CC BY
243
УДК: 504.4(574.25)
К ВОПРОСУ ОБ ОПАСНОСТИ РТУТНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОДЗЕМНЫМИ ВОДАМИ РЕКИ ИРТЫШ
Аида Ахметбековна Калиева
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат геолого-минералогических наук, доцент кафедры экологии и природопользования, тел. (913)45-30-780, e-mail: [email protected]
Алена Викторовна Ермиенко
Липецкий институт кооперации, филиал Белгородского университета кооперации, экономики и права, 398002, Россия, г. Липецк, ул. Зегеля, 25а, ст. преподаватель кафедры товаровед-но-технологических дисциплин, тел. (474)233-45-91, е-mail: [email protected]
Приводятся основные результаты балансового и гидрогеологического обследования хлор-щелочного производства ПО «Химпром», рассматриваются прогностические модели шлейфа ртутного загрязнения подземных вод.
Ключевые слова: ртутное загрязнение, подземные воды.
TO THE QUESTION ABOUT DANGERS OF MERCURY CONTAMINATION OF GROUNDWATER IRTYSH RIVER
Aida A. Kaliyeva
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., candidate of geological-mineralogical sciences, assistant professor of ecology and nature, tel. (913)45-30-780, e-mail: [email protected].
Alena V. Ermienko
Lipetsk Institute of Cooperatives (branch) Belgorod University of Cooperation, Economics and Law, 398002, Russia, Lipetsk, 25a Sögel St., Art. Lecturer, Department of tovarovednyh technological disciplines, tel. (474)233-45-91, е-mail: [email protected]
The main results of the balance and hydrogeological survey chlor-alkali industry «Khim-prom», considered predictive models plume of groundwater mercury contamination.
Key words: mercury contamination, groundwater.
ПО "Химпром" г. Павлодар производило хлор и каустическую соду методом электролиза с ртутным катодом с 1975 по 1993 гг. Всего в зале электролиза корпуса 31 было установлено 80 электролизеров СДМ 150-7.3 (в 1975 г. - 72, в 1984 г. - дополнительно 8, после капитального ремонта в 1986 г. в работе постоянно находились 68 электролизеров). Мощность производства была равной 112 700 т каустической соды и 100 000 т хлора в год. По данным /1/ с 1975 по 1989 гг. за 14 лет производства было выпущено 685 525 т каустической соды и израсходовано 1089,356 т ртути. Это составляло удельный расход ртути в 1,589 кг/т, в то время как "научно-обоснованная норма" регламентировала потребление ртути на уровне 0,3 кг/т, "технически обоснованная нор-
ма" - 0,5 кг/т, а "плановая" - 0,76 кг/т. Баланс основных технологических потерь ртути выглядел следующим образом: до 1% потерь приходилось на шла-мы, накапливаемые и перерабатываемые на производстве, до 2% - на вентвыб-росы, до 3% - на шламы, направляемые на переработку на ртутный комбинат, до 4% - на потери, выбрасываемые в атмосферу с водородом, до 12% - на рассольные шламы, транспортируемые на спецпруды для твердых и жидких ртутных отходов, до 80% - на неучтенные потери.
В соответствии с «Мероприятиями по разработке решений по защите окружающей среды от загрязнений ртутью при выводе из эксплуатации производства хлора и каустической соды ртутным методом с переводом процесса электролиза на мембранный метод на Павлодарском ПО «Химпром», утвержденными Минхимпромом СССР 31.12.88 г. и Постановлением Главного государственного врача СССР № 89-35 от 12.07.89 «О запрещении производства хлора и каустической соды на Павлодарском ПО «Химпром» были проведены инженерные изыскания.
Основные результаты балансового и гидрогеологического обследования хлор-щелочного производства ПО «Химпром» заключались в следующем: общая оценочная масса ртути, потерянной с 1975 по 1989 гг. во время эксплуатации производства хлора и каустика ПО «Химпром», составляет 1089 т, в том числе с водородом и вентвыбросами - от 14 до 63 т; депонировано в полах и грунтах внутри периметра зала электролиза - от 813 до 866 т; рассеяно по территории, примыкающей к цеху электролиза и отделению термической регенерации, вдоль дорог, на площадке хранения отходов и деталей электролизеров - от 42 до 45 т. Контур загрязненных ртутью подземных вод вытянут от корпуса 31 в западно-западно-северном направлении на 800 м. Общая площадь загрязнения ртутью подземных вод первых горизонтов и верховодки составляет 0,55
2 3
км . Объем загрязненных вод для всех горизонтов был оценен в 2,08 млн. м , в котором ориентировочно содержится около 10,0 т ртути (с концентрацией ртути от 12,5 до 103,0 мг/л и сухим остатком солей 62-72 г/л) в форме хорошо растворимого хлорида ртути (II) - сулемы. В двух картах экранированного спецпруда-накопителя сосредоточены ртутьсодержащие шламы очистки анолита, в которых ртуть находится в виде трудно растворимой соли сульфида ртути (II). Содержание ртути в этих шламах колеблется от 0,01 до 0,33%. Всего в накопителе находится около 140 т солей ртути. В воде карты для жидких отходов спецпруда-испарителя - от 1 до 2 т растворенной ртути; в накопитель Балкыл-дак ртуть поступала со сточными водами. Среднее содержание ртути в его поверхностных водах 0,01 мг/л, что в 20 раз выше ПДКВ. Исходя из объема сброшенных сточных вод и содержания в них ртути, можно приблизительно оценить общую массу ртути в воде и донных отложениях озера. Оно составляет 10-15 т. Гидрогеологический прогноз дальнейшего распространения ртути по водоносным горизонтам с промплощадки ПО «Химпром» и прилегающей территории показал следующие скорости движения ртути: в верховодке и первом горизонте - 20-46,7 м/год, во втором - 12-28 м/год и в третьем - 46-56 м/год.
В рамках гидрогеологических исследований при моделировании шлейфа ртутного загрязнения подземных вод были рассчитаны три варианта прогноза /2/: первый вариант предусматривал сохранение двух источников загрязнения подземных вод ртутью (под корпусом 31 и в районе 6-й насосной станции), а также сохранение гидрогеологических условий по состоянию на 2001 г. Считалось, что концентрация ртути в источниках будет оставаться постоянной весь прогнозный период. По второму варианту прогноза источник под корпусом 31 был полностью изолирован с помощью "стены в грунте". По третьему варианту сохранялись два источника ртутного загрязнения (под корпусом 31 и в районе 6-й насосной станции), однако имитировалось прекращение подачи воды из реки Иртыш на станцию водоочистки, расположенную западнее промышленной площадки №1 ПО «Химпром».
По результатам моделирования (первый вариант прогноза) установлено, что шлейф загрязненных ртутью подземных вод будет распространяться в севе-ро-северо-западном направлении над слоем глин павлодарской свиты на глубинах от 5 до 15 м (рис. 1, а). Если направление движения подземных вод не изменится, это не будет представлять серьезной угрозы для жителей с. Павлодарское и реки Иртыш. Вместе с тем будет возможно поступление небольшого количества ртути в недостроенный аварийный сбросной канал, проходящий от накопителя Балкылдак в западном направлении. Второй вариант прогноза (рис. 1, б) позволил сделать вывод, что сооружение "стены в грунте" вокруг источника ртути под корпусом 31 не решит полностью проблему улучшения качества подземных вод, так как остается еще один, хотя и менее интенсивный источник загрязнения в районе 6-й насосной станции. Третий вариант прогноза (рис. 1, в) показал, что направление распространения шлейфа ртутного загрязнения подземных вод может измениться при изменении гидрогеологических условий. Прекращение подачи воды на станцию очистки сведет к нулю питание подземных вод на ее территории, что повлияет на конфигурацию поверхности подземных вод и направление их движения. В результате, шлейф загрязнения может сместиться к западу и может возникнуть угроза с. Павлодарское и реке Иртыш. С помощью модели, выполнении проекта «Тох1сшапа§ешеп1:», был рассчитан четвертый вариант прогноза распространения шлейфа загрязненных ртутью подземных вод, предусматривающий полную изоляцию с помощью "стены в грунте" двух источников загрязнения (как под корпусом 31, так и в районе 6 насосной станции). Этот вариант прогноза показал, что лишенный обоих источников поступления ртути шлейф уже в 2005 г. распадется на два ореола (рис. 1, г). При этом к 2031 г. южный ореол уменьшится в поперечнике до 100 м с центром, находящимся 100 м восточнее бывшей 6-й насосной станции, а содержание ртути в нем снизится до 2-6 ПДКв. Северный ореол в это же время будет иметь центр, находящийся 0,5 км западнее спецпрудов, его максимальное распространение - не превысит 0,85 км, а концентрация ртути в подземных водах - не будет составлять значений больше 15-20 ПДКв. Таким образом, при изоляции обоих источников поступления ртути в подземные воды
риск, исходящий от ртутного загрязнения подземных вод, будет минимизирован.
Рис. 1. Распространение шлейфа ртутного загрязнения подземных вод по результатам моделирования гидрогеологических условий 2031 г. (а - первый; б - второй; в - третий; г - четвертый вариант прогноза)
Также с помощью гидрогеологической модели Северной промзоны г. Павлодара была решена задача расчета массы ртути, находящейся в растворенном состоянии в объеме шлейфа загрязнения. Была смоделирована детальная векторная карта распространения уровней концентрации растворимых ртутных солей в объеме шлейфа загрязнения. Расчет показал, что без учета ртути, сорбированной на вмещающих породах, в воде шлейфа, имеющего длину 1,9 км, максимальную ширину 470 м и площадь 0,65 км должно быть растворено 24,2 кг ртути.
Полевые исследования и компьютерное моделирование, проведенные по проекту «Тохютапа§етеп1:», показали, что основные риски, вызванные ртутным загрязнением в районе бывшего ПО "Химпром" г. Павлодар, были связаны с загрязнением ртутью подземных и поверхностных вод, а также испарением ртути в местах наиболее интенсивного загрязнения почв. Также были проведе-
ны исследовательские работы в рамках международного проекта МНТЦ К-1240р "Последемеркуризационное управление ртутным загрязнением на территории бывшего ПО «Химпром», а также оценка риска для окружающей среды от загрязнения подземных вод и прилегающих водоемов Северной промышленной зоны г. Павлодара", которые были заключены в следующем: оценка риска, связанного с направлением потоков загрязненных нефтепродуктами и ртутьсодержащих подземных вод, в том числе их прохождением через сеть водозаборных скважин села Павлодарское, к реке Иртыш и/или поднятием на поверхность пастбищ, и, в случае высокой степени такого риска, определение стратегии по его сдерживанию или минимизации; определение стратегии управления для сдерживания риска окружающей среде, вызванного ртутным загрязнением озера Балкылдак, в том числе за счет бионакопления загрязнителей по пищевым цепям /3,4/.
При демеркуризационых работах конструкции корпуса электролиза 31 бывшего химического завода были демонтированы и локализованы в могильник, закрытый глиняным экраном и асфальтным покрытием. Озеро-накопитель Былкылдак, куда были слиты 10 тонн ртути, и подземное ртутное озеро оградили «стеной в грунте» глубиной 20 м, предотвращающей движение ртути к трансграничной реке Иртыш. После демеркуризации риск, связанный с загрязнением ртутью атмосферы был сведен к минимуму. Также было прекращено поступление ртути в природные воды, что в свою очередь должно привести к их постепенному самоочищению и снижению риска, связанному с ртутным загрязнением подземных и поверхностных вод. Однако достоверность такого развития событий должна подтвердиться наблюдениями за природными средами. В районе бывшего ПО "Химпром" г. Павлодар следует ожидать сохранение некоторого уровня загрязнения ртутью почв, однако ореол этого загрязнения не должен расширяться. В соответствии с этими задачами мониторинг ртутного загрязнения в районе бывшего ПО "Химпром" включил в себя следующие компоненты /5/: контроль концентрации ртути относительно ПДКсс
-5
для газообразной ртути, равной 300 нг/м , в приземном слое (1 м) воздушного бассейна на территории промышленной площадки; контроль над отсутствием превышения ПДКп для ртути общей, равной 2,1 мг/кг, в почвенном слое покрытия ртутных могильников; контроль над отсутствием распространения ртутного загрязнения почвы свыше ПДКп для ртути общей, равной 2,1 мг/кг, за пределы первоначальных ртутных ореолов (в том числе за счет испарения подземных вод, содержащих ртуть) и накопления ртути в пределах первоначального очага ртутного загрязнения; контроль над отсутствием распространения подземных вод, загрязненных ртутью общей свыше ПДКв для растворенной неорганической ртути, равной 500 нг/л, в направлении с. Павлодарское и реки Иртыш; наблюдение за снижением концентрации ртути общей в подземных водах, в том числе в пределах шлейфа ртутного загрязнения; контроль над отсутствием проникновения содержащейся в воде ртути общей за пределы противофильтраци-онной завесы по типу "стена в грунте" и могильника твердых ртутьсодержащих материалов и наблюдение за уровнем подземных вод внутри изолированных
объемов; наблюдение за уровнями концентрации ртути общей в поверхностных водах Северной промзоны г. Павлодара, включая накопитель сточных вод Был-кылдак; наблюдение за уровнями концентрации ртути общей в рыбе накопителя сточных вод Былкылдак.
В случае снижения остаточного уровня ртутного загрязнения до приемлемого риска программа мониторинга может быть завершена в 2020 г. При установлении возрастания риска окружающей среде и здоровью населения, на любом этапе мониторинга может возникнуть необходимость проведения дополнительных мер по очистке данной территории от ртути или об ее инженерной защите.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Э.Н. Лушин. Отчет о результатах работ по определению загрязнения ртутью промп-лощадки производства хлора и каустической соды Павлодарского химического завода. т.1. НТЦ "Технолог", Павлодар, 1990, 41 с.
2. Илющенко М.А., Паничкин В.Ю, Калиева А.А. и др. Отчет (заключительный) о научно-исследовательской работе по программе фундаментальных исследований в рамках международного проекта МНТЦ К-1240р "Последемеркуризационное управление ртутным загрязнением на территории бывшего ПО «Химпром», а также оценка риска для окружающей среды от загрязнения подземных вод и прилегающих водоемов Северной промышленной зоны г. Павлодара". Алматы, 2010.
3. Убаськин А.В., Базарбеков К.У., Бондаренко А.П., Калиева А.А., Ермиенко А.А. Опыт биоиндикации загрязнений на примере карася серебряного Carassius auratus gibel^ озере Былкылдак//Вестник ПГУ. - № 4, 2006. С. 104-111.
4. Калиева А. А., Ермиенко А. В. К вопросу о биоиндикации загрязнений водных объектов на примере карася Серебрянного Carassius Аига1:ш Gibelio // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2014. Х Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 8-18 апреля 2014 г.). - Новосибирск: СГГА, 2014. Т. 2. - С. 93-99.
5. Илющенко М.А. Отчет по договору №134 (УС 37/2003н) от 21.08.2003 «Разработка Программы мониторинга ртутного загрязнения Северной промзоны г. Павлодара». АИЭС, Алматы 2004. 37 с.
6. Рапута В. Ф. Анализ полей радиоактивного загрязнения территорий аварийными выбросами Сибирского химического комбината // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. IX Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 2. - С. 30-36.
7. Мартынов Г. П., Луговская А. Ю. О достоверности некоторых статистических оценок в биоиндикационных исследованиях // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск: СГГА, 2012. Т. 2. - С. 184-188.
© А. А. Калиева, А. В. Ермиенко, 2015
