Московский экономический журнал 5/2018

DOI 10.24411/2413-046Х-2018-15006

Корельский Денис Сергеевич,

кандидат технических наук, Санкт-Петербургский горный университет доцент кафедры геоэкологии, dnk1984@mail.ru

Стриженок Алексей Владимирович,

кандидат технических наук, Санкт-Петербургский горный университет, доцент кафедры геоэкологии, 

alexeystrizhenok@mail.ru

Имашова Саният Нигматулаевна, 

кандидат биологических наук, ФГБОУ ВО Дагестанский ГАУ им. Джамбулатова М.М., доцент кафедры экологии и защиты растений, imashova86@mail.ru

Экологический мониторинг и оценка состояния природно-территориальных комплексов, подвергающихся воздействию цементной промышленности

Аннотация. Современные темпы роста населения городов вынуждают человечество расширять их территории, создавать промагломерации, возводить на свободных от застройки территориях новые здания и сооружения, необходимые человеку для комфортного существования. Все это приводит к интенсивному увеличению спроса на строительные материалы, а, как известно, увеличение спроса влечет за собой увеличение предложения. Таким образом, в России и в мире на сегодняшний день наблюдается тенденция наращивания объемов производства строительных материалов, что, в свою очередь, ведет к ежегодному увеличению негативного воздействия предприятий, занимающихся производством строительных материалов, на окружающую природную среду.

Ключевые слова: экология, геоэкология, структура, экосистема, развитие.

   На сегодняшний день добыча и производство строительных материалов занимает достаточно большой сектор в экономике России, при этом высокие цены на транспортировку сырья и готовой продукции, необходимость большого количества работников, все чаще вынуждают промышленные предприятия по производству строительных материалов размещать свои мощности в черте населенных пунктов или в непосредственной близости к ним. При таких условиях экологический контроль выбросов, сбросов и утилизации отходов становится особенно актуальным, а очистка отходящих пылегазовых выбросов и сточных вод должна осуществляться на высоком технологическом уровне [4].

   В зависимости от технологического профиля и специфики производства все предприятия по производству строительных материалов осуществляют выброс взвешенных веществ и газов в атмосферный воздух, сброс загрязненных сточных вод в природные водные объекты, а также отчуждение значительных по площади территорий под складирование отходов производства. Эти процессы ведут к формированию атмо-, лито- и гидрохимических ореолов загрязнения, площадь которых может достигать десятков квадратных километров и простираться далеко за границы санитарно-защитной зоны промышленного предприятия. Результатом такого интенсивного техногенного воздействия становится нарушение и видоизменение естественных ландшафтов, уменьшение плодородия почв, ухудшение санитарно-гигиенических показателей среды обитания человека и, как следствие, показателей здоровья населения: снижение продолжительности жизни, увеличение заболеваемости и смертности, повышение риска возникновения врожденных патологий [1].

   Традиционно, одним из наиболее многотоннажных и наиболее опасных для окружающей среды производств в кластере производства строительных материалов является цементная промышленность. Только в России предприятиями цементной промышленности ежегодно выбрасывается более 27 млн. т неорганической пыли в окружающую среду. На их долю приходится до 8% всех промышленных выбросов взвешенных веществ и около 5% всех газообразных выбросов в России и в мире.

   Цементная пыль обладает высокой опасностью для человека, так как крупность выбрасываемых в атмосферу взвешенных веществ на 75-85% не превышает 10 мкм, в результате чего она проникает глубоко в органы дыхания и способна там задерживаться на длительное время, тем самым вызывая острые бронхиты, а в редких случаях и пневмокониозы. Кроме этого цементная пыль обладает раздражающим действием на кожные покровы и оказывает фиброгенное влияние на легочную ткань. Раздражающий эффект, вызванный щелочной средой цементной пыли, нередко сопровождается патогенными изменениями дыхательных путей.

   Помимо организма человека цементная пыль способна оказывать негативное воздействие на все компоненты природной среды, особенно остро это сказывается на биосфере. В результате загрязнения атмосферного воздуха цементной пылью происходит деградация растительного покрова, формирующаяся из непосредственного оседания аэрозолей и пыли на поверхность листьев и корневого усвоения металлов, накопившихся в почве в течение продолжительного времени поступления загрязнений из атмосферы путем сухого гравитационного осаждения или вымывания их атмосферными осадками [6].

   В настоящее время очистка выбросов предприятий цементной промышленности и мониторинг качества атмосферного воздуха на территории воздействия этих предприятий в России, зачастую, осуществляется в недостаточной степени. Что же касается загрязнения почвенно-растительного покрова, то в большинстве случаев контроль состояния почвенного покрова на территориях воздействия крупных предприятий цементного производства практически не ведется, а нормативы загрязнения для многих поллютантов в почвах в принципе не установлены. Все это затрудняет определение уровня комплексного загрязнения компонентов природной среды, а также нормирование выбросов, приводящих к их загрязнению [3].

   Экспериментальные исследования осуществлялись на примере одного из крупнейших цементных заводов в России, расположенного на юго-востоке европейской части России. Рассматриваемое промышленное предприятие введено в эксплуатацию в середине 70-х годов прошлого века и на сегодняшний день производственная мощность предприятия составляет более 2,5 млн. т. цемента в год.

   Данный производственный объект выбран в качестве экспериментальной площадки, так как предприятие расположено в 1 км к северо-западу от города Новоульяновск с населением около 15 тысяч человек. Кроме этого мягкий континентальный климат и низкий коэффициент стратификации атмосферы (140) увеличивают дальность миграции цементной пыли, что, в свою очередь, способствует интенсификации загрязнения атмосферного воздуха и деградации растительного покрова на территории воздействия рассматриваемого промышленного предприятия, в том числе на территории находящегося в непосредственной близости населенного пункта.

   Анализ фондовых материалов производственного объекта показал, что ежегодно на предприятии образуется более 50 000 тон неорганической пыли. Принимая во внимание заявленную производителями очистного оборудования эффективность очистки отходящих пылевых выбросов, составляющую 95%, можно утверждать, что ежегодно в атмосферный воздух региона предприятием выбрасывается около 2,5 тысяч тонн цементной пыли [5].

   Проведенный в лабораторных условиях гранулометрический анализ показал, что цементная пыль, выбрасываемая в атмосферный воздух рассматриваемым производственным объектом, более чем на 90% состоит из частиц крупностью менее 10 мкм (Рисунок 1). Анализ гранулометрического состава проводился при помощи лазерного анализатора распределения размеров частиц Horiba LA-950 в соответствии со стандартом ISO 13320-1:1999 «Гранулометрический анализ. Методы лазерной дифракции». [7].

   Как известно, при одинаковых метеорологических параметрах с уменьшением диаметра частицы увеличивается ее удельная поверхность, и снижается скорость ее осаждения, что приводит к увеличению интенсивности рассеивания и дальности переноса частиц в приземной атмосфере. Также с уменьшением размера частиц пыли их динамика становится все более характерной для динамики газов, то есть они практически не подвержены сухому гравитационному осаждению и вымыванию атмосферными осадками, что увеличивает время их пребывания в приземной атмосфере. Таким образом, в неподвижной дисперсной среде частицы цементной пыли с размером от 10 мкм до 0,25 мкм осаждаются с постоянной низкой скоростью, что характеризует их длительное пребывание в приземной атмосфере в сухую погоду, и достаточно интенсивное осаждение в почвенный слой при наличии осадков [6].

   Проведенный в лаборатории анализ химического состава цементной пыли, выбрасываемой в атмосферный воздух, показал, что в её составе находится: СаО – 66%, SiO₂ – 21%, Al₂O₃ – 6%, Fе₂О₃ – 3% и MgO — 3%. Данный состав пыли подобен природному камню, поэтому ее воздействие на здоровье человека считается вредным и может вызывать острые бронхиты и в редких случаях пневмокониозы, однако данная пыль не оказывает на организм человека токсичного воздействия.

   Проведенный на территории воздействия рассматриваемого производственного объекта мониторинг приземной атмосферы показал, что при скорости ветра до 3-4 м/с и влажности воздуха ниже 70% запыленность приземной атмосферы на территории селитебной застройки превышает установленный для населенных мест норматив по неорганической пыли с содержанием SiO₂ от 20 до 70% в 3-5 раз. При скорости ветра до 7-8 м/с и влажности менее 70% концентрация неорганической пыли превышает установленный норматив в 1,5-2 раза, при скорости ветра выше 8 м/с (что на данной территории наблюдается лишь в 10-15% случаев) концентрация цементной пыли на территории населенного пункта находится в пределах установленного норматива. При влажности воздуха 80% и выше концентрация цементной пыли на территории населенного пункта находится в пределах норматива, так как при такой влажности интенсифицируется гравитационное выпадение неорганической пыли из атмосферного воздуха в поверхностные водные объекты и почвенно-растительный покров.

   За многолетнюю деятельность предприятия атмосферные выпадения цементной пыли привели к формированию в радиусе 10-15 км от производственного объекта значительного литохимического ореол загрязнения пылью цементного производства общей площадью более 300 км². Это привело к выведению из сельскохозяйственного оборота значительных площадей потенциально плодородных земель, деградации поверхностного почвенно-растительного покрова, а также к загрязнению поверхностных водных объектов. Цементная пыль не является токсичной, поэтому на данном этапе загрязненные почвы еще подлежат самовосстановлению, что возможно при условии минимизации техногенной нагрузки на них, однако сельскохозяйственное использование земель на этой территории практически невозможно [5].

   Для определения степени угнетения растительности на территории воздействия рассматриваемого производственного объекта при помощи программного комплекса и космоснимка MODIS был рассчитан индекс NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) — простой количественный показатель количества фотосинтетически активной биомассы. Индекс NDVI определяется по формуле: NDVI=(NIR-RED)/(NIR+RED), где NIR — отражение в ближней инфракрасной области спектра, RED — отражение в красной области спектра.

   Согласно этой формуле, плотность растительности (NDVI) в определенной точке изображения равна разнице интенсивностей отраженного света в красном и инфракрасном диапазоне, деленной на сумму их интенсивностей [2].

   В результате проведенных натурных и экспериментальных наблюдений авторами была построена картографическая модель уровня деградации компонентов природной среды, графически отражающая экологическую ситуацию на рассматриваемой территории (Рисунок 2). Полученная картографическая модель построена по двум основным параметрам: 1 — усредненная концентрация цементной пыли в приземной атмосфере в течение календарного года с учетом скорости ветра и влажности атмосферного воздуха; 2 — уровень деградации растительности на данной территории.

   Полученная картографическая модель отражает экологическое благополучие на территории воздействия предприятия цементной промышленности по шкале от 1 – территория не подвержена воздействию производственного объекта, до 5 – территория очень сильно подвержена воздействию производственного объекта и практически не пригодна для проживания.

   Сфера производства строительных – это развивающаяся и перспективная отрасль промышленности, которая, как и любое другое производство, при недостаточном эколого-экономическом регулировании может оказывать значительное негативное воздействие на все компоненты природной среды, что будет негативно сказываться на социальном благополучии населения, проживающего на данной территории.

   Проведенное научное исследование показывает, что предприятия цементной промышленности обладают высокой степенью экологической опасности, и при недостаточном экологическом обеспечении такое производство может привести к крайне негативным экономических и социальным последствиям на территория в сотни квадратных километров.

   В рамках научного исследования авторами была предложена комплексная система оценки экологического благополучия территории, подвергающейся негативному воздействию цементной промышленности, основанная на оценке уровня загрязнения атмосферного воздуха и степени деградации растительности. При этом уровень деградации растительности косвенно отражает интенсивность гравитационного выпадения цементной пыли из атмосферы.

   Фундаментальной научной новизной проведенного исследования стала картографическая модель, отражающая экологическое благополучие территории, подверженной воздействию предприятия цементного производства. Такая карта более полно отражает уровень экологического благополучия, так как учитывает не только содержание цементной пыли в атмосферном воздухе, но и интенсивность её осаждения на почвенно-растительный покров и в водные объекты.

   Такая карта может стать основой для дальнейших исследований в области формирования систем оперативного производственного экологического мониторинга за загрязнением атмосферного воздуха, а также в области модернизации пыле- и газоочистного оборудования на предприятиях цементной промышленности.

Список литературы

1. Дуров В.В. Охрана атмосферного воздуха в цементной промышленности. Цемент и его применение, №6. СПб, 1998. – С. 2-4.
2. Индекс NDVI [Электронный ресурс]. http://gis-lab.info/qa/ndvi.html (14.11.2018).
3. Коробова О.С., Ткачева А.С. Экологические аспекты цементного производства. Горный информационно-аналитический бюллетень, №7. – М.: Издательство «Горная книга», 2016. – С.42-47.
4. Промышленное производство в России. Федеральная служба государственной статистики, 2016 [Электронный ресурс]. http://www.gks.ru/free_doc/doc_2016/prom16.pdf.
5. Стриженок А.В., Воронова Д.С. Мониторинг и оценка воздействия цементного производства на окружающую среду. Материалы I Ежегодной международной научной конференции «Фундаментальная и прикладная наука: основные итоги 2015 г.». – СПб.: CreateSpace, 2015. – C. 58-60.
6. Стриженок А.В., Иванов А.В. Совершенствование технологии закрепления пылящих поверхностей намывных техногенных массивов в период их эксплуатации. Гидротехническое строительство, №3. – М.: ЗАО НТФ «Энергопрогресс», 2016. – С. 19-22.
7. ISO 13320-1:1999 «Гранулометрический анализ. Методы лазерной дифракции».