shkolakz.ru 1

УДК 556.3 (470.5)

СИСТЕМАТИЗАЦИЯ источников загрязнения

подземных вод ПРЕДУРАЛЬЯ

Р.Ф. Абдрахманов

Башкирский государственный аграрный университет, г.Уфа, Россия

С.Г. Юрченко, Т.Г. Дидык


ФГОУ ВПО МГУП, г. Москва, Россия


Одной из актуальной задач современности является организация рационального природопользования, включающего в себя как один из важнейших элементов рациональное использование и охрану подземных вод, которые являются одним из компонентов природной среды. Подземные воды являются всенародным достоянием и ценнейшим полезным ископаемым. Особенно велика роль пресных вод, значение которых, как источников питьевого водоснабжения населения, с каждым годом возрастает

Для оценки и прогноза качественного состояния подземных вод Предуралья необходимо выявление и изучение основных источников загрязнения. Под загрязнением подземных вод понимается такие изменения их свойств (химических, физических и биологических) по сравнению с фоновым состоянием, которые делают эту воду полностью или частично непригодной для использования по хозяйственному назначению.

Показатели загрязнения подземных вод подразделяются на общие и специфические. К общим относятся минерализация, общая жесткость, температура, величина рН, содержание хлоридов, сульфатов, нитратов, фтора, железа, марганца, меди, цинка, свинца, нефтепродуктов и др., а к специфическим - концентрация пестицидов, ПАВ, фенола, диоксина и других веществ.

В Предуралье на подземную гидросферу оказывает воздействие широкий спектр загрязняющих веществ, выбрасываемых многочисленными предприятиями различного профиля.

При оценке воздействия загрязняющих веществ на гидрогеологическую среду необходима инвентаризация источников техногенного воздействия и их классификация [1]. В настоящее время существует ряд классификаций источников воздействия на геологическую среду, учитываются вид хозяйственной деятельности, характер и состав загрязнителей, интенсивность и время действия, размеры и формы загрязняющего эффекта и пр.


С учетом вышеотмеченных факторов нами выполнена систематизация источников техногенного влияния на подземную гидросферу Предуралья. Из огромного многообразия загрязняющих источников можно выделить и классифицировать 8 наиболее значительных типов источников воздействия на подземную гидросферу. Они характеризуются общими и специфическими показателями токсичных химических элементов и соединений, их длительностью и масштабом воздействия на подземные воды Предуралья и примерной сферой, которая подвергается загрязнению тем или иным источником.

Тип 1. Сельские населенные пункты с агропромышленным хозяйством

Он возник с началом освоения земель для сельского хозяйства и является самым длительным источником воздействия на гидрогеологическую среду. Масштабы его загрязняющего действия значительно возросли за последние 30…50 лет в связи с интенсификацией сельскохозяйственного производства (применением удобрений, ядохимикатов и пестицидов), созданием животноводческих комплексов, применением сельхозтехники.

Тип 1 разделен на 4 подтипа, отличающихся длительностью воздействия на подземные воды и набором загрязняющих элементов.

Подтип А представлен населенным пунктом с приусадебным участком, длительность воздействия заканчивается с ликвидацией населенного пункта. Набор загрязняющих веществ определяется наличием водопровода, отсутствием канализации и очистных сооружений. Подземные воды загрязняются от применения воды при поливе, с которой поступают в почву, а затем и в подземные воды, химикаты, применяемых для борьбы с вредителями и болезнями растений. В грунтовые воды попадают с водой, применяемой для хозяйственных нужд, мыло, СМС и другие химикалии. Наиболее загрязняются подземные воды соединениями азота и патогенными микроорганизмами.

К подтипу Б отнесены территории, занятые посевными площадями, на которых применяются химические удобрения в широком масштабе, производится химическая прополка полей, обработка семян пестицидами и выращивание сельскохозяйственной продукции по интенсивной технологии. Все это является источником сильнейшего загрязнения природной среды (почвы, растений, поверхностных и подземных вод) и самой выращиваемой продукции. Избыточное применение удобрений приводит к потерям гумуса, загрязнению почв и подземных вод тяжелыми металлами. Загрязнение тяжелыми металлами носит длительный характер, так как они вовлекаются в биологический круговорот, и их соединения слабо подвержены химической трансформации.


Подтип В отличается от подтипа Б более интенсивным влиянием на подземные воды, так как после мелиорации земель при высоких нормах орошения, превышающих самоочищающую способность почвогрунтов, сбрасываемая вода характеризуется сильнейшей минерализацией с образованием трансформированных азотных соединений, активизацией сульфатредуцирующих процессов.

Источник загрязнения подтипа Г оказывает наиболее отрицательное воздействие на подземные воды. Как показали исследования [2, 3], выполненные на участках утилизации стоков крупных животноводческих комплексов (Рощинского свинокомплекса на 54 тыс. голов и Новораевского откормкомплекса на 12 тыс. голов), происходит загрязнение подземных вод различными ингредиентами, содержащимися в стоках (азотистые соединения, хлор, фосфор) и что особенно опасно - загрязнение тяжелыми металлами (медь, цинк, никель, марганец, железо и др.)

Тип II. Городские агломерации с промышленным производством

Урбанизированные территории в Предуралье занимают небольшую площадь, но оказывают влияние на значительные территории. В крупном городе ежедневно потребляется огромное количество продукции для удовлетворения нужд населения и потребностей промышленности и образуется соответствующее количество отходов. Многообразие видов отходов и широкий диапазон объема образований обусловливают сложность решения проблемы их обработки и утилизации.

Источники загрязнения окружающей среды в городских территориях носят многокомпонентный характер. Здесь загрязнители как бы накладываются друг на друга. К ним относятся:

выбросы химических, нефтехимических и других заводов (фонолы, ароматические и другие углеводороды, тяжелые металлы и др.);

загрязнения от транспортных средств (СОx , NOx, тяжелые металлы) и бензоколонок;

сбросы коммунального хозяйства (органические и неорганические вещества), тепловых электростанций и пр.;


городские свалки, шламонакопители.

Суммарный эффект этих загрязнителей для жителей городских территорий и окружающих сел стал угрожающим.

С учетом интенсивности, токсичности, сроков и продолжительности воздействия на геологическую среду выделяются три подтипа источников.

Подтип А представлен жилыми территориями. Он отличается интенсивностью и большим разнообразием веществ, воздействующих на природную среду. Наиболее интенсивному воздействию подвергаются зоны аэрации и водоносные горизонты грунтового типа. Происходит подъем уровня грунтовых вод (подтопление), вызванный утечками из водонесущих коммуникаций в процессе строительства и эксплуатации промышленных и городских объектов, и изменение их химического состава. Подтопление является негативной тенденцией (вплоть до катастрофической) изменения гидрогеологических условий городских территорий. По данным государственного учета, на 1 января 1999 года из 1064 городов России подтоплены земли 792 городов, что составляет 74.4%. Среди них такие крупные и крупнейшие города, как Москва, Нижний Новгород, Волгоград, Саратов, Краснодар, Ростов-на-Дону, Пермь, Уфа, Томск, Якутск, Кемерово и многие другие.

Кроме того, одними из основных загрязнителей подземных вод являются бытовые отходы, выхлопные газы автотранспорта, разливы бензина на автозаправочных станциях и т.д.

Бытовые отходы состоят из пищевых отходов, изношенных изделий бытового назначения, различного рода использованных изделий (упаковка, стеклянная и другая тара). Количество бытовых отходов постоянно растет. Подсчитано, что объем бытовых отходов в расчете на одного человека увеличивается примерно на 1…4 % в год и в настоящее время составляет по нормативу в благоустроенных зданиях 200…220 кг/год, в неблагоустроенных зданиях 700…800 кг/год. Загрязнения от бытовых отходов содержат биогенные элементы (азот, фосфор, калий, углерод), высокие концентрации тяжелых металлов, особенно свинца и других токсичных соединений.


Подтип Б составляют территории промышленных предприятий. Здесь основными источниками загрязнения являются технологические растворы и отходы производства.

Отходы, образующиеся на промышленных предприятиях, чрезвычайно многообразны по составу и объему их образования. К ним относятся: нефтеотходы, древесина, бумага, резина, текстиль, кожа, строительный мусор, формовочная земля, гальванические отходы, отходы химического производства, а также токсичные отходы (ртутные лампы, отходы, содержащие шестивалентный хром и хлорид бария, хлорорганические соединения и т.д.).

Различные машиностроительные и приборостроительные заводы загрязняют геологическую среду технологическими растворами и сточными водами, содержащими тяжелые металлы (медь, цинк, никель, хром, ртуть, свинец и др.), кислоты, щелочи, рассолы и пр.

Подтип В составляют участки утилизации сточных вод и твердых отходов. Источники воздействия этого подтипа (пруды-отстойники, хвостохранилища, свалки и пр.) занимают площади от нескольких сотен квадратных метров до нескольких квадратных километров (в Башкирии суммарная площадь их около 26 км2). Так, площадь шламонакопителей Стерлитамакского объединения «Сода» («Белые моря») занимает около 4,5 км2. Химический состав отходов весьма разнообразен, и они характеризуются широким спектром накапливающихся элементов (органические вещества, тяжелые металлы, рассолы и пр.).

Объемы неутилизуемых отходов, вывозимых в свалки, шламохранилища и пр., огромны. Так, в шламонакопители «Соды» ежесуточно подается около 50 тыс. м3 рассолов с минерализацией около 170 г/л. На городской свалке г. Уфы накопилось свыше 100 тыс.т свалочного материала, обогащенного соединениями цинка, меди, свинца, молибдена, кобальта, никеля, ртути и пр. Породы, подстилающие участки утилизации стоков (особенно глинистые), насыщаются солями, тяжелыми металлами, органическими соединениями, содержащимися в свалочных отходах, Тяжелые металлы активно собираются на поверхности глинистых частиц, входят в состав кристаллических решеток и дают собственные минералы в результате изоморфного замещения. Накопившиеся в почвогрунтах тяжелые металлы медленно удаляются при выщелачивании. Период полуудаления составляет: для цинка – 70…150 дет, для кадмия – 13…110, для меди – 310…1500, для свинца – 740…5900 [1]. Металлы, накопившиеся в породах, медленно удаляются с током нисходящих вод вниз по профилю, и процесс самоочищения практически приближается к бесконечности [4].


Тип III. Транспортные средства и дороги

Предуралье обладает достаточно разветвленной сетью автомобильных и железныхдорог, транспорта, интенсивно движение самолетов. В данном типе выделятся два подтипа:

Подтип А составляют транспортные средства. Выхлопные газы двигателей содержат более 1000 соединений и токсических примесей. Влияние автодороги на породы и подземные воды ощущается на расстоянии до 600 м (наиболее интенсивно до 1 м) и на глубину до 10…15 м.

Подтип Б составляют дороги и придорожные участки, которые являются местами накопления горючесмазочных материалов, реагентов (NаСl, СаСl2), применяемых для борьбы с гололедом и повышения устойчивости оснований дорог. За счет истирания шин автомобилей выбрасываются в атмосферный воздух соединения цинка и кадмия. Подни-маясь вместе с пылью с проезжей части дорог, последние оседают на растениях, почве и таким образом вовлекаются в биологический круговорот.

Тип IV. Нефтегазодобывающие предприятия

Наиболее крупным источником воздействия на подземную гидросферу Предуралья являются нефтегазодобывающие предприятия. Гидрогеологический материал, полученный в процессе исследований 1973-1992 гг. [1], позволяет выделить в этом типе три подтипа источников техногенного влияния на подземные воды.

Подтип А составляют скважины различного назначения (структурные, разведочные, эксплуатационные, нагнетательные, контрольно-пьезометрические, поглощающие и пр.). Количество их в нефтедобывающих районах исчисляется несколькими десятками тысяч. Подземные воды (особенно пресные) при проходке скважин загрязняются буровыми растворами, содержащими различные реагенты, пластовыми рассолами, нефтью и нефтепродуктами и пр. В зонах нагнетания пресных вод для поддержания пластового давления наблюдается существенное снижение минерализации пластовых рассолов до полного опреснения их вблизи нагнетательных скважин, активизация биохимических процессов, ведущая к генерации сероводорода в азотно-метановых газах, а в ряде случаев – к выпадению гипса в призабойных зонах и стволах скважин.


Подтип Б охватывает участки сточных нефтепромысловых вод и различных отходов (пруды-накопители, шламохранилища и прочие емкости для хранения промышленных стоков), прискважинные площадки, территории КНС, ГЗУ, ППД и др. Количество рассолов, поступающих через зону аэрации в горизонты пресных вод из источников подтипа IVБ, колеблется в широких пределах. Оно зависит как от параметров зоны аэрации (фильтрационные свойства пород, их мощность и др.), так и от размеров емкостей – накопителей, продолжительности их действия, состава рассолов и др.

К подтипу В отнесены трубопропроводы различных жидких загрязняющих веществ – нефтепроводы, рассолопроводы и водоводы. При транспортировке нефти, рассолов и прочих загрязняющих веществ происходят различного вида аварии проводящих систем, приводящие к наиболее интенсивному неблагоприятному воздействию на зоны аэрации и активного водообмена, являющиеся областями формирования и накопления пресных питьевых вод. Такие загрязнения слабо устраняются по причине масштабности загрязнений, сложности локализации разливов нефти, отсутствия совершенных технологий и оборудования по очистке загрязненных нефтью грунтов и подземных вод, низкой производственной культуры и отсутствия организованной ликвидации аварийных разливов.

На поверхность земли в районах нефтедобычи попадает большое количество нефти. Глубина проникновения и ареолы распространения нефти в водоносных пластах зависят от многих факторов: мощности зоны аэрации и состава слагающих ее пород, плотности и вязкости нефти, гидродинамических особенностей водоносных горизонтов и пр.

Поэтому, главное в проблеме охраны пресных вод районов нефтяных месторождений - это, в первую очередь, предупреждение попадания загрязняющих веществ (нефтепромысловых рассолов) на поверхность земли и в водоносные горизонты. Эта цель может быть достигнута только в результате внедрения комплекса мероприятий по разведке и эксплуатации месторождений, обустройству нефтепромыслов и пр.


Тип V. Предприятия горнодобывающей промышленности

К ним относятся угольные разрезы (подтип А), шахты и участки выщелачивания различных солей (подтип Б).

Загрязнение природных вод от сооружений подтипа А происходит отходами углей и солоноватыми водами (Кумертауский, Тюльганский разрезы и др.) на площади около десятков квадратных километров на глубину до 100…120 м.

От источников заражения подтипа Б загрязнение подземных вод происходит при разработке шахтным способом (Березниковское, Соль-Илецкое и др. месторождения) и путем подземного выщелачивания (Стерлитамакский содово-цементный комбинат) солей для химической промышленности. Загрязняющими веществами здесь являются соли, содержащиеся в рассолах, и сопутствующие им металлы (Br, B, Sr и др.).

Тип VI. Полигоны утилизации сточных вод, создаваемых ядерными взрывами в скважинах

Такие полигоны занимают среди прочих источников загрязнения подземных вод особое положение. Масштабы и последствия этих мероприятий пока слабо выяснены, так как о них стало известно лишь в последнее время. Основным требованием к водоносному горизонту, намечаемому под сброс в него жидких отходов, является надежная его изоляция водоупором от вышележащих горизонтов.

Тип VII. Лесная и лесоперерабатывающая промышленность

При заготовке и переработке древесины образуются значительные объемы отходов, которые являются достаточно длительными источниками загрязнения природных вод соединениями азота и органическими веществами (фенол, метилфенол, нафталин и др.). Воздействие их на подземную гидросферу ограничивается зонами аэрации и грунтовых вод.

Тип VIII. Пруды и водохранилища с гидротехническими сооружениями

Пруды и водохранилища устраиваются для сезонного, недельного и суточного регулирования стока рек. Они оказывают как положительное (опреснение и пополнение подземных вод), так и отрицательное влияние на геологическую среду. Негативное воздействие их сказывается в виде загрязнения грунтовых вод, так как они являются накопителями смываемых с сельскохозяйственных и промышленных земель различных химических элементов и соединений, вызывая подъем уровня грунтовых вод, что может привести к заболачиванию и засолению прибрежных территорий, активизации оползневых и карстовых процессов. Загрязнение водохранилищ и прудов происходит в зависимости от существующих вблизи промышленных предприятий и сельхозугодий в виде донных отложений древесины, тяжелых металлов, различной органики. Это создает условия для образования различных металлоорганических соединений, которые могут переходить из твердой фазы в жидкую и служить очагом вторичного загрязнения природных вод (поверхностных и подземных).


Библиографический список


  1. Абдрахманов Р.Ф. Техногенез в подземной гидросфере Предуралья. - Уфа: УНЦ РАН, 1993. 208 с.

  2. Абдрахманов Р.Ф., Попов В.Г. Гидрогеология Южного Предуралья, 1985. 124 с.

  3. Гольдберг В.М. Взаимосвязь загрязнения подземных вод и природной среды. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 248 с.

4. Зайнуллин Х.Н., Абдрахманов Р.Ф., Савичев Н.А. Утилизация промышленных и бытовых отходов (на примере Уфимской городской свалки). Уфа: УНЦ РАН, 1997. 235с.