Эко-бюллетень ИнЭкААрхив№ 5 (130) > УПРАВЛЕНИЕ ОТХОДАМИ

Изучение распределения тяжелых металлов в системе отходы – вода – почва для золошлаковых отвалов Кемеровской области

Н.В. Журавлева,
к.х.н., руководитель отдела хроматографии и экологии,
О.В. Иваныкина,
инженер-химик ОАО «Западно-Сибирский испытательный центр» (г. Новокузнецк)

Энергетика является ведущей отраслью современной индустрии, но вместе с тем она – источник существенного загрязнения биосферы. Одним из результатов функционирования систем топливно-энергетических комплексов является образование золошлакоотвалов.

В Кемеровской области за 2006 год [1] образовалось 3339,49 тыс. тонн золошлаковых отходов, основная масса которых была складирована.

Из 9 ТЭС Кузбасса только 3 имеют установки по сухому отбору золы (Томь-Усинская ГРЭС – мощностью 20 тыс. тонн в год, Западно-Сибирская ТЭЦ – 100 тыс. тонн в год и Кемеровская ГРЭС – 30 тыс. тонн в год). Более 2-х млн. тонн транспортируется водой вместе со шлаком в виде золошлаковых смесей в отвалы [2].

Химический состав золошлаковых отходов на 80 – 90 % представлен SiO2, А12О3, FeO, Fe2O3, CaO, MgO. Кроме того, в состав отходов входят остатки несгоревших частиц топлива (0,5 ? 20 %) и в виде микропримесей – соединения титана, ванадия, германия, галлия, серы, урана и других элементов.

Для объективной оценки степени влияния золошлаковых отходов на окружающую среду необходима разработка программ экоаналитического мониторинга, в которые должен быть внесен перечень токсичных элементов.

Цель данной работы – изучение форм нахождения токсичных элементов золошлаковых отходов в системе отходы – вода – почва и оценка потенциальной опасности золоотвалов.

объекты исследования

  • золошлаковые отходы (смесь золоуноса и шлака), шлаки котельных Кемеровской области;
  • подземные, поверхностные воды на территории золоотвалов;
  • почва территорий, прилегающих к золоотвалам.


Систематизация данных приведена по следующему количеству проб: 135 золошлаковым отходам и шлакам котельных; 35 грунтовым водам и 17 поверхностным водам; 20 почвам. Концентрации элементов в пробах определялись следующими методами анализа: атомно-эмиссионным с индуктивно-связанной плазмой; атомно-абсорбционным с электротермической атомизацией; атомно-абсорбционным «холодного пара» (Hg); полярографическим (Pb) по аттестованным методикам. Все аналитические исследования были выполнены в ОАО «Западно-Сибирский испытательный центр», который аккредитован в системе Госстандарта РФ (№ РОСС RU. 0001 21АЯ07) по широкому перечню показателей.

Результаты исследований

Изучение химического состава золошлаковых отходов и шлаков котельных. Распределение токсичных элементов в валовой, подвижной и водорастворимой формах представлено в таблице 1.

Таблица 1 Содержание тяжелых металлов в золошлаковых отходах и шлаках котельных Кемеровской области
Наименование показателяВиды отходовПДКп для почвы с учетом фона, мг/кг
Золошлаковые отходыШлаки котельных
Валовые содержания, мг/кг
Ванадий< 22,4-156,856,0-145,6150,0
Медь14,0-24,016,7-52,655,0*
Хром38,4-247,920,0-958,990,0
Свинец8,8-110,66,0-236,032,0
Цинк16,0-60,214,0-50,0100,0*
Кадмий0,40,4-
Никель16,2-65,415,0-84,285,0
Ртуть< 0,01-5,0< 0,01-9,882,1
Олово< 1,0-60,0< 1,0-42,04,5
Сурьма< 1,0< 1,0-15,04,5
Кобальт7,1-24,77,35-15,08-
Марганец239,6-600,0184,6-600,01500,0
Молибден4,0-8,04,00-40,0-
Подвижные формы, мг/кг
Медь3,5-20,43,0-30,03,0
Никель3,0-55,02,5-65,04,0
Цинк3,6-60,03,6-50,023,0
Свинец2,0-104,02,0-101,66,0
Марганец20,0-586,026,0-510,8-
Хром< 2,0-4,7< 2,0-2,86,0
Молибден0,2-6,00,2-5,0-
Кобальт0,04-0,30,1-0,25,0
Водорастворимые формы**, мг/кгПДКв, мг/дм3
Ванадий<0,0005-0,17<0,0005-1,770,001
Кадмий< 0,0005< 0,0005-0,00160,01
Кобальт< 0,0002-0,0009< 0,0002-0,030,01
Сурьма< 0,0005-0,006< 0,0005-0,050,05
Медь< 0,001-0,016< 0,001-0,030,001
Молибден< 0,001-0,60< 0,001-1,050,0012
Никель< 0,0002-0,27< 0,0002-0,500,01
Мышьяк< 0,005-0,50< 0,005-0,600,05
Свинец< 0,0002-0,03< 0,0002-0,0250,1
Ртуть< 0,0001< 0,0001-0,00020,00001
Марганец< 0,005-0,13< 0,005-0,440,01
Хром< 0,0005-0,6< 0,0005-0,180,001
Цинк0,0075-0,136< 0,005-0,00780,01
* Валовое содержание – ориентировочное.** Водная вытяжка выполнена из соотношения твердое вещество: жидкость (1:1), численно содержание водорастворимых форм элементов в мг/кг равно величине в мг/дм3.

Обычно аналитический контроль объектов окружающей среды базируется на сопоставлении результатов химического анализа с нормируемыми величинами концентраций контролируемых веществ. Из результатов исследований следует, что превышение ПДКп [3] в валовой форме золошлаковых отходов обнаружено по хрому, свинцу и ртути. В 70 исследованных образцах шлаков котельных выявлено высокое содержание хрома, свинца, ртути, олова и сурьмы (таблица 2).

Таблица 2 Кратность превышения ПДКп тяжелых металлов в валовой форме в золошлаковых отходах и шлаках котельных
ЭлементЗолошлаковые отходыШлаки котельных
Кратность превышения ПДКп% проб от общего количестваКратность превышения ПДКп% проб от общего количества
Хром2,720,09,0 – 10,725,0
Свинец2,090,03,2 – 4,350,0
3,42,07,42,0
Ртуть2,44,01,0 – 5,04,0
Олово13,34,09,04,0
СурьмаНе превышает ПДКп1,5 – 3,38,3

Максимальные концентрации подвижных форм тяжелых металлов в золошлаках и шлаках котельных наблюдаются по меди, никелю, цинку и свинцу (таблица 3).

Таблица 3 Кратность превышения ПДКп тяжелых металлов в подвижной форме в золошлаковых отходах и шлаках котельных
ЭлементЗолошлаковые отходыШлаки котельных
Кратность превышения ПДКп% проб от общего количестваКратность превышения ПДКп% проб от общего количества
Медь2,0 – 4,060,01,6 – 3,257,0
6,840,06,6 – 10,143,0
Никель2,031,01,3 – 1,528,5
13,635,07,8 – 16,328,5
Цинк2,630,01,7 – 2,228,6
Свинец17,340,01,2 – 16,943,0

Токсичность промышленных отходов необходимо оценивать не только по величине воздействия на почву, но и по возможности токсичных элементов переходить в воду. Из полученных результатов следует, что в водной вытяжке золошлаковых отходов и шлаков котельных обнаружены высокие концентрации следующих элементов (таблица 4).

Таблица 4 Кратность превышения ПДКв тяжелых металлов в водной вытяжке золошлаковых отходов и шлаков котельных
ЭлементЗолошлаковые отходыШлаки котельных
Кратность превышения ПДКп% пробот общего количестваКратность превышения ПДКп% пробот общего количества
Ванадий20,0 – 81,030,08,0 – 20,050,0
110,0 – 170,053,0700,0 – 920,015,0
1770,02,0
Медь4,0 – 9,058,02,0 – 10,060,0
10,0 – 16,035,020,0 – 30,012,0
Молибден10,0 – 67,577,01,0 – 58,062,0
100,0 – 500,015,083,0 – 333,04,0
641,0 – 875,02,0
Никель1,0 – 5,065,01,0 – 6,014,0
27,04,050,02,0
Мышьяк10,04,03,0 – 12,010,0
Цинк1,0 – 8,069,0Не превышает ПДКп
10,0 – 13,65,0
Марганец4,0 – 6,073,05,0 – 42,034,0
11,5 – 13,012,0
Хром5,0 – 8,027,0180,010,0
10,0 – 30,050,0
200,011,5
КобальтНе превышает ПДКп3,02,0

Изучение водных объектов. Следующим этапом исследования стал анализ влияния золоотвалов на грунтовые и поверхностные воды.

Таблица 5 Диапазоны концентраций тяжелых металлов в грунтовых водах на территории золоотвалов и в природных водоисточниках вблизи золоотвалов
Наименование показателяПьезометрические скважиныПоверхностная вода
Диапазоны содержания, мг/дм3Соотношение с ПДКв, мг/дм3Диапазоны содержания, мг/дм3Кратность превышения ПДКв,мг/дм3
Ванадий< 0,0005-0,080,5-80,0 < 0,0005-0,150,5-150,0
Кадмий< 0,0005-0,001< 0,0005-0,0006
Кобальт< 0,0002-0,002< 0,0002
Сурьма< 0,0002< 0,0002-0,002
Медь< 0,001 < 0,001
Молибден0,001-0,160,8-133,00,002-0,1602-133,0
Никель< 0,0002-0,030,02-2,8< 0,0002-0,0020,02-1,8
Мышьяк< 0,005-0,0210,1-0,420,007-0,029
Свинец< 0,0002-0,030,002-0,3< 0,0002
Ртуть< 0,0001< 0,0001
Марганец0,10-3,8010,0-380,0Нет данных
Хром0,004-0,0084,0-8,00,004-0,0124,0-12,0
Цинк0,005-0,110,5-11,0< 0,002-0,0280,5-2,8

Из сравнительного анализа таблиц 1 и 5 следует, что высокие концентрации ванадия, молибдена, мышьяка, никеля, цинка, марганца и хрома отмечены как в водорастворимых формах золошлаковых отходов, так и в грунтовых и поверхностных водах естественных водоисточников вблизи золоотвалов. Для этих элементов не существует геохимических барьеров при инфильтрации природных вод через ложе золоотвала.

Кадмий, кобальт, сурьма, свинец и ртуть не были обнаружены ни в водной вытяжке отходов, ни в грунтовых и поверхностных водах.

Исследование почв. Была проведена систематизация данных изучения почв, прилегающих к территории золоотвалов. Результаты испытаний приведены в таблице 6.

Таблица 6 Содержание токсичных элементов в почвах территорий, прилегающих к золоотвалам
ЭлементМетод испытания и номер НДРезультаты испытания, мг/кгПДКп,мг/кг
Валовые содержания
КадмийПНД Ф 16.1:2.2:2.3.36-020,40 
Медь«-»16,40 – 42,0555,0*
Никель«-»28,00 – 43,0085,0
Свинец«-»20,80 – 42,0032,0
Цинк«-»52,00 – 151,60100,0*
МышьякГОСТ 10478-936,00 – 21,002,0
РтутьСанПиН 4433-87< 0,01 – 1,402,1
Подвижные формы
МедьГОСТ Р 50684-943,00 – 19,003,0
ЦинкМетодические указанияЦИНАО14,00 – 62,0023,0
Никель8,70 – 30,004,0
Свинец15,00 – 23,006,0

Полученные результаты показывают превышение ПДКп валовых форм в 66,6 % исследованных образцов почв для цинка (1-1,5 ПДК), 55,5 % свинца (1-1,3 ПДК) и во всех пробах мышьяка (3-10,5 ПДК).

Обнаружены высокие концентрации подвижных форм цинка, свинца, меди и никеля (таблица 7). Последнее говорит о переходе в почвенные растворы данных металлов, несмотря на низкие концентрации никеля и меди в валовой форме.

Таблица 7 Кратность превышения ПДКп тяжелых металлов в почвах, прилегающих к золоотвалам
ЭлементКратность превышения ПДКп% проб от общего количества почв
Медь1,567,0
6,033,0
Никель1,6 – 2,233,0
2,5 – 7,567,0
Цинк2,0 – 2,744,4
Свинец1,7 – 3,8100,0

Аналогичная ситуация прослеживается при анализе золошлаковых отходов. Эти данные свидетельствуют о загрязнении территорий вблизи золоотвалов именно этими металлами.

выводы

  1. Золошлаковые отходы при контакте с водой могут быть источником токсичных элементов (ванадия, молибдена, мышьяка, никеля, цинка, марганца и хрома), содержание которых в наблюдательных скважинах существенно превышает предельно допустимые концентрации в воде.
  2. Установлена миграция подвижных форм тяжелых металлов (медь, никель, цинк, свинец) от золошлакоотвалов в почву, несмотря на низкие концентрации в валовой форме Cr, Ni и Zn .
  3. Анализ распределения токсичных металлов в системе: отходы – грунтовые (поверхностные) воды – почва позволяет говорить о том, что зола и шлак являются источником поступления тяжелых металлов в окружающую среду, хотя степень их распределения в системе различна.
  4. Полученные данные нужно использовать при планировании природоохранных мероприятий на местах складирования золошлаковых отходов.

Библиографический список

  1. Материалы к Государственному докладу «О состоянии и охране окружающей природной среды Кемеровской области в 2006 г.» / Администрация Кемеровской области. – Кемерово: ИНТ, 2007. – 320 с.
  2. Павленко С.И. Бетоны на основе золы и шлака ТЭС и комплексное их использование в строительстве / С.И. Павленко. – М.: изд-во АСВ, 2000. – 203 с.
  3. Санитарные нормы допустимых концентраций химических веществ в почве. СанПиН 42-128-4433-87. – М: Министерство здравоохранения СССР, 1998 – 19 с.
  4. Обобщенный перечень предельно допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно безопасных уровней воздействия (ОБУВ) вредных веществ для воды рыбохозяйственных водоемов. – М: Министерство рыбного хозяйства СССР, 1990 – 44 с.
 
ПОИСК ПО САЙТУ
© 2001-2017 ООО «ИнЭкА-консалтинг»
Контакты ИнЭкА:
+7 3843 720575
720579
720580
ineca@ineca.ru
создание сайтов