Введение 3
Глава 1 Литературный обзор по проблемам загрязнения почв 8
1.1 Нормативные требования по уровню загрязнения почв 8
1.2 Обоснование возможных загрязняющих компонентов почв на территориях фосфорных производств
1.3 Неблагоприятные последствия воздействия загрязняющих компонентов
1.4 Влияние кислотности почв на их состав и биологические
процессы в почве
1.5 Подходы к оценке неблагоприятного воздействия
загрязненных территорий
1.6 Методы восстановления загрязненных территорий 26
1.6.1 Химические методы восстановления 26
1.6.2 Биологические методы восстановления почв 35
Глава 2 Экспериментальные исследования по загрязнению почвы на
территории ОАО «Фосфор»
2.1 Метод отбора почв 46
2.2 Методы анализа состава почв 47
2.3 Результаты исследования почв площадки ОАО «Фосфор» 58
2.4 Обсуждение результатов 62
Глава 3 Предложения по рекультивации загрязненных свинцом территорий
Заключение 74
Список используемой литературы и используемых источников 76
Актуальность настоящего исследования
Оценка состояния почвы и приобретает в последнее время все более острый социально-экономический характер, что обусловлено усилением значения антропогенных факторов.
Загрязнение почвы промышленными предприятиями города является актуальной темой. Воздух, вода и почва загрязняются повсеместно, но почва несет наибольшее бремя загрязнения окружающей среды, так как более других сред аккумулирует в себе вредные вещества. Существует настоятельная необходимость в контроле загрязнения почвы промышленных предприятий.
На территории городского округа Тольятти наиболее неблагополучной территорией является площадка в Северном промышленном узле, занимаемая ОАО «Фосфор», поэтому в данной работе рассматривается именно это предприятие.
Предприятие было основано в 1958 году как Куйбышевский химический завод, затем ПО «Куйбышевфосфор», для переработки фосфорной руды в элементарный фосфор и его производные. Предприятие было единственным, производящим фосфор, и самым крупным заводом в СССР по выпуску производных фосфора: фосфорной кислоты,
пятисернистого фосфора, синтетических моющих средств, фосфатных удобрений, фосфатирующих препаратов. Продукция завода поставлялась в десятки стран.
Переименовано в ОАО «Фосфор» и приватизировано предприятие было почти сразу после распада СССР. Единственный в России завод по производству ортофосфорной кислоты и жёлтого фосфора, вскоре стал убыточным, по причине потери поставщика фосфорной руды с территории Казахстана. В 2003 прекратилась всякая производственная деятельность на мощностях завода. За долги части предприятия были переданы мелким предприятиям, а часть до сих пор является хранилищем для вредных отходов былого производства, представляющих серьезную опасность для окружающей среды.
В настоящее время производственная площадка бывшего завода ПО«КуйбышевФосфор» находится в ведении управляющей компании, чья деятельность связанна с продажей и предоставлением в аренду производственных площадок, энергоресурсов, офисов бывшего предприятия. Между территория бывшего завода полностью не исследована на содержание в почве токсичных веществ, в том числе I-III класса опасности, что ставит под сомнение безопасность использования данной территории. Многолетнее зафосфачивание почвенного покрова способствовало помимо прочего аккумуляции в почве тяжелых металлов, губительных в высоких концентрациях для растительного покрова и окружающей среды.
Актуальность темы состоит в необходимости определения уровня загрязнения в связи с высокой антропогенной нагрузкой на территории бывшего завода и отсутствии решений по улучшению состояния почвы и возможной ремедиации.
Объект исследования: территория бывшего завода ОАО «Фосфор».
Предмет исследования: почвенный покров территории бывшего завода ОАО «Фосфор».
Цель исследования: оценка химического воздействия на почву фосфорного производства после многолетней консервации.
Гипотеза исследования состоит в том, что предположительно основным источником загрязнения почвы на выбранной территории являлась многолетняя активная деятельность предприятия до 2003 года и дальнейшее неконтролируемое содержание территории. С учетом профиля предприятия, на котором перерабатывали фосфориты с получением фосфора, фосфорной кислоты, сложных удобрений и других соединений на основе фосфора, с большой вероятностью происходило зафосфачивание почв на всей площадке ОАО «Фосфор».
Кроме того, возможно загрязнение почв другими компонентами, содержащими в фосфатном сырье и сложных удобрений, в частности тяжелыми металлами и нитратами. Тем более, что зафосфачивание почв способствует аккумуляции в почве тяжелых металлов, губительных в высоких концентрациях для растительного покрова и окружающей среды.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- исследовать уровень загрязнения почвы на территории ОАО «Фосфор»,
- оценить экологическое состояние почвенного покрова,
- разработать меры снижения негативного воздействия для возможности последующего использования территории.
Теоретико-методологическую основу исследования составили: нормативная документация по определению массовой доли загрязняющих веществ в почве, нормативная документация по охране природы, патенты, отечественные и иностранные научные статьи.
Базовыми для настоящего исследования явились также:
результаты исследования состояния почв на территориях предприятий по производству фосфорсодержащих продуктов.
Методы исследования:
в рамках написания данной магистерской диссертации были проведены исследования методами спектрофотометрии, потенциометрического анализа, атомно-абсорбционной спектрометрии и инверсионной-вольтамперометрии. Во время выполнения работы были использованы аттестованные методики, в том числе: ГОСТ, РД, ПНД Ф.
Опытно-экспериментальная база исследования:
- лаборатории кафедры «Химическая технология и ресурсосбережение»;
- лаборатория ООО «Лабораторный Центр «БТиОС».
Научная новизна исследования заключается в выборе подхода к оценке воздействия деятельности фосфорного производства на загрязнение почв.
Теоретическая значимость исследования заключается в доказательстве высокого уровня загрязнения почвенного покрова на территории ОАО «Фосфор» рядом компонентов.
Практическая значимость исследования:
результаты осуществленной работы позволяют дать объективную оценку загрязнения почвенной среды промышленными предприятиями, оценить масштаб антропогенной нагрузки выбранной территории и предложить методы для последующей ремедиации загрязненной почвы.
Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечивались:
- проведением исследований с применением методов, адекватных объекту исследования;
- применением аттестованных действующих методик по измерению и отбору проб;
- использованием поверенного лабораторного оборудования.
Личное участие автора состоит в
- анализе литературных данных по составу сырья и продукции производства, по проведенным ранее исследованиям почвы на данной территории;
- проведении исследований проб почв по выбранным показателям;
- патентном поиске и изучении научных статей по технологиям очистки почвы от химических загрязнений;
- описании и систематизации существующих методов восстановления почв.
- описании и подведении итогов результатов исследования.
Апробация и внедрение результатов работы велись в течение всего исследования. Его результаты выносились на Всероссийской студенческой научно-практической междисциплинарной конференции «Молодежь. Наука. Общество» направление «Химия, рациональное природопользование и биотехнологии», январь 2021.
На защиту выносятся:
- результаты исследований почвы территории бывшего завода ОАО «Фосфор» на содержание в ней загрязняющих веществ, в том числе тяжелых металлов,
- оценка состояния почвенного покрова выбранной территории,
- предложения по рекультивации почвенного покрова территории бывшего завода ОАО «Фосфор».
Структура магистерской диссертации. Работа состоит из введения, 3 глав, заключения, содержит 13 таблиц, 10 рисунков, список использованной литературы представлен 57 источниками. Основной текст работы изложен на 82 страницах.
Оценка состояния почвы и приобретает в последнее время все более острый социально-экономический характер, что обусловлено усилением значения антропогенных факторов. Существует настоятельная необходимость в контроле загрязнения почвы промышленных предприятий.
На территории городского округа Тольятти наиболее неблагополучной территорией является площадка в Северном промышленном узле, занимаемая ОАО «Фосфор», поэтому именно это предприятие явилось объектом определения уровня загрязнения почв.
Санитарные правила обязывают контролировать состояние почв территорий промышленных зон по ряду показателей, в том числе рН, содержание тяжелых металлов, NO3-и нефтепродуктов.
На основании санитарных правил и анализа предыдущей производственной деятельности предприятия ОАО «Фосфор» были определены показатели для контроля загрязнения почв: рН, содержание Р, S, К, Al, Mg, Fe, Mn, Ni, Cu, Zn, Zr, Cr, Ti, Mo, Pb, а также NO3- и нефтепродуктов.
Анализ последствий антропогенного загрязнения почвы показал, что наиболее токсичными из представленного ряда являются тяжелые металлы, в первую очередь цинк и свинец.
Проведенные экспериментальные исследования загрязнения почвы территории ОАО «Фосфор» показали, что в соответствии с нормативной природоохранной документацией загрязнение почвы территории ОАО «Фосфор» цинком соответствует очень высокому уровню загрязнения (5 уровень), свинцом высокому уровню загрязнения (4 уровень), хромом - среднему уровню (3 уровень), никеля и молибдена - низкому (2 уровень).
Высокое содержание в почве цинка можно объяснить его свойством в наиболее значительной степени по сравнению с другими тяжелыми металлами снижать подвижность фосфора, что и приводит к накоплению как цинка, так и фосфора.
Суммарный показатель загрязнения почвы на территории ОАО «Фосфор», рассчитанный по городским фоновым показателям, соответствует опасному уровню загрязнения. Тогда как, расчет с учетом региональных фоновых значений показывает, что территория относится к чрезвычайно опасной категории.
Примерный эколого-экономический ущерб от загрязнения почвы по загрязнению наиболее токсичными веществами, цинком и свинцом и составляет 9,337 тыс. рублей на 1 квадратный метр. При общей площади территории в 180 га (1800 000 кв. м) эколого-экономический ущерб составит 16,8 млрд. руб.
Для восстановления почвы на территории ОАО «Фосфор» рекомендована фиторемедиация с применением смеси горчицы сарептской, являющейся гипераккумулятором свинца, совместно с райграсом пастбищным с последующей посадкой деревьев каштана конского, клена остролистного. Подобное комбинированное действие позволяет снижать концентрацию подвижной формы свинца и цинка в почве до 10 % от подвижной формы. Высев газонной травы необходим для защиты от миграции металлов в нижние слои почвы. Прирост древесины каждый год позволяет извлекать большие количества свинца, только древесина каштана будет накапливать до 22,2 г свинца и 24,8 г цинка ежегодно. Впоследствии металлы убираются с листовым опадом и частично аккумулируются в древесине.
Биомасса, произведенная в процессе фиторемедиации, в дальнейшем может быть использована для производства биоэнергии, декоративных материалов, древесины и восстановления ценных металлов. Таким образом объединение фиторемедиации с производством ценных материалов и биоэнергии может сделать этот процесс экономически рентабельным.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
