Экология/6. Экологический мониторинг

 

К.т.н. Валеев В.Х., Сомова Ю.В.

Магнитогорский государственный технический

 университет им. Г.И. Носова, Россия

 

Исследование состояния поверхностных вод Магнитогорского промышленного района и их трансформация техногенезом

 

ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» является крупнейшим производителем чёрных металлов в России. Предприятие представляет собой крупный металлургический комплекс с полным производственным циклом, начиная с подготовки железорудного сырья и заканчивая глубокой переработкой черных металлов.

Функционирование такого комплекса невозможно без негативного воздействия на окружающую среду. В связи с этим актуальной задачей становится изучение экологического воздействия промышленных стоков на состояние поверхностных вод р. Урал и Магнитогорского водохранилища в зоне влияния горно-металлургического комплекса. Для изучения состояния поверхностных вод опробованы воды р. Урал и Магнитогорского водохранилища.

Методика отбора проб и исследований

Пробы воды реки Урал и Магнитогорского водохранилища отбирались (пробы 501–519) ежемесячно  в течение 2007–2012 г.г. Схема расположения точек отбора проб спланирована таким образом, чтобы выявить характер влияния левобережной части водохранилища, которая примыкает к промплощадке комбината на качество поверхностных вод (смотри рисунок 1). В пробах воды определялись ионный состав, металлы и взвешенные вещества.  

Отбор проб природных и сточных вод проводился в соответствии с требованиями ГОСТ Р 515925, ГОСТ 17.1.5-05, СанПиН 2.1.5.980,                    РД 52.24.353. Пробы отбирались в турбулентных, хорошо перемешанных потоках на прямолинейных участках водоотводящих устройств вне действия подпора. При отборе проб использовалась стеклянные емкости. Пробы отбирались вручную пробоотборными емкостями. Для отбора проб использовались бутылка в грузе ГР-15м с глубиной погружения 1–5 м, объемом 1 л и бутылка на штанге ГР-66 с глубиной погружения до 3м,  объемом 1 л.

 Исследования проб проводились путем рационального сочетания классических химических методов (гравиметрия, титриметрия, фотометрия) и физико-химических методов – атомно-абсорционная спектрометрия, флуориметрия, кондуктометрия.

 

Рисунок 1 –  Схема отбора проб

 

Методика определения ирригационных показателей

Существует ряд расчетных эмпирических методов определения пригодности воды в качестве оросительной. Некоторые из них, использованные для оценки ирригационных свойств вод водохранилища, приведены ниже.

Ирригационный коэффициент Х. Стеблера – . Для различных химических типов вод рассчитывается по следующим формулам:       

  при                                                                  (1)

  при     ;                  (2)

;                                                          (3)

при       

Качество оросительной воды считается хорошим при   удовлетворительным при   неудовлетворительным    В исследуемом случае коэффициент   рассчитывался по формуле (3).

Департаментом сельского хозяйства США для определения возможности осолонцевания почв применяется коэффициент потенциального поглощения натрия (SAR), который рассчитывается по формуле 

.                                                                        (4)

По величине SAR вероятность осолонцевания считается низкой при     .

По соотношению между одновалентными катионами и суммой катионов Можейко А.М. и Воротник Т.К. выделяют три группы вод:

– весьма неблагоприятные  для орошения (  75%);

– неблагоприятные  для орошения (   66–75%);

– благоприятные  для орошения (   66%).

Кроме того, важным показателем является величина рН. Усиление осоланцевания почвогрунтов, как установлено, происходит при   рН = 8–8,4.

Показатель величины ионного обмена рассчитывается по формуле

  ,                                                        (5)

где S – минерализация воды (г/л).

Воды считаются пригодными для орошения при  1 и непригодными при   1.

Будановым М.Ф, предложен ряд коэффициентов расчета пригодности вод для орошения:

– при минерализации вод менее 1 г/л

        (для оросительных вод  1),                                        (6)

        (для оросительных вод  1);                     (7)

– при минерализации вод 1–3 г/л при сохранении условий   и   вводится дополнительное условие  ( ) – сумма главных ионов, деленная на сумму кальция   и   магния  не  должна   превышать    4   для   среднесуглинистых    и  тяжелосуглинистых, 5 – для суглинистых и  6 – для супесчаных и песчаных почв. Все перечисленные показатели рассчитываются в мг-экв/л.

Результаты исследования

По результатам анализа (смотри рисунок 2) воды р. Урал до техногенного воздействия комбината (пробы 501–502) гидрокарбонатно-кальциевыми первого типа (по классификации О.А. Алекина).

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рисунок 2 –  Диаграммы химического состава поверхностных вод реки Урал:

·                   –  вне зоны техногенного влияния комбината и правый берег

водохранилища;

×       – в зоне влияния комбината (левый берег  водохранилища)

 

Для них характерно  в миллиграмм-эквивалентной форме и повышенное значение рН (  8,14), общая минерализация не превышает 1 г/л.

В зоне техногенного воздействия комбината (пробы 503–519) воды относятся к гидрокарбонатно-сульфатно-хлоридно (смешанные) кальциевым первого типа. При этом необходимо отметить различное состояние вод в пруду Заводском у левого берега (в зоне влияния комбината) и правого в пределах     г. Магнитогорска. Левый берег пруда в пределах городской черты представлен шлаковыми отвалами с хорошей дренирующей способностью, а также стоками из гидрозолопородоотвала г. Мохнатая, северного канала промливнестоков и  левобережного отстойника промстоков.

Результаты расчета ирригационных показателей отобранных проб представлены в  таблице.

 

Таблица – Ирригационные показатели опробованных вод

Номер пробы

Ирригационные показатели

рН

Кα

SAR

rNa + rK

К

К1

К2

501

8,16

144

0,11

8,56

287

0,09

0,06

502

8,46

128

0,10

7,91

347

0,09

0,06

503

8,40

101

0,11

8,52

261

0,10

0,06

504

8,46

8,1

0,10

6,94

325

0,07

0,04

505

8,95

17,9

0,10

5,31

210

0,06

0,04

506

8,31

92

0,13

7,95

251

0,09

0,06

507

8,40

19

0,12

6,30

158

0,07

0,05

508

8,22

27

0,09

6,75

298

0,07

0,05

509

8,17

17,2

0,09

6,32

217

0,06

0,05

510

8,19

38,4

0,12

8,53

242

0,10

0,04

511

8,2

35

0,09

6,31

296

0,07

0,04

512

8,4

26

0,08

5,70

356

0,07

0,04

513

8,47

29

0,07

5,28

350

0,05

0,03

514

8,92

34

0,08

5,83

341

0,06

0,04

515

8,84

63

0,08

5,70

439

0,06

0,04

516

9,11

33

0,08

5,83

332

0,06

0,04

517

8,59

64

0,09

6,93

343

0,08

0,05

518

8,93

30

0,09

6,34

272

0,05

0,04

519

8,85

25

0,06

5,25

284

0,04

0,03

Удовл.

показатели

 8,4

 18

 10

 66

 1

 1

 0.7

 

 

 

 

Выводы

В целом, расчетные ирригационные показатели соответствуют нормам.  Но в пределах городской черты (пруд-охладитель) для вод характерно повышенное значение рН (  8), что уже является ограничением для использования вод из пруда для орошения. При этом необходимо отметить, что воды с содержанием НСО3  1,5 мг-экв/л и рН  8,4 имеют ограничения для орошения селскохозяйственных культур.

Результаты исследований свидетельствуют о том, что техногенные водотоки комбината оказывают негативное воздействие на воды р. Урал, особенно в пруду Заводском, где отмечаются повышенные концентрации тяжелых металлов, а также изменение химического типа воды по главным компонентам. Негативное воздействие техногенных водотоков комбината прослеживается до  п. Агаповка, где установлены повышенные содержания железа и цинка по сравнению с водами севернее г. Магнитогорска.