соответствуют шифру образцов из таб. 1)

Потеря массы образца, %

Исходный мазут (0) Образец №1 Образец №2

Пределы

выкипания,°С

отделных

фракции

суммарно

отдельных

фракции

суммарно

отдельных

фракции

суммарно

0 – 100 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

100 – 150 0,0 0,0 2,0 2,0 2,0 2,0

150 – 200 0,5 0,5 1,0 3,0 1,5 3,5

200 – 250 1,0 1,5 5,0 8,0 3,5 7,0

250 – 300 6,0 7,5 9,5 17,5 10,0 17,0

300 – 350 13,0 20,5 15,0 32,5 14,0 31,0

350 – 400 16,0 36,5 19,5 52,0 21,0 52,0

400 – 450 34,5 71,0 27,0 79,0 26,0 78,0

450-500 11,5 82,5 3,0 82,0 2,0 80,0

Потеря массы образца, %

Образец №3 Образец №4 Образец №5

Пределы

выкипания,°С

отделных

фракции

суммарно

отдельных

фракции

суммарно

отдельных

фракции

суммарно

0 – 100 4,5 4,5 4,5 4,5 0,0 0,0

100 – 150 21,0 25,5 20,0 24,5 0,5 0,5

150 – 200 26,5 52,0 26,0 50,5 3,0 3,5

200 – 250 2,5 54,5 2,5 53,0 3,5 7,0

250 – 300 3,5 58,0 3,0 56,0 7,0 14,0

300 – 350 5,0 63,0 4,0 60,0 11,0 25,0

350 – 400 4,5 67,5 4,0 64,0 16,0 41,0

400 – 450 7,5 75,0 8,5 72,5 22,0 63,0

450 – 500 11,5 86,5 11,5 84,0 19,5 82,5

Таким образом, сочетание термолиза в присутствии МС, озонолиза и применения

доноров водорода приводит к увеличению выхода легких фракций из тяжелого нефтяного остатка.

№0

№1

№2

№3

№4

№5

№

№3

№4

0 -100 100-150 150-200 200-250 250-300 300-350 350-400 400-450 450-500

Т, °С

мас.%

№0

№1

№2 №3

№4

№5

Потеря массы образца при термогравиметрии, %масс

163

Секция 4

ЭНЕРГЕТИКА: ЭКОЛОГИЯ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ

Также в данной работе был проведен структурно-групповой анализ, который проводили

по методике, разработанной в ИХН СО РАН и основанной на совместном использовании

результатов определения элементного состава, средних молекулярных масс и данных

спектрометрии ПМР.

Выводы.

1. Озонирование сырья увеличивает выход легких бензиновых фракций (до 200

С) на 2,5 и

соответственно дизельных (200-350

С) на 5-10 % при термолизе

2. Добавки микросфер зол ТЭЦ также способствуют облегчению состава тяжелого

углеводородного сырья;

3. Для увеличения выхода дистиллятных фракций в ходе термолиза необходимо использовать

микросферы зол ТЭЦ в количестве более 2 % на массу мазут;

4. Применение декана в качестве добавки способствуют увеличению выхода дистиллятных

фракций при термолизе мазута: до 50 % масс. бензиновых фракций (0-200

С) и дизельных

фракций (200-350

С) до 63 % мас. (вместе с деканом, который составляет 15 % мас.,

температура кипения декана 174,12

С.).

Список литеретуры:

1. Камьянов В.Ф. Озонолиз нефтяного сырья. Томск: МГП «Раско», 1997. 271 с.

Берлизов Ю.С., Нестеренко А.И.//«Химия и технология топлив и масел». 2007. №6

Гамолин О.Е., Головко А.К., Ломовский О.И., Мамылов С.Г., Камьянов В.Ф.//«Химия в

интересах устойчивого развития». 2005. T.13. C. 165

Днепровский К.А. Диссертация. Механохимические превращения углеводородов нефти канд.

хим. наук. Томск: Институт химии нефти СО РАН, 2003. 103 с.

УДК 504.4.054(471.42):504.738:574

Сравнительный анализ результатов биоиндикации и химического исследования воды реки,

протекающей через урбанизированную территорию

Н.С. Красильникова

Ульяновский государственный университет, г. Ульяновск

krasilnikovans@mail.ru

Каждый метод определения качества воды имеет ряд достоинств и недостатков. В

настоящее время для оценки уровня загрязнения и его влияния на здоровье людей используется

система химико-аналитического контроля. Данный метод имеет следующие недостатки: во-

первых, исследователь должен определить содержание многочисленных компонентов

загрязняющих веществ в природной среде, сравнить их концентрации с

ПДК и сделать вывод об

"опасности" или "безопасности" для биоты и человека комплексного воздействия всех этих

факторов. Во- вторых, химический анализ позволяет установить концентрации относительно

небольшого числа потенциально опасных и уже известных мутагенных и токсичных веществ,

кроме того, в разных странах для одних и тех же токсикантов значения ПДК существенно

различаются. Ещё один "недостаток" химико-аналитического контроля - совместное действие

загрязнителей обусловливает принципиально разные типы ответной реакции клетки/организма —

аддитивность, синергизм, антагонизм. В противоположность химико-аналитическому контролю,

методы биоиндикации и биомониторинга наглядно, достоверно и сравнительно быстро позволяют

оценить последствия действия загрязняющих веществ на биоту, при этом учитывается совместное

действие загрязнителей. Но

при использовании метода биоиндикации возникает трудность

определения конкретных видов загрязнителей (в нашем случае тяжёлых металлов). Для

нивелирования недостатков данных методов автор попытался сопоставить их результаты.

Целью представленной работы является сравнение результатов биоиндикации с

использованием растений семейства рясковые с результатами атомно-абсорбционного

спектрального анализа.

Задачи данной работы заключаются в следующем:

1. Дать оценку степени загрязнения реки Свияга по состоянию популяции растений

семейства рясковых в пределах города Ульяновска.

2. Установить содержание тяжелых металлов в реке Свияге с помощью атомно-

абсорбционного спектрального анализа.

164

Секция 4

ЭНЕРГЕТИКА: ЭКОЛОГИЯ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ

3. Сравнить результаты биоиндикации с результатами химического исследования воды.

Работа проводилась в конце июня, в июле и августе 2006 года на реке Свияге.

Река Свияга является правым притоком Куйбышевского водохранилища. Качество воды в

реке формируется под влиянием попадающих загрязняющих веществ в стоках с притоков Сельда,

Бирюч, Малая Свияга, Гуща. Существенное влияние на

санитарное и гидрохимическое состояние

реки оказывают поступающие неочищенные ливневые стоки г. Ульяновска. Наблюдается наличие

бытовых свалок, мусора. С учетом мест сброса ливневых и талых вод, а также естественных мест

разгрузки грунтовых вод определили места отбора проб. Образцы отбирались в городе Ульяновске

(около пешеходного моста через Свиягу), на входе и выходе

реки из города (Опытном поле и

Лаишевке соответственно). В каждой точке отобрали по три пробы на расстоянии 2-3 м друг от

друга. С этой целью ведром собрали ряску с поверхности 0,5 м

. Все плавающие растения из ведра

собрали шумовкой и поместили в полиэтиленовый пакет, на котором указали номер пробы и точку

отбора. В лаборатории провели разбор проб. Пробу, содержащую 200 растений, разделили по

видам. По методике провели подсчёт числа особей каждого вида растений, общего числа щитков

каждого вида и щитков с повреждениями. К

повреждениям щитков относятся черные и бурые пятна

(некрозы), пожелтения (хлорозы). Количество и размер пятен в данном методе не учитываются.

Согласно методике, при экспресс - оценке используется самый массовый вид растений.

В ходе проведённого исследования выявлено следующее: в пункте №1 (Лаишевка) за июнь

2006 года основным видом ряски является многокоренник, другие виды рясковых

отсутствуют. Из

200 образцов растений подсчитали общее число щитков, которое составило 240, при этом с

повреждениями оказались 24 щитка (% щитков с повреждениями в общем количестве щитков

составил 10 %). Обнаружены морфологические отклонения: корни отпали, листецы

рассоединились. Заметны некрозы, хлорозы. Из расчётов, сделанных по методике определили, что

воду в данном пункте можно охарактеризовать как умеренно загрязненную

. В пункте №2 (город

Ульяновск) преобладающим видом является ряска малая (175 растений из 200), остальные растения

– многокоренник. По методике подсчёт ведём по преобладающему виду, т.е. по ряске малой. Число

щитков с повреждениями составил 60 из общего количества 315, это составляет 19%.

Морфологические отклонения выражаются в том, что корни отпали, листецы рассоединились. У

ряски малой

заметны начальные стадии некроза, у многокоренника – явные некрозы. Вода данного

образца умеренно загрязненная. При экспресс - оценке в пункте №3 (Опытное поле) обнаружен

лишь один вид – ряска малая. Общее число щитков растений 330, из них 68 с повреждениями, %

щитков с повреждениями в общем количестве щитков составляет 20,6. Морфологические

отклонения выражены очень отчётливо: корни отпали,

листецы рассоединились. Листецы светло –

зелёные, вялые с пятнами некрозов и хлорозов. По произведённым расчётам воду можно отнести к

умеренно загрязнённой. Результаты анализа образцов, отобранных 30 июля 2006 года показали, что

в пункте №1 (Лаишевка) единственным видом является многокоренник. Общее число его щитков

равно 260, из которых 136 с повреждениями, их % в общем количестве щитков составляет

52.

Повреждения выражаются в морфологических отклонениях: хлорозах, некрозах. Вода грязная. В

пункте №2 (город Ульяновск) по - прежнему преобладающим видом является ряска малая (140

растений), 60 особей многокоренника. Число щитков с повреждениями составил 78 из 238, это

составляет 33%. У ряски малой наблюдаются хлорозы. Из расчётов выявляем, что вода является

загрязнённой. По результатам анализа образца пункта №3 (

Опытное поле) определили, что

единственным видом остаётся ряска малая. Число щитков с повреждениями 131 из 246, это 53,12 %

от общего количества щитков. Отклонения выражаются в хлорозах, начальные и развившиеся

стадии некрозов. На основании расчётов и всего вышеизложенного можно сделать вывод о том, что

вода в пункте №3 грязная.

В Лаишевке за август 2006 года обнаружен

, как и прежде в этом пункте лишь один вид –

многокоренник. Общее число щитков составило 260, с повреждениями из них выявили 177. Таким

образом, % щитков с повреждениями в общем количестве щитков равен 68. Отклонения

проявляются в морфологических изменениях: хлорозах и некрозах. Заметное уменьшение размеров

листецов по сравнению с предыдущими месяцами. Воду охарактеризуем как грязную.

В пункте №2

по распространенности доминирует ряска малая (и составляет 106 растений из 200), остальные

особи многокоренника. Число щитков с повреждениями около 108 из 148, что составляет 73%

щитков с патологиями в общем количестве щитков. У ряски малой, и у многокоренника видны

большие пятна хлорозов. У многокоренника присутствуют некрозы. Многие листецы разделились.

Вода грязная. В пункте

№3 за август 2006 года преобладающим (и единственным) видом семейства

рясковые остаётся ряска малая. Общее число щитков 270, 196 с морфологическими отклонениями:

некрозами, хлорозами. Процент щитков с повреждениями в общем количестве щитков равен 72,6,

165

Секция 4

ЭНЕРГЕТИКА: ЭКОЛОГИЯ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ

т.е. может свидетельствовать о том, что экологическая обстановка на Опытном поле в августе 2006

года остаётся неудовлетворительной. Вода характеризуется как грязная. Таким образом, в ходе

проведенных наблюдений в каждом пункте определена степень загрязнения воды по состоянию

растений семейства рясковых.

Предполагаемые причины загрязнения воды в пунктах более детально проанализированы

на основании химических

исследований тяжелых металлов с помощью атомно-абсорбционного

спектрального анализа. Пробы отбирались в течение всего лета 2006 года (в июле, июне и августе)

в тех же местах, в то же время, что и пробы рясковых. Проверялось наличие следующих тяжёлых

металлов: кадмия, никеля, свинца, меди, цинка. В ходе проведённых анализов было выявлено, что

концентрация кадмия в реке Свияга за июнь 2006 года в Лаишевке составила 0,002 мг/ дм

, в июле

– 0,003 мг/ дм

, в августе – 0, 005 мг/ дм

. Концентрация кадмия в городе Ульяновске составила за

июнь 2006 года – 0,005 мг/ дм

, июль – 0,006 мг/ дм

, август – 0,007 мг/ дм

. На Опытном поле

содержание кадмия составила в июне - 0,002 мг/ дм

, в июле – 0,004 мг/ дм

, в августе – 0,005 мг/

дм

. Превышение ПДК по кадмию превышает значение ПДК (0.001 мг/дм

) во всех

проанализированных пробах и составляет: в Лаишевке за июнь в 2 раза, июль – 3 раза, август – в 5

раз. В городе Ульяновске ПДК превышается за июнь в 5 раз, июль – 6, август – в 7 раз, на

Опытном поле - за июнь в 2 раза, июль – 4, август – в 5 раз. Как видно из рисунка, содержание

кадмия максимально в Ульяновске,

а по всем пробам – в августе. Наиболее интенсивные

источники загрязнения окружающей среды кадмием - металлургия и гальванопокрытия, а также

сжигание твердого и жидкого топлива [2]. Применительно к Ульяновской области повышенные

концентрации кадмия могут быть вызваны процессами выщелачивания почв, в результате

разложения водных организмов, способных его накапливать. Свой вклад в наличие тяжёлых

металлов в

объектах окружающей среды вносят отстойники кожевенного комбината близ

Опытного поля. Концентрация никеля в июне 2006 года составила: в Лаишевке – 0,06 мг/ дм

, в

Ульяновске – 0,07 мг/ дм

, на Опытном поле – 0,05 мг/ дм

. В июле 2006 года соответственно: в

Лаишевке – 0,08 мг/ дм

, в Ульяновске – 0,09 мг/ дм

, на Опытном поле – 0,07 мг/ дм

. В августе

2006 года: в Лаишевке – 0,09 мг/ дм

, в Ульяновске – 0,1 мг/ дм

, на Опытном поле – 0,09 мг/ дм

Превышения ПДК по Ni в реке Свияга за 2006 год в летние месяцы в исследуемых районах

отсутствуют, лишь в г. Ульяновск в августе 2006 г. концентрация данного метала равна предельно

допустимой. (ПДК по никелю равна 0,1 мг/ дм

). Предполагается, что присутствие никеля в

природных водах Ульяновской области обусловлено, прежде всего, составом пород, через которые

проходит вода: он обнаруживается в местах месторождений сульфидных медно-никелевых руд и

железо-никелевых руд; распадом растительных и животных организмов; сжиганием ископаемого

топлива. Концентрация его может понижаться в результате выпадения в осадок таких соединений,

как цианиды, сульфиды, карбонаты или гидроксиды (при повышении значений рН), за счет

потребления его водными организмами и процессов адсорбции [3,6]. В июне 2006 года было

выявлено присутствие свинца в реке Свияга в районе п. Лаишевка в концентрации равной 0,02 мг/

дм

, в Ульяновске – 0,017, на Опытном поле – 0,07 мг/ дм

. В июле 2006 года в Лаишевке – 0,03, в

Ульяновске – 0,02, на Опытном поле – 0,08 мг/ дм

. В августе 2006 года концентрация свинца

составила в Лаишевке – 0,04, в Ульяновске – 0,04, на Опытном поле – 0,1 мг/ дм

. Превышение

ПДК (ПДК

свинца 0.03 мг/дм

[8]) составляет: в Лаишевке за август – в 1,3 раза; в г. Ульяновск за

август – в 1,3 раза, на Опытном поле - за июнь в 2,3 раза, июль – 2,7, август – в 3,3 раза.

Естественными источниками поступления свинца в р. Свияга являются процессы растворения

эндогенных (галенит) и экзогенных (англезит, церуссит и др.) минералов. Значительное

повышение содержания свинца в окружающей

среде (в т.ч. и в поверхностных водах) связано со

сжиганием углей, применением тетраэтилсвинца в качестве антидетонатора в моторном топливе,

химических производств. Существенными факторами понижения концентрации свинца в воде

является адсорбция его взвешенными веществами и осаждение с ними в донные отложения. В

числе других металлов свинец извлекается и накапливается гидробионтами. Свинец

удаляется из

организма очень медленно, вследствие чего накапливается в костях, печени и почках [9].

Лимитирующий показатель вредности свинца - санитарно-токсикологический. ПДК

свинца

составляет 0.03 мг/дм

[8]. Концентрация меди в июне 2006 года составила: в Лаишевке – 0,18, в

Ульяновске – 0,19, на Опытном поле – 0, 15. В июле 2006 года соответственно: 0,21, 0,25, 0,2 мг/

дм

. В августе соответственно: 0,3, 0,32, 0,34 мг/ дм

. ПДК по меди составляет (в воде водоемов

санитарно-бытового водопользования) – 0,1 мг/ дм

. Во всех исследуемых районах за летние

месяцы наблюдалось превышение ПДК по Cu. Основным источником поступления меди в воду

реки Свияга являются сточные воды предприятий химической промышленности, альдегидные

реагенты, используемые для уничтожения водорослей. Медь может появляться в результате

166

Секция 4

ЭНЕРГЕТИКА: ЭКОЛОГИЯ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ

коррозии медных трубопроводов и других сооружений, используемых в системах водоснабжения.

В подземных водах содержание меди обусловлено взаимодействием воды с горными породами,

содержащими ее (халькопирит, халькозин, борнит, малахит, азурит) [7]. Содержание цинка в реке

Свияга в июне 2006 года составило: в Лаишевке – 0,22, в Ульяновске – 0,24, на Опытном поле –

0,23 мг/ дм

. В июле 2006 года соответственно: 0,35, 0,5, 0,35 мг/ дм

. В августе 2006 года: 0,4,

0,45, 0,51 мг/ дм

. ПДК по цинку составляет – 1,0 мг/ дм

. Превышения ПДК по Zn в реке Свияга

за 2006 год в летние месяцы в исследуемых районах не наблюдалось. Применительно к

Ульяновской области цинк попадает в гидросферу в результате протекающих в природе процессов

разрушения и растворения горных пород и минералов (сфалерит, цинкит, смитсонит, каламин), а

также со сточными водами от предприятий различной направленности.

В воде существует

главным образом в ионной форме или в форме его минеральных и органических комплексов.

Иногда встречается в нерастворимых формах: в виде гидроксида, карбоната, сульфида и др. Итак,

сравним полученные результаты биоиндикации и химико-аналитического анализа. За 2006 год

качество воды в районе Лаишевки оценивается как умеренно загрязнённая в июне (обнаружено

превышение по кадмию), в июле (превышение по кадмию и свинцу) и августе – грязная

(значительное превышение по кадмию и свинцу). Степень загрязнённости в реке Свияга за 2006

год на Опытном поле оценивается как умеренно загрязнённая в июне (незначительное

превышение ПДК по кадмию и свинцу), грязная в августе и в июле (значительное превышение

ПДК по кадмию и свинцу). По результатам химико-аналитического анализа степень

загрязнённости в реке Свияга за 2006 год в г. Ульяновске оценивается как умеренно загрязнённая

(превышение ПДК по кадмию) в июне, загрязнённая в июле (значительное превышение ПДК по

кадмию), в августе – грязная (значительное превышение ПДК по кадмию, свинцу и никелю). На

основании всего выше изложенного можно сделать вывод о том, что использование методов

биоиндикации загрязнения водоёмов по состоянию популяции растений семейства рясковых

позволяет получить интегральную оценку состояния качества водной среды. Данный метод и

использование атомно-абсорбционного спектрального анализа дополняют и одновременно

оказывают верифицирующее действие друг на друга. Результаты биоиндикации показывают

общую

загрязнённость воды, учитывая совместное действие загрязнителей; а также тот негатив-

ный эффект, который оказывают на биоту загрязнители, что наглядно отражается в морфоло-

гических изменениях рясковых. Результаты химического исследования воды показывают, какие

тяжёлые металлы превышают свои предельно допустимые концентрации и в каких количествах.

Список литературы:

1. Биоиндикация загрязнения наземных экосистем. / Под ред.Р.Шуберта - М.: Мысль. – 1988. -

345c.

Вредные химические вещества. Неорганические соединения I-IV групп: Справ. изд./ Под ред..

Филова В.А. и др. — Л.: "Химия",1988.

Вредные химические вещества. Неорганические соединения V-VIII групп: Справ. изд./ Под

ред. Филова В.А. и др. — Л.: "Химия",1989

Денисова С.И. Полевая практика по экологии: Учебное пособие. - Мн., 1999. - 120 с.

Жукинский В.А. Оксиюк О.П. Комплексная оценка качества вод. «Гидробиологический

журнал», 1983, т. 19, №2. С. 59-67.

Никаноров А.М. Гидрохимия: учеб. пособие - Л.: Гидрометеоиздат,1989.

Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши./ Под ред. А.Д. Семенова. —

Л.: Гидрометеоиздат,1977.

Сборник санитарно-гигиенических нормативов и методов контроля вредных веществ в

объектах окружающей среды. — М.,1991.

Эйхлер В. Яды в нашей пище. - М.: "Мир", 1993

УДК 504.75, 624.131.1

Геологические аспекты экологической безопасности на территории города Томска

Н.В. Крепша

Томский политехнический университет, г. Томск

krepsha@thu.ru

Проблемы экологической безопасности жизни человека наиболее остро стоят на

территории крупных городов. Город – генератор необратимых антропогенных изменений

окружающей среды. Высок уровень вредных обратных воздействий города на человека – шума,

вибрации, загрязнения воздушной и водной среды, радиационных и геофизических полей

167

Секция 4

ЭНЕРГЕТИКА: ЭКОЛОГИЯ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ

техногенной природы. Крупный город – это постоянно ''действующий вулкан'', ежесуточно

выбрасывающий в атмосферу, воду, почву многие десятки тонн загрязняющих веществ. С точки

зрения экологии город представляет собой открытую систему, которая потребляет ресурсы и

энергию с больших площадей естественных ландшафтов, расположенных за его пределами, а

возвращает отходы.

Одним из основных составляющих биотопа

городской экосистемы, кроме атмосферы и

гидросферы, является литосфера. Экологическая значимость ее в настоящее время изучена и

раскрыта недостаточно. Без знаний закономерностей развития, механизма и факторов образования

инженерно-геологических процессов, протекающих в верхней части литосферы (геологической

среде) на территории крупных городов, невозможно объективно оценить устойчивое

функционирование экосистемы и уровень экологической комфортности для

человека в целом.

В последнее десятилетие опубликованы работы В.Т. Трофимова, Д.Г. Зилинга,

Г.Л. Коффа, Ю.О. Зеенгофера и других исследователей о проблемах геоэкологии

урбанизированных территорий. Геологическая среда,– измененная и трансформированная

человеком часть литосферы – является и частью ноосферы. Она рассматривается в совокупности с

техносферой, как природно-техногенная или

природно-социальная система (Сергеев,1978).

Инженерно-геологические процессы на территории крупных городов рассматриваются как

результат действия системы ''геологическая среда – техногенные факторы воздействия''. Одни из

них являются опасными, создают дискомфортность обитания человека, другие –

катастрофическими, приводят к быстрому разрушению среды обитания, нарушению условий

жизни горожан.

Значительное ухудшение в последние годы эколого-геологической обстановки,

в том

числе геологической среды городских территорий, требует комплексного и целостного её

изучения с помощью картографических методов.

Город Томск является крупным старинным, индустриальным центром юга Западной

Сибири с численностью населения более 500 тысяч человек. Располагает значительным

промышленным и энергетическим потенциалом, разветвленной транспортной сетью, обширным

коммунальным хозяйством. Построенная карта инженерно-хозяйственного воздействия

города на

геологическую среду и ее анализ показывает, что геологическая среда города подвержена

интенсивному техногенному воздействию физических полей искусственного происхождения. За

интенсивность инженерной нагрузки был принят возраст, тип застройки, характер ее воздействия

на геологическую среду, обуславливающий разные механизмы развития инженерно-

геологических процессов. Вся территория города разбита на пять функциональных зон,

различающихся

по видам их использования: селитебная, промышленная, коммунально-складская,

зеленые насаждения, незастроенные территории. Дальнейшее деление на районы проведено в

селитебной зоне по возрасту застройки, в промышленной – по типам технологических процессов.

Для селитебной зоны интенсивность воздействия определяется исторически сложившейся

планировкой и плотностью застройки города. Следует отметить, что длительная история развития

городской территории

обусловила взаимопроникновение функциональных зон, бессистемное

чередование промышленных и жилых кварталов. Это связано с эвакуацией во время войны с

западных регионов страны крупных промышленных предприятий и размещением их в центре

города. В итоге центральная часть города характеризуется повышенной плотностью застройки и,

соответственно, коммуникационных систем. Для промышленной зоны выявлена зависимость

развития инженерно-геологических

процессов от вида производства – предприятия с мокрым,

сухим, полусухим технологическими режимами, с повышенным выделением тепла, вредных

химических элементов и так далее. В городе в настоящее время насчитывается 194 предприятия с

разной технологией производства. Профилирующая отрасль – машиностроение и

металлообработка, на втором месте стоит химическая промышленность, вносящая большой вклад

в загрязнение геологической среды

и атмосферы. Самыми сильными загрязнителями воздуха в

областном центре является ГРЭС–II (65,5 % общего валового выброса), Томский

нефтехимический комбинат, заводы ДСП, ЖБК-100, ''Сибкабель'', шпалопропиточный завод. По

данным областного комитета экологии воздух города от вышеперечисленных предприятий

загрязнен диоксидом азота, бензапиреном, неорганической пылью (золой), сернистым ангидритом,

фенолом, хлористым водородом, аммиаком и метиловым спиртом. Так как

объекты

промышленного назначения, находящиеся в старой части города, совпадают с постоянной средой

обитания человека, поэтому здесь необходимы повышенное внимание к социальным и

экологическим вопросам, более строгие требования к надежности и безаварийной эксплуатации

предприятий. Центр, как правило, ''задыхается'', слабо справляется с функцией самоочищения.

168

Секция 4

ЭНЕРГЕТИКА: ЭКОЛОГИЯ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ

Расширяясь, город захватил новую территорию (микрорайоны Каштак, Солнечный, Центральный,

Южный), из-за чего вокруг старой части города создался пояс геосинэнергетической адаптации

новостроек.

Качественный анализ влияния перечисленных выше техногенных факторов на

геологическую среду города качественно оценивается на основе районирования и анализа

территории по режиму инженерно-хозяйственного воздействия. Выделены районы со

слабонарушенным (

естественным) и нарушенным режимами, а районы с нарушенным режимом, в

свою очередь, – на участки со стационарным режимом, характеризующимся относительно

устойчивым равновесием между геологической средой и инженерными сооружениями, и участки

с нестационарным режимом. Территории с нестационарным нарушенным режимом (микрорайоны

Каштак, Солнечный, Центральный, Южный) стали застраиваться сравнительно недавно, освоение

их продолжается, инженерно-геологические

процессы не стабилизировались и являются наиболее

опасными и непредсказуемыми. Примером в микрорайоне Каштак является поднятие уровня

грунтовых вод после застройки территории на высоту 0.5–1.0 м от поверхности земли,

активизация оползней и оврагов на склоне третьей надпойменной террасе р. Томи. К территориям

с нарушенным стационарным режимом относятся районы, занятые старой довоенной застройкой

центральной части города. Здесь инженерно-хозяйственное воздействие сказывалось в течение

почти четырех столетий, поэтому инженерно-геологические процессы в основном

стабилизировались. Слабонарушенный режим инженерно-хозяйственного воздействия на

геологическую среду приурочен к незастроенным территориям.

Таким образом, геологическая среда города испытывает воздействие многих факторов

техногенной нагрузки и отвечает постоянными изменениями своих структурных компонентов

–

геологических, геоморфологических, гидрогеологических. Эти природные компоненты городской

территории отражались на инженерно-геологической карте территории г. Томска 1: 10 000

масштаба, составленной путем систематизации и обобщения многочисленного фондового

материала инженерно-геологических изысканий с 30-х по 90-е годы. Отраженная на карте

инженерно-геологических условий и районирования изменчивость геоморфологических,

геологических, гидрогеологических и геодинамических факторов (компонентов) геологической

среды свидетельствует о сложности инженерно-геологических условий территории города

Томска. Характерно следующее: а) генетическое и литологическое разнообразие пород,

слагающих пойму, четыре аллювиальные террасы р. Томи и Западный склон Томь-Яйского

водораздела с покровом субаэральных лессовых пород; б) распространение всех типов подземных

вод по условиям залегания – верховодки, грунтовых и напорных – и сложное

их

взаимоотношение; в) развитие широкого комплекса современных геологических и инженерно-

геологических процессов и явлений (оползнеобразование, оврагообразование, подтопление,

наледи, бугры пучения и т.д.). По механизму образования выделено семь видов процессов и

явлений: обусловленные в основном геологической средой (заболачивание, осыпи,

оврагообразование, наледи); провоцируемые деятельностью человека (подтопление,

оползнеобразование, бугры пучения). Наибольший экологический

и экономический ущерб городу

наносят оползни и подтопление. Классическим примером развития оползней служит южная часть

города – район Лагерного сада. Антропогенное воздействие на склон проявляется в двух

направлениях: активизации и стабилизации. К сожалению, активизация оползней опережает их

закрепление, что обусловлено ростом отрицательного воздействия человека на склоны при их

реконструкции и недостаточным обоснованием

и объемом работ по его стабилизации. В

настоящее время вследствие деятельности человека склоны разрушаются быстрее и интенсивнее,

чем под влиянием природных факторов. В районе Лагерного сада беспорядочная застройка

прибрежной полосы, нарушение дернового покрова, утечка из водоводов привели в свое время к

резкой активизации оползней. Строительство противооползневых мероприятий, продолжавшееся

здесь около 20

лет, не принесло ощутимых результатов. Интенсивность их развития является

показателем устойчивости геологической среды.

Карта инженерно-геологических условий (природная компонента) и техногенной

нагрузки (антропогенная) 1:10 000 масштабов позволило составить карту типологического

инженерно-геологического районирования территории г. Томска.

Типологическое инженерно-геологическое районирование

– это типизация инженерно-

геологических условий, положенная на карту. Степень устойчивости геологической среды

характеризуется типом, за который принят объем пород, однородный по набору ведущих

факторов, обусловливающих одинаковый механизм протекания инженерно-геологических

процессов или одинаковую их устойчивость к техногенному воздействию.

169

Секция 4

ЭНЕРГЕТИКА: ЭКОЛОГИЯ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ

В качестве ведущих факторов типа геологической среды для конкретных природных

условий города выбраны: строение грунтовой толщи, мощность насыпных грунтов,

расчлененность и энергия рельефа, глубина залегания грунтовых вод, водопроницаемость грунтов

в зоне аэрации, режим инженерно-хозяйственного воздействия (табл.).

В таблице качественные и количественные показатели разделены условно на три класса,

отражающие три уровня

степени устойчивости геологической среды к техногенному воздействию

города, к развитию тех или иных неблагоприятных инженерно-геологических процессов и

явлений. Этим ступеням устойчивости – высокая, средняя, низкая – присвоен, соответственно,

балл 1, 2, 3.

Схематизация геологического разреза проведена для всей территории города до глубины

15–20 м. Выделены три типа строения грунтовой толщи: однослойное, двухслойное, трехслойное

[4,5,6].

Анализ

фактического материала показал, что чем сложнее разрез по литологическому

строению, тем интенсивнее развиваются разнообразные инженерно-геологические процессы.

Обоснованием отнесения участков с максимальной мощностью насыпных грунтов к типу с низкой

степенью устойчивости геологической среды к техногенному воздействию является их

преимущественное распространение в старой части города.

Таблица 1.

Оценка ведущих факторов типа геологической среды

по степени устойчивости к техногенному

воздействию (в баллах)

Типы геологической среды по степени устойчивости

Ведущие факторы, определяющие тип

геологической среды

Высокая

(3 балла)

Средняя

(2 балла)

Низкая

(1 балл)

Строение грунтовой толщи Однослойное Двухслойное Трехслойное

Мощность насыпных грунтов, м 0 до 2 Более 2

Расчленённость и энергия рельефа (Кэр) Более 0.6

0.3 : 0.6

Менее 0.3

Глубина залегания грунтовых вод, м 10–20 4–10 0–4

Водопроницаемость грунтов в зоне

аэрации (Кф,м\сут)

Легкопрони-

цаемые

( более 5)

Проницаемые

(0.5 – 5)

Слабопроницаемые

(менее 0.5)

Режим инженерно-хозяйственного

воздействия

Слабонару-

шенный

Нарушенный не-

стационарный

Нарушенный

стационарный

Пределы средних значений степени

устойчивости (баллы)

2.5 – 3 1.5 – 2.5 1 – 1.5

Эти участки связаны с засыпанными оврагами, где повышаются уровни подземных вод

из-за ухудшения их стока и дренажа. По расчлененности рельефа, который оценивается

коэффициентом энергии рельефа (К

эр

), долина реки Томи и склон Томь-Яйского водораздела

дифференцирован на три группы. Степень устойчивости геологической среды к развитию оврагов,

оползней, осыпей, обвалов связана противоположно с расчлененностью рельефа, – чем больше

расчлененность, тем менее устойчива среда к развитию этих процессов при других равных

факторах. Для оценки показателя дренируемости исследуемой территории принята глубина

залегания уровня воды первого от поверхности водоносного горизонта. Градации значений

коэффициента фильтрации грунтов трех типов легко проницаемые (К

более 5 м/сут),

проницаемые (К

=5–0.5 м/сут), слабопроницаемые (К

менее 0.5 м/сут) приняты согласно

классификации генетических типов грунтов зоны аэрации по водопроницаемости, полученной

лабораторным и полевым путем.

Таким образом, учитывая природные условия изучаемой территории и прогнозные задачи,

обоснованы шесть ведущих факторов, определяющих тип геологической среды. Изменение этих

факторов приводит к разной степени благоприятности функционирования города.

Оценка направленности воздействий инженерно

-геологических процессов и явлений на

устойчивость инженерных сооружений и комфортность проживания человека на территории

городов имеет фундаментальное экологическое значение. Проведенное специальное

типологическое инженерно-геологическое районирование территории города Томска на первом

этапе является основой для качественного прогнозирования техногенных изменений

170