Томск, Томская область, Россия
Томск, Томская область, Россия
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Оценка содержания ртути в горных породах и депонирующих средах как токсичного компонента продуктов сгорания углей в полном соответствии с концепцией «Зеленой химии» направлена на идентификацию рисков, обусловленных воздействием опасных видов деятельности на окружающую среду. В статье представлены результаты по определению содержания ртути в углях Южного Кузбасса и в почвах угледобывающего района. Содержание ртути в почве (30 проб) и углях (30 проб) определяли методом атомной абсорбции на ртутном анализаторе РА‑915+ с пиролитической приставкой. Содержание ртути в углях Междуреченского разреза варьирует в диапазоне от 0,13 до 2,46 мг/кг при средней концентрации 0,57±0,10 мг/кг. Установленные содержания превышают кларк ртути в углях от 1,3 до 24,6 раз. Содержание ртути в пробах почвы изменяется от 0,012 до 0,173 мг/кг, при средней величине 0,057±0,007 мг/кг, что в 1,7 превышает среднее содержание ртути в континентальной земной коре. На территории города Междуреченск выделяются пять ареалов с превышением содержания ртути в почве в 3,1–5,3 раз относительно кларка. За последние 25 лет произошло снижение среднего содержания ртути в почве в 2,8 раза. Методом последовательных ацетатно-аммонийных и солянокислых вытяжек изучена растворимость ртути из почв техногенных ландшафтов. Растворимость ртути в водных вытяжках из почв г. Междуреченска в 2,2–2,9 раза выше, чем из почв ненарушенных ландшафтов; в ацетатно-солянокислых и в щелочных — в пределах содержания в природных почвах; в сильнокислых вытяжках обнаружена максимальная растворимость ртути (30,6–84,8% от общего количества).Основываясь на ведущей роли угольной пыли в валовом поступлении ртути в окружающую среду г. Междуреченска, можно прогнозировать повышение ее фона в городе и окрестностях при росте угледобычи в районе без внедрения современных эффективных методов пылеподавления.
сжигание и добыча угля, ртуть, геохимия, почвы, формы нахождения, метод последовательных почвенных вытяжек.
1. Введение
В XXI веке стратегическое значение имеют исследования, направленные на широкое использование экологически чистых технологий, сводящих к минимуму объемы промышленных отходов или устраняющих причины их образования. Это существенная составная часть работ в области «зеленой» химии во всем мире, в том числе и в России. «Зеленая» химия как инструмент снижения воздействия на окружающую среду [1, 2] придает особое значение оценке экологической опасности отходов и выбросов, обусловливающих повсеместное химическое загрязнение компонентов природной среды, в том числе и выбросов ртути. Постоянное действие ртути как одного из опасных суперэкотоксикантов в угольной отрасли и, особенно, в теплоэнергетике [3], даже в количествах, которые ниже предельно допустимых концентраций (ПДК), может представлять угрозу для здоровья [4, 5]. Поступление ртути в окружающую среду из современных техногенных процессов относительно небольшое, однако оно требует проведения мониторинговых наблюдений для оценки возможных экологических рисков [6]. Вынос Hg в газовую и аэрозольную фазы из высокотемпературной зоны пылеугольных топок с сухим шлакоудалением составляет 98–99%. Независимо от конструкции топки и режима сжигания, ртуть почти целиком уходит в летучие продукты. При этом в среднем только 36% ее улавливается на фильтрах, а 64% выбрасывается в атмосферу [7]. Поэтому объем выбросов ртути при сжигании углей зависит в первую очередь от ее содержания в углях, от общего количества сжигаемого топлива и общего количества выбросов [8–9]. Несмотря на отчетливое преобладание природного газа в сырьевом энергетическом балансе России, доля угольной генерации в структуре тепло-электроэнергетики, начиная с 2005 г., остается стабильно высокой. Прогнозируется увеличение доли угольной генерации энергии с 14,6% до 25,6% к 2030 г. [10]. Соответственно при сохранении прежних технологий сжигания угля и очистки отходящих загрязняющих веществ будет расти доля загрязняющих веществ от сжигания топлива, в том числе и твердых выбросов, содержащих тяжелые металлы. Эти тенденции характерны и для Кузбасса. Анализ распределения ртути в почвах Донбасса показал, что основную роль в загрязнении окружающей среды этим металлом играют угледобывающие, углеперерабатывающие и углепотребляющие предприятия, а также бытовое сжигание угля.
1. Tarasova N. P. Green chemistry and sustainable development: approach esto chemical footprintan alysis / N. P. Tarasova, A. S. Makarova, S. F. Vinokurovet al. // Pureand Applied Chemistry. — 2018. — № 90(1). — P. 143–155.
2. Тарасова Н. П., Ингель Ф. И., Макарова А. С. Зеленая химия как инструмент снижения рисков, обусловленных воздействием химически опасных объектов на окружающую среду // Химическая физика. — 2015. — Т. 34. — № . 6. — С. 5–11.
3. Уголь России: влияние на окружающую среду и человека [Электронный ресурс] — URL: https://ecdru.files.wordpress.com/2014/09/coal.pdf (дата обращения: 20.12.2016)
4. Глазовская М. А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов. М.: Высшая школа, 1988. — 328 с.
5. Иванов В. В. Экологическая химия элементов. Т. 5 Редкие d-элементы. М.: Экология, 1997. — 576 с.
6. Аношин Г. Н. Ртуть в окружающей среде юга Западной Сибири / Г. Н. Аношин, И. Н. Маликова, С. И. Ковалев и др. // Химия в интересах устойчивого развития. — 1995. — Т. 3. — № 1–2. — С. 69–111.
7. Kolker A., Senior C.L, Quick J. C. Mercury in coal and the impact of coal quality on mercury emissions from combustion systems. // Applied Geochemistry, 2006. — V.21 — P. 1821–1836
8. Кизильштейн Л. Я. Экогеохимия элементов-примесей в углях. — Ростов-н/Д: Изд-во СКНЦ ВШ, 2002. — 296 с.
9. Юдович Я. Э., Кетрис М. П. Токсичные элементы-примеси в ископаемых углях. Екатеринбург: Изд-во УрО РАН. 2005. — 655 с.
10. Энергетическая стратегия России на период до 2030 го-да // Министерство энергетики РФ: официальный сайт — URL: https://minenergo.gov.ru/node/1026 (дата обращения 20.09.2017).
11. Хлякина М. Г., Панов Ю. Б. Концентрация ртути в некоторых угольных пластах Донецко-Макеевского района Донбасса // Сборник докладов ДонНТУ, 2003. — С. 55–64.
12. Содержание токсичных элементов во вскрышных и вмещающих породах угольных месторождений Кемеровской области / Журавлева Н. В., Иваныкина О. В., Исмагилов З. Р. и др. // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2015. — № 3. — С. 187–196.
13. Ценные и токсичные элементы в товарных углях России: Справочник. — М.: Недра, 1996. — 238 с.
14. Arctic Council Action Plan to Eliminate Pollution of the Arctic (ACAP) [Электронный ресурс] / Assessment of mercury releases from the Russian Federation, Russian Federal Service for Environmental, Technological and Atomic Supervision & Danish Environmental Protection Agency, Danish EPA, Copenhagen, 2005. — URL: http:// www.mst.dk (дата обращения: 05.01.2017)
15. Маликова И. Н., Аношин Г. Н., Бадмаева Ж. О. Подвижные формы ртути в почвах природных и природнотехногенных ландшафтов // Геология и геофизика. — 2011. — Т. 52. — № . 3. — С. 409–425.
16. Bloom N. S., Preus E., Katon J. et al. Selective extractions to biogeochemically relevant fractionation of inorganic mercury in sediment and soils // AnalyticaChimicaActa. — 2003. — V.479. — № 2. — P. 233–248.
17. Ketris M. P., Yudovich Ya.E. Estimations of Clarkes for carbonaceous biolithes: world average for trace element contents in black shales and coals // International Journal of Coal Geology. — 2009 — V. 78. — P. 135–148.
18. Grigorev N. A. Average concentrations of chemical elements in rocks of the upper continental crust // Geochemistry International. — 2003. — V. 41. — № 7. — P. 711–718.
19. Беус А. А. и др. Геохимия окружающей среды. — М.: Недра, 1976. — 248 с.
20. Осипова Н. А., Перегудина Е. В., Язиков Е. Г. Химические элементы в почвах г. Междуреченска // Современные проблемы науки и образования. — 2015. — № 1. — C. 1840–1848.
21. Осипова Н. А. Влияние угледобывающих предприятий на загрязнение снегового покрова прилегающих урбанизированных территорий (на примере г. Междуреченск) [Электронный ресурс] / Н. А. Осипова, А. А. Быков, А. В. Таловская и др. // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2017. — Т. 328, № 12. — С. 36–46.
22. Гордеева О. Н., Белоголова Г. А., Рязанцева О. С. Формы нахождения ртути в почвах природно-техногенных ландшафтов Приангарья [Электронный ресурс] // Современные проблемы геохимии: материалы конф. молодых ученых 12–17 сентября 2011 г. — Иркутск: Институт геохимии СО РАН. — Режим доступа: http:// www.igc.irk.ru/Molod-konf/offline‑2011/youngconf‑2011/ru/reportview/49348.html)
