Методическое пособие 742

ГМУ

f 2

Sфл ( f ) K ( ) * e j*2* * f * d S0 * e

2* f 2фл ,

(9)

где

S0

- спектральная плотность на частоте спектра f = 0; v - среднеквадратичное

8 * * v

значение скорости гидрометеоров:

v

v2 в v2т v2 св v2

кт ,

(10)

где v2

в - дисперсия скоростей перемещения гидрометеоров, обусловленная ветром;

v2 т

- дис-

персия скоростей, обусловленная турбулентностью; v2 св

- дисперсия скоростей, обусловленная

сдвигами ветра; v2 кт - дисперсия скоростей, обусловленная конвективными токами;

f

фл

- ши-

рина спектра флюктуаций отражений от цели ( fпз - ширина спектра флюктуаций отражений от подстилающей поверхности, f ГМУ - ширина спектра флюктуаций от элементов ГМУ), равная:

fфл		2 * v		.	(11)

Из формулы (11) видно, что чем меньше длина волны, тем шире спектр флюктуации. Основное влияние на ширину спектра оказывает ветер. Чем больше скорость ветра, тем интенсивнее раз-

брос скоростей гидрометеоров, тем больше среднеквадратичное значение скорости v .

Таким образом, полученные выражения позволяют учесть влияние гидрометеоров на отношение энергии принимаемого сигнала к спектральной плотности шумовых помех, а, следовательно, и оценить эффективность применения БРЛС в различных ГМУ.

Одним из основных тактических параметров БРЛС является дальность обнаружения объекта. Эта задача является особенно сложной при полете на малых высотах, когда углы визирования не более 4-6º. Дальность измеряется по заданному направлению по линии визирования объекта. Дальность обнаружения объекта БРЛС при наличии гидрометеоров на пути распространения радиоволн и в месте расположения цели будет меньше. Причинами этого являются маскирующее действие сигналов, рассеянных гидрометеорами, окружающими объект, и ослабление полезного сигнала в гидрометеорах на трассе его распространения.

Дальность обнаружения объекта БРЛС определяется по формуле:

R

G2 * 2 * ц

tобл

(t)dt *e

0,46* ( R)dR

.

(12)

Rобн 4

3

2 * Ризл

0

(4 * )

* N * q

0

С учетом формулы (9) и преобразований дальность обнаружения объекта в ГМУ бу-

дет равна:

RобнГМУ

Rобн

,

(13)

1 * уд

*

( R) * fпз

*sin

2 * уд

* f

ГМУ

ГМУ

пз

В более сложных случаях, когда приходится одновременно учитывать поглощение как на отдельных участках (осадки, облака, туманы), так и на всей дистанции (газы и водяной пар в атмосфере) следует решать задачу последовательно. Вначале найти уменьшение дальности БРЛС из-за поглощения на отдельных участках, а затем и по всей дистанции, считая величиной R уже уменьшенную дальность при поглощении на отдельных участках. Значения пз и определяются следующим образом:

пз

уд *

S р

уд

*

( R)

* R * аз

,

(14)

2*cos

пз

пз

ГМУ уд

* Vp уд

*

* ( R)2 * R *

аз *tg ,

(15)

4

ГМУ

ГМУ

где уд

, уд

- удельные эффективные отражательные площади подстилающей поверхности

пз

ГМУ

101

и гидрометеоров, соответственно; Sp и Vp - разрешаемая площадь подстилающей поверхности и разрешаемый объем зоны гидрометеоров, соответственно; ( R) - разрешающая способность БРЛС по дальности; аз - ширина диаграммы направленности БРЛС в азимутальной плоскости; R - удаление до Sp или Vp; - угол визирования Sp или Vp.

Удельная эффективная отражательная площадь гидрометеоров связана с радиолокационной отражаемостью выражением:

	уд		5	* Z ,	(16)
			4
	ГМУ

где Z - радиолокационная отражаемость, связанная с интенсивностью осадков I (или водностью облаков W) следующими соотношениями:

	Z * I ,			(17)
	Z K *W .			(18)
Таким образом:
уд		5
	* I *	,		(19)
ГМУ		4
уд	K *W *	5	.	(20)
ГМУ		4

Результаты расчѐтов по вышеприведенным формулам представлены на рисунке.

Зависимость влияния интенсивности осадков на дальность обнаружения целей РЛС

Анализ результатов расчѐтов показывает существенное влияние интенсивности осадков на дальность обнаружения. Так, например, изменение интенсивности осадков, идущих от 0,17 мм/ч до 0,65 мм/ч, вызывает уменьшение дальности обнаружения примерно в 1,6 раза.

Наличие осадков из конвективной облачности уменьшает дальность обнаружения в 1,1-1,2 раза, по сравнению с дальностью обнаружения в осадках, идущих из облаков слоистых форм. Это объясняется тем, что размер капель осадков конвективной облачности больше, чем осадков из облаков слоистых форм. И, в соответствии, с формулой (16), даже незначительное увеличение размеров капель приводит к существенному увеличению их отражательной способности Z, так как она зависит от шестой степени размера капель. Такое изменение дальности обнаружения под влиянием осадков может рассматриваться как значимое и должно учитываться при планировании применения авиации.

Литература

1.Дьяченко А.А. Летательные аппараты и безопасность полетов / А.А. Дьяченко. – М.: Изд-во «ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского», 1987. - 625 c.

2.Степаненко В.Д. Радиолокация в метеорологии / В.Д. Степаненко. - Л.: Гидрометеоиздат, 1973. - 343 с.

3.Дудник П.И., Чересов Ю.И. Авиационные радиолокационные устройства: учебник

/П.И. Дудник, Ю.И. Чересов. - М.: Изд-во «ВВИА им. проф. Н.Е.Жуковского», 1986. - 538 с.

102

4.Васин В.В. и др. Авиационная радиолокация: учебник /В.В. Васин, О.В. Власов, П.И. Дудник, Б.М. Степенов. - М.: Изд-во «ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского», 1964. - 583 с.

5.Брылев Г.Б., Гашина С.Б., Низдойминога Г.Л. Радиолокационные характеристики облаков и осадков / Г.Б. Брылев, С.Б. Гашина, Г.Л. Низдойминога. - Л.: Гидрометеоиздат,

1986. - 234 с.

6.Ширман Я.Д. Теоретические основы радиолокации: учеб. пособие для вузов / Я.Д. Ширман. - М.: Изд-во «Советское радио», 1970. - 560 с.

7.Мазин И.П., Хргиан А.Х. Облака и облачная атмосфера. Справочник / И.П. Мазин, А.Х. Хргиан. - Л.: Гидрометеоиздат, 1989. - 647 с.

8.Григорин-Рябов В.В. Радиолокационные устройства (теория и принципы построения) / В.В. Григорин-Рябов. - М.: Изд-во «Советское радио», 1970. - 680 с.

ФГКВОУ ВПО «Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военновоздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж)

I.E. Kuznetsov, D.V. Bulgin, S.V. Slashev, A.S. Repnikov

SCIENTIFIC AND METHODOLOGICAL ASPECTS OF ACCOUNTING OF INFLUENCE METEOROLOGICAL CONDITIONS WHEN USING RADAR NAVIGATION INSTRUMENTS

The paper proposes a methodology for assessing the impact of meteorological conditions on the airborne radar systems, solving the problems of location and navigation

Key words: airborne radar systems, meteorological conditions, the transparency coefficient at mastery, intensity of precipitation, water content of clouds

Federal State Official Military Educational Institution of Higher Professional Education Military Educational Research Centre of Air Force «Air Force Academy named after professor

N.E. Zhukovsky and Yu.A. Gagarin» (Voronezh)

УДК 504.054

Н.А. Ларионова

ВЛИЯНИЕ НАКОПИТЕЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ НА ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Предприятия металлургической промышленности являются основными источниками загрязнения окружающей среды. В процессе производства в больших объемах образуются промышленные отходы - шлаки, шламы, колошниковая пыль. Накопители промышленных отходов также являются техногенными источниками загрязнения окружающей среды. Они занимают значительные земельные участки, способствуют загрязнению атмосферы, почв, поверхностных и подземных вод на прилегающих территориях. Это создает неблагоприятную обстановку для здоровья населения

Ключевые слова: предприятия, промышленные отходы, шлакоотвал, шлаки, шламохранилища, нефелиновый шлам, загрязнение, тяжелые металлы

Черная и цветная металлургия относится к самым загрязняющим природную среду отраслям. На долю металлургии приходится около 40 % общероссийских валовых выбросов вредных веществ, по газообразным веществам они составляют около 34 %. В последние годы в атмосферу ежегодно выбрасывается около 200 млн. т оксида углерода (угарного газа); свыше 50 млн. т азота; более 50 млн. т различных углеводородов и свыше 250 млн. т мелкодисперсных аэрозолей. Выбросы вредных веществ (сероводород, сероуглерод, фтористые соединения, бенз(а)пирен, аммиак, фенол, углеводород) из-за большой токсичности стали причиной превышения допустимых санитарно-гигиенических норм. В среднем за год концентрации сероуглерода составляли: в Магнитогорске - 5 ПДК, в Кемерово - 3 ПДК,

103

бенз(а)пирена - в Новокузнецке и Череповце - 13 ПДК, Магнитогорске - 10 ПДК, Новотроицке - 7 ПДК, Нижнем Тагиле - 5 ПДК [1-5].

Наибольшее количество загрязнителей выброшено крупнейшими в отрасли предприятиями, среди которых: АО «Северсталь» (г. Череповец) - 374,8 тыс. т; АО «Новолипецкий металлургический комбинат» - 327,8 тыс. т; АО «Магнитогорский металлургический комбинат» - 217,3 тыс. т; АО «Западносибирский металлургический комбинат» - 205 тыс. т. Новолипецкий и Нижнетагильский металлургические комбинаты поставляют до 90 % объема выбросов в атмосферу и около 40 % объема сбрасываемых загрязненных сточных вод в областях.

Ватмосферу поступают такие токсичные вещества как соединения мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, пары ртути, цианистый водород и смолистые вещества. Состав загрязняющих веществ определяется разнообразием исходного сырья и технологией его переработки, и может содержать: оксид углерода - 28 % суммарного выброса в атмосферу; диоксид серы - 16,3 %; оксид азота - 6,8 %; аммиак - 3,7 %; бензин - 3,3 %; сероуглерод - 2,5 %; сероводород - 0,6 %; толуол - 1,2 %; ацетон - 0,95 %; бензол - 0,7 %; дихлорэтан - 0,6 %; серную кислоту - 0,3 %, а также фтористые соединения; органические вещества; бенз(а)пирен. На больших металлургических комбинатах каждое подразделение имеет свою специфику и вносит определенный вклад в общий объем выбросов.

На предприятиях черной металлургии образовано более 300 млн. т металлургических шлаков и более 140 млн. т пыли. При производстве 1 т отливок в атмосферу выбрасывается 40-60 кг силикатной пыли, 200-300 кг СО, 1-2 кг оксидов азота и серы, 0,5-1,5 кг фенола, формальдегида и других веществ. За 2002 г. в отрасли образовалось 398,43 млн. т отходов, в том числе: IV класса опасности - 46,94 млн. т, V - 350,07 млн. т.

Врезультате поступления различных соединений на поверхность земли загрязняются почвы, поверхностные и подземные воды, в них повышается содержание загрязняющих веществ, в том числе и тяжелых металлов (таблица).

Загрязнение почвы под воздействием сталеплавильного завода «Электросталь» [2]

	S,		Mo		W		Cr
Zc	км2	Состав в Кс	Kc	S,	Kc	S,	Kc	S,	C
				км2		км2		км2
32-	8	W20(NiMo)10Cr6Co4Zn2Cu2Ag	8-16	3,8	8-16	1		7,8
64			16-32	0,7	16-32	5
>64	3	W300(NiMo)230	32-128		32-128	2,9	>5	0,6	3
		Cr93Co45(ZnCu)5(VPbBi)2	>128	0,9	>128	1,1

Исследования, проведенные по оценке влияния металлургического комбината «Северсталь» (г. Череповец) на почвы показали, что техногенные выбросы в почвах формируют зону загрязнения щелочного типа, в них также изменяется содержание тяжелых металлов, в том числе и подвижных форм. Фоновые содержания металлов равны: для цинка - 2,4 мг/кг; меди - 100 мг/кг; никеля - 0,2 мг/кг почвы. При этом почва является своеобразным геохимическим барьером. Аккумуляция в самом поверхностном горизонте почвы является характерной особенностью техногенного загрязнения. Это обусловлено в большей степени прочным связыванием растворимых соединений с органическими веществами и высокодисперсными минералами почвы. Связывание микроэлементов настолько прочное, что в почвах старых металлургических районов, где давно прекращена выплавка руд, сохранялось высокое содержание тяжелых металлов и мышьяка. Разные элементы в неодинаковой степени закрепляются в почве. Наиболее прочно закрепляется Hg в виде устойчивых комплексов с функциональными группами гумусовых кислот. Прочно связывается Pb, менее прочно - Cu, еще менее - Zn и Cd [1]. Из почв загрязняющие вещества, в том числе и тяжелые металлы, посту-

104

пают в подземные воды. В районе воздействия Новолипецкого металлургического комбината подземные воды загрязнены: роданидами - до 957 ПДК, цианидами - до 308 ПДК, нефтепродуктами - до 80 ПДК, фенолами - до 50 ПДК [6].

При выплавке чугуна и стали образуются различные промышленные отходы, среди которых преобладают доменные, сталеплавильные, мартеновские шлаки, шламы и хвосты обогатительных фабрик. Металлургические шлаки складируются в шлакоотвалы, которые в свою очередь являются техногенными источниками загрязнения окружающей среды. Воздействие отвалов на окружающую среду проявляется практически на всех компонентах окружающей среды. Для складирования больших объемов шлаков требуется отчуждение земель. При этом отмечается нарушение рельефа местности; изменение состава и свойств почв; загрязнение атмосферы, природных вод и ухудшение их качества; изменение растительного мира и нарушение сложившегося гидробаланса [5].

Воздействие шлаковых отвалов на состояние атмосферного воздуха фиксируется по запыленности снегового покрова на территориях, примыкающих к отвалам, до очень высокого уровня загрязнения. В пылевой фракции снега в 2011 г. были выявлены высокие содержания (в порядке убывания концентрации) железа, марганца, ванадия цинка, хрома, меди. Результаты расчета пылевой нагрузки на территории, прилегающей к шлаковому отвалу ОАО «ЕВРАЗ НТМК» показали, что значение геохимической нагрузки на снеговой покров составило от 0 - 69,2 кг/км2 в сутки в юго-юго-западном направлении, до 1544,7 кг/км2 в сутки в северо-западном направлении от отвала [5].

Влияние шлакового отвала на состояние атмосферного воздуха и почв прослеживается на расстоянии 150-350 м, в основном по направлению преобладающих ветров. В атмосферном воздухе в зоне влияния шлакового отвала на расстоянии более 1 км концентрации взвешенных веществ, железа оксида (III) (в пересчете на железо), марганца и его соединений (в пересчете на оксид марганца (IV)), оксида цинка (в пересчете на цинк), оксида меди (II) (в пересчете на медь) оказались ниже ПДК.

Содержание подвижных форм металлов в пробах почв в зоне влияния шлаковых отвалов по гумусовому горизонту превышает значения ПДК по марганцу в 1,7-6,5 раз, по цинку от 1,4 раза, подвижных форм меди и хрома в почвах не превышают значений ПДК. Условнофоновые значения превышают ванадий - от 1,2 до 14,8 раз, железо - от 1,5 до 5,6 раза. Содержания подвижных форм металлов в иллювиальном горизонте превышают значения ПДК по марганцу от 1,2 до 2,0 раза, а подвижных форм Zn, Cr и Cu не превышает значений ПДК. Условно-фоновые значения по железу превышены в 2,6-3,5 раз. Присутствие V, Mn и Cr в иллювиальном горизонте существенно ниже, чем в гумусовом горизонте, но их значения также превышают ПДК: ванадия - до 1,51 ПДК, марганца - до 1,16 ПДК [5].

Накопление в почвах, особенно в гумусовом горизонте, тяжелых металлов способствует усвоению их растительностью. В растительности с исследованных участков отмечены несколько повышенные концентрации V, Fe, Cr. Содержание Mn, Cu и Zn не превышает показатели в наземных растениях с фоновых территорий. Поступление тяжелых металлов в почвы и растительность обусловлено как непосредственно выбросами металлургических комбинатов, так и пылением с поверхности шлаковых отвалов. В то же время в почвах не выявлено аномально высоких концентраций тяжелых металлов. Аналогичным комплексом тяжелых металлов обладает и наземная растительность.

Газопылевые выбросы металлургических комбинатов, сброс неочищенных сточных вод, пыление с отвалов в совокупности способствуют загрязнению поверхностных и подземных вод. В поверхностных водоемах, примыкающих к источникам, отмечается изменение показателей pH, увеличение сухого остатка, содержания взвешенных веществ, а также хлоридов, сульфатов, аммонийных соединений, фенола и некоторых металлов (Fe, V, Cu, Cr).

В зоне влияния шлакового отвала выявлено загрязнение подземных вод. По данным исследований в 2010-2012 гг. увеличилась их минерализация до 1,49-1,58 г/дм3 и жесткость (19,2-20 оЖ). Подземные воды характеризовались сульфатным магниево-кальциевым хими-

105

ческим составом с pH равным 6,22-6,45. В составе воды содержание сульфатов составляло до 760 мг/дм3 (1,5 ПДК), марганца - до 0,15 мг/дм3 (1,5 ПДК), магния - до 66 мг/дм3 (1,3 ПДК), железа - до 3,8 мг/дм3 (12,7 ПДК). Содержание тяжелых металлов (V, Cu, Zn), а также фенола и нефтепродуктов не превышало предельно-допустимых значений. В воде сохраняется тенденция к увеличению минерализации воды, содержания сульфатов, уменьшению содержания в ней железа и марганца [5].

Существенный вклад в загрязнение окружающей среды вносят предприятия цветной металлургии, в том числе и алюминиевой промышленности. Так выбросы крупных предприятий могут составлять: ОАО «Ачинский глиноземный комбинат» (АГК) (Красноярский край) - 85,9 тыс. т; ОАО «Красноярский алюминиевый завод» (Красноярский край) - 77,8 тыс. т; ОАО «Братский алюминиевый завод» (Иркутская область) - 88,7 тыс. т. Но эти предприятия наносят относительно меньший вред экологии, чем при производстве других металлов. К примеру, выбросы загрязняющих веществ, при производстве никеля превышают аналогичные показатели алюминиевой отрасли в 31 раз, а удельные выбросы сернистого ангидрида -

всреднем в 387 раз. В выбросах предприятий содержатся диоксид серы (SO2) и оксиды азота (NOx), которые легко вступают во взаимодействие с другими компонентами атмосферы, в частности, с атмосферной влагой, с образованием серной (H2SO4) и азотной (HNO3) кислоты.

Доля тяжелых металлов в общем количестве выбрасываемой технологической пыли составляет около 20 %. Здесь обнаружены такие тяжелые металлы как ванадий (V), свинец (Pb), алюминий (Al), железо (Fe). Особую специфику воздействия алюминиевых заводов на окружающую среду являются выбросы растворимого и нерастворимого фтора. При производстве одной тонны алюминия выбрасывается 20≈40 кг фтора, обладающего наиболее высокой токсичностью для фотосинтезирующих организмов. Алюминиевые заводы являются одними из источников выброса бенз(а)пирена, и в отдельные периоды превышения ПДК по бенз(а)пирену могут достигать в 1,2-9,8 раза. В районе размещения завода «БАЗ-СУАЛ» уровни загрязнения всех компонентов окружающей среды существенно выше и превышают нормативы в атмосферном воздухе по фторидам газообразным в 1,7-4,0 раза, бенз(а)пирену -

в2,2-4,5 раза, гидроксиду натрия - в 2,4-6,2 раза, взвешенным веществам - в 3,2-6,6 раза. Уровни загрязнения атмосферного воздуха фтористым водородом, бенз(а)пиреном, алюминием, взвешенными веществами, щелочью в районе размещения «БАЗ-СУАЛ» остаются высокими, и превышают ПДК в 1,5 - 5,5 раз [3].

Значительный вклад в загрязнение почв вносит и шламохранилище, где в больших объемах складируется промышленный отход - нефелиновый шлам. Максимальные значения pH приурочены к промплощадке АГК и шламовому хозяйству, где в отдельных пробах показатели рН могут 11,5 (сильнощелочные воды), за пределами города рН=6,8. От величины pH природных вод зависят миграционные способности большинства микроэлементов. В сильнощелочных водах с pH>8 легко мигрирует алюминий. Большая группа элементов, соединения которых трудно растворимы в нейтральной и слабощелочной среде, в содовых водах обладает высокой миграционной способностью, так как в этих условиях возникают карбонатные растворимые комплексы (Cu, Zn, Be, Y, Li, Na, F и другие ионы), анионогенные элементы Cr, Mo и V также лучше мигрируют в щелочных водах.

На прилегающей к шламохранилищу территории в почвах за период 1995-2005 г.г. отмечено значительное повышение концентраций ряда элементов: Sr, Ba (Кс=2-3,4), B, La, Mn, P, Cr (1,5-2), Ni, Cu, Co, Mo, Sc, Nb, Be, Pb, Zn, V, Li (до 1,5) [4]. Тяжелые металлы спо-

собны образовывать сложные комплексные соединения с органическим веществом почвы. Определенная часть загрязнителей с гидрохимическим стоком попадает в бессточные водоемы, где накапливается в водах и донных отложениях и может являться источником вторичного загрязнения. Тяжелые металлы, поступающие на поверхность почвы, накапливаются в почвенной толще, особенно в верхних гумусовых горизонтах. Не смотря на то, что за последние 10 лет количество и концентрация выбросов тяжелых металлов не увеличивается, именно их свойство накапливаться и является причиной постоянного продолжающегося

106

ухудшения качества почв.

Тяжелые металлы способны образовывать сложные комплексные соединения с органическим веществом почвы, поэтому в почвах с высоким содержанием гумуса они менее доступны для поглощения растениями. По сравнению с минеральными коллоидами, органическое вещество является лучшим сорбентом тяжелых металлов. Фульвокислоты образуют с металлами хелатные соединения, растворимые в широком диапазоне pH (в кислой, щелочной среде, но не в нейтральной), мигрирующие вниз по профилю. Комплексы металлов с гуминовыми кислотами малоподвижны, нерастворимы в кислой среде, что способствует накоплению тяжелых металлов в органогенном горизонте.

В пределах г. Ачинск грунтовые воды четвертичных отложений по составу SO42-

−HCO3-−Mg2+−Ca2+ и Cl-−SO42-−HCO3-−Mg2+−Ca2+ c минерализацией 1,2-1,4 г/л, что выше ПДК. Из макрокомпонентов присутствует железо, содержание которого составляет 0,5-0,8 г/л. По коэффициенту концентрации относительно фоновых участков (западная часть КА-

ТЭКа) образуется ряд: Mn 42,1; Sr 23,2; Cr 18,6; Zn 10,6; Ti 8,1; B 7,4; V 5,6; Cu 5,4; Ba 5; Mo

1,6. ПДК превышают Mn, Ti, Ba, Cd и B [4]. Наиболее опасны в экологическом отношении поверхностные воды отстойников промышленных отходов АГК. Минерализация шламовых вод достигает 33,6 г/л, воды сильнощелочные, рН=12,5. Содержание HCO3- достигает 12,2 г/л. В водной среде отстойника и шламохранилища отмечаются высокие содержания макрокомпонентов: SO42- - до 6,7 ПДК; SiO2 - до 20 ПДК; Fe - до 124 ПДК. Из микрокомпонентов превышают допустимые значения: Ba (2-15 ПДК), F (24,6-66 ПДК), Cr (6-10,8 ПДК), Mo (5- 13 ПДК), Be (1-2 ПДК) [4]. На участке шириной 300-500 м, непосредственно примыкающему к шламохранилищу, минерализация грунтовых вод достигает 19 г/л (скв. 16, 19). Из макро-

компонентов повышенные концентрации имеют: Feобщ (50 мг/л); NH4+ (15 мг/л); NO3- (15 мг/л); SO42- (1109 мг/л в скв. 3 и 19), а из микрокомпонентов (КПДК): Al (320), Ba (11), V (36),

Mo (2,9), Ni (1,8), Pb (18,3), F (265), Cr (22), Ti (27), Mn (52) [4].

Фильтрация шламовых вод через ложе и дамбы нарушает структуру естественного потока подземных вод. В результате этого образуется область гидродинамического влияния шламохранилища, где техногенный поток доминирует над естественным подземным потоком. Суммарное взаимодействие природного и техногенного потоков выражено в возрастании минерализации и изменении состава вод от HCO3-−Ca2+−Na+ к CO3-−Na+. По содержаниям макро- и микрокомпонентов в подземных водах выделено две зоны. Первая зона шириной 300-500 м непосредственно примыкает к шламохранилищу и подвержена наибольшему техногенному воздействию. Минерализация грунтовых вод здесь достигает 19 г/л (скв. 16, 19). Из макрокомпонентов повышенные концентрации имеют: CO32- (10,3 г/л); K+ (2,2 г/л); Na+

(5,5 г/л); Feобщ (50 мг/л); NH4+ (15 мг/л); NO3- (15 мг/л); SO42- (1109 мг/л в скв. 3 и 19). Из микрокомпонентов (КПДК): Al (320), Ba (11), V (36), Mo (2,9), Ni (1,8), Pb (18,3), F (265), Cr

(22), Ti (27), Mn (52). Вне зоны интенсивного воздействия (3-3,5 км) подземные воды преимущественно HCO3-−Na+−Ca2+ с минерализацией до 0,5 г/л. В ЮЗ части пойменной террасы преобладают SO42-−HCO3-−Ca2+, Mg2+−Ca2+ или Na+−воды с концентрациями SO42- до 165 мл/л, Fe − до 1,05 мг/л (скв. 1, 2, 4). Из микрокомпонентов в повышенных концентрациях на-

ходятся (КПДК): Al (59), Ba (4), F (1,1), Ti (0,9) [4].

Таким образом, на загрязнение окружающей среды оказывают техногенное воздействие не только сами предприятия металлургической промышленности, но и накопители по складированию образующихся промышленных отходов в виде шлакоотвалов и шламохранилищ. В связи с этим в последнее время на предприятиях реализуют программы по модернизации производства, внедрению новых технологий, способствующих снижению негативного воздействия на окружающую среду. Шлаки и нефелиновый шлам используются для производства строительных материалов.

Литература 1. Воронкевич С.Д. Основы технической мелиорации грунтов: учеб пособие / С.Д.

Воронкевич. - М.: Изд-во «Научный мир», 2005. - 504 с.

107

2.Головин А.А., Морозова И.А., Гуляева Н.Г., Трефилова Н.Я. Оценка ущерба окружающей среде от загрязнения токсичными металлами / А.А. Головин, И.А. Морозова, Н.Г. Гуляева, Н.Я. Трефилова // под ред. Э.К. Буренкова. - М.: Изд-во «ИМГРЭ», 2000. - 117 с.

3.Гурвич В.Б. Системный подход к управлению экологически обусловленным риском для здоровья населения на примере предприятий алюминиевой промышленности / В.Б. Гурвич //Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора медицинских наук. - СПб., 2008. - 48 с.

4.Дворецкая Ю.Б. Геоэкологическая оценка влияния глиноземного производства на окружающую среду: на примере г. Ачинска / Ю.Б. Дворецкая //Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук. - Томск, 2007. - 174 с.

5.Захаров А.В. и др. Экологическое состояние окружающей среды отвалов черной металлургии (по результатам мониторинга шлакового отвала НТМК) / А.В. Захаров, О.М. Гуман, А.Б. Макаров, И.А. Антонова, Т.И. Ли // Известия УГГУ. - Екатеринбург: Изд-во «ФГБОУ ВО «Уральский государственный горный университет», 2014. - № 3 (35). - С. 5156.

6.Протасов В.Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России: учеб и справ. пособие /В.Ф. Протасов. - М.: Финансы и статистика, 1999. - 672 с.

ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»

N.A. Larionova

INFLUENCE OF ACCUMULATORS OF INDUSTRIAL WASTE ON ENVIRONMENTAL

POLLUTION

Enterprises of the metallurgical industry are the main sources of environmental pollution. In the process of production, industrial waste is formed in large volumes - slags, slimes, blast furnace dust. The accumulators of industrial waste are also technogenic sources of environmental pollution. They occupy significant land areas, contribute to the pollution of atmosphere, soils, surface and groundwater in the surrounding areas. This creates an unfavorable environment for the health of the population

Key words: enterprises, industrial wastes, slag disposal, slag, slurry storage, nepheline sludge, pollution, heavy metals

Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Moscow State University name M.V. Lomonosova»

УДК 574.589

А.Р. Асанова, В.С. Моисеева, А.Г. Лямин, Н.В Лямина

БИОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ МОНИТОРИНГА: ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛЕЙ БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ МИРОВОГО ОКЕАНА

Показано разнообразие биолюминесцентных организмов Мирового океана. Проведен анализ погружных устройств приборного парка для исследования биолюминесцентного потенциала in situ. Показана возможность использования параметров поля биолюминесценции при оперативной оценке функционирования водных экосистем

Ключевые слова: мониторинг, биолюминесценция, Мировой океан

Постоянно возрастающие потребности общества в создании новых материалов ведут к увеличению количества воздействующих на биоту химических соединений антропогенного происхождения [1-20]. Это снижает ценность многочисленных лабораторных экспериментов по влиянию токсикантов на модельные сообщества, поскольку они, во-первых, не могут «отследить» всю гамму токсичных соединений и, во-вторых, не учитывают возникающие при их воздействии синергические эффекты [21-24]. Морское прибрежье характеризуется высокой динамичностью, а также наличием вдольбереговой циркуляции. Во взаимосвязанную систему прибрежных течений вовлекаются имеющиеся в прибрежных акваториях мелководные выпуски хозяйственно бытовых сточных вод с органическими загрязнителями, а также поступающее из донных осадков вторичное загрязнение, что приводит к деградации любой со-

108

ставной части его акватории и может необратимо повлиять на экологическую ситуацию Мирового океана в целом [1-3, 24]. В этой связи актуально применение методов биофизического мониторинга морской среды, результаты которого носят универсальный (интегральный) характер и могут служить как показателем хорологической структуры исследуемого ценоза, так и его физиологического состояния [10; 20; 25-27]. При этом, из всего многообразия реакций «поствоздействия» популяций наибольший интерес, несомненно, представляют те, которые, во-первых, проявляются уже в течение первых десятков минут после воздействия поллютанта и, во-вторых, определяются инструментальными методами регистрации наблюдаемых эффектов [6; 12]. Поэтому, биофизические методы, а именно, анализ параметров поля биолюминесценции, может служить чувствительным индикатором степени резистентности планктонных организмов к воздействию поллютантов и экспрессным показателем регионального загрязнения морской среды [4-5; 24; 9; 11]. Наиболее широко используется для этих целей анализ поля биолюминесценции (ПБ). Параметры ПБ также принимаются во внимание при планировании военно-морских операций - будь то десантирование, действие сил специального назначения, действие сил противолодочной обороны, боевое дежурство субмарин, минные постановки и противоминная борьба, действия стратегических оборонительных сил [21]. Биолюминесценция - проявление жизнедеятельности организма в виде электромагнитного излучения в видимой области спектра, кинетические закономерности которого тесно связаны с кинетикой и механизмом порождающих его химических реакций и процессов метаболизма [17]. Биолюминесценция обнаружена у более 700 видов морских и наземных организмов всех уровней филогенеза, от бактерий до рыб. Около 80 % известных биолюминесцентных организмов обитают в Океане, среди них много глубоководных [22]. Биолюминесценция у морских организмов наблюдается среди: Proteobacteria (Gammaproteobacteria),

Radiozoa (Polycystina), Myzozoa (Dinophyceae), Ctenophora (Tentaculata и Nuda), Cnidaria (Anthozoa, Hydrozoa и Scyphozoa), Nemertea (Enopla), Annelida (Polychaeta), Mollusca (Bivalvia, Cephalopoda и Gastropoda), Chaetognatha (Sagittoidea), Arthropoda (Branchiopoda, Copepoda, Malacostraca, Ostracoda и Pycnogonida), Echinodermata (Asteroidea, Crinoidea, Holothuroidea и Ophiuroidea), Hemichordata (Enteropneusta) и Chordata (Actinopteri, Appendicularia, Ascidiacea, Elasmobranchii и Thaliacea). Биолюминесценция у морских орга-

низмов наблюдается среди представителей 617 родов [14,16, 19, 23].

На рис. 1. показано распределение по представителям 617 родов гидробионтов среди

Annelida, Arthropoda, Bacteria, Chaetognatha, Chordata, Cnidaria, Ctenophora, Dinophyceae, Echinodermata, Hemichordata, Mollusca, Nemertea, Radiozoa. Для классификации и системати-

ки биолюминесцентных организмов использована база данных проекта World Register of Marine Species (http://www.marinespecies.org). Использованы фотографии и рисунки авторов: Alexander Semenov, Angel Martin, Blair Patullo, Bernard Picton, Casey Dunn, Claudia Arango, Dante Fenolio, David Kearnes, David Shale, Derek Haslam, Des Beechey, Ernst Haeckel, Greg Rouse, Herrera Bachiller, Katie Ahlfeld, Roger Ressmeyer, Russ Hopcroft, Stefan Siebert, Steve Gschmeissner, Wernher Krutein. Основной вклад в формирование поля биолюминесценции Чѐрного моря вносит 51 вид Dinophyceae, родов: Alexandrium, Ceratium, Gonyaulax, Lingulodinium, Noctiluca, Polykrikos, Protoceratium, Protoperidinium, Pyrocystis, Scrippsiella, Tripos [7].

Биолюминесцентное излучение морских организмов приходится на спектральный диапазон от 410 до 710 нм. Большинство морских организмов эмитируют излучение с длиной волны между 450 и 490 нм, что соответствуя синему свету, обладающему оптимальной светопередачей в морской воде [16]. Исследования показали, что интенсивность поля биолюминесценции - суммарного светового эффекта, создаваемого в толще воды совокупностью морских биолюминесцентов [8, 12], может оцениваться как чувствительный индикатор для определения функционального состояния пелагического сообщества с учетом физических процессов, происходящих в морской среде, и загрязненности морских экосистем. ПБ существует повсеместно в любое время суток при существенных региональных и сезонных различиях. Для получения представлений о структуре биолюминесцентных гидробионтов требуется изуче-

109

ние суточной, сезонной и межгодовой динамики параметров ПБ, поиск корреляционных зависимостей и регрессионных соотношений между интенсивностью ПБ и факторами среды [8]. Регистрировать in situ биолюминесценцию фитопланктона и мелкого мезозоопланктона возможно с помощью батифотометров. Все прочие биолюминесцентные организмы, в силу конструктивных особенностей батифотометров, избегают попадания в светонепроницаемую измерительную камеру, вклад макропланктона и нектона в интенсивность ПБ остается недостаточно изученным. Регистрация оптического излучения в батифотометрах осуществляется с помощью светочувствительного датчика (фотодиоды или ФЭУ), который находится в измерительной светонепроницаемой камере обнаружения. Работу батифотометра контролирует поверхностный управляющий системный блок, отвечающий за получение и накопление данных. Как правило, батифотометры входят, в качестве датчиков, в состав морских гидробиофизических измерительных комплексов. Конструктивные элементы некоторых типов батифотометров изображены на рис. 2. При проектировании батифотометра надо учитывать, что измеряемый батифотометром биолюминесцентный потенциал (БПБ) зависит от объемного расхода жидкости, длительности обнаружения излучения биолюминесцентных организмов в пределах светонепроницаемой камеры обнаружения батифотометра, эффективности системы гидромеханического возбуждения, минимизации предварительного возбуждения, конструктивных особенностей светонепроницаемой камеры и чувствительности датчика излучения.

Рис.1. Родовое разнообразие морских биолюминесцентных организмов

При проектировании конструкции батифотометра нужно произвести гидростатический и гидродинамический расчет характеристик батифотометра; дать оценку БПБ, как функции объемного расхода; произвести биологическую калибровку батифотометра, используя конкретные виды и концентрацию биолюминесцентных организмов; определить значение критического объемного расхода, которое будет использоваться при эксплуатации батифотометра, с учетом требований к минимизации габаритных размеров батифотометра и условиям эксплуатации. Существующие проекты батифотометров существенно различаются

110