An Evaluation of the Negative Impact of the "Izhora Plants" Industrial Agglomeration on the Components of the Natural Environment

Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами – одна из важнейших экологических проблем современности. Загрязнение металлами оказывает пагубное воздействие на экосистемы вследствие их токсичности, персистентности и способности к аккумуляции в почве, водной среде и донных отложениях. К основным антропогенным источникам поступления тяжелых металлов относятся промышленные объекты горнодобывающей, металлургической, машиностроительной отраслей.

Оценка содержания тяжелых металлов в компонентах окружающей среды является особо сложной задачей для зон промышленных агломераций, где на ограниченной территории сосредоточены промышленные центры и узлы, объединяющие отраслевые и межотраслевые компании различного рода. Структура данных агломераций представляет собой неоднородное множество предприятий, занятых различными видами хозяйственной деятельности, которые не всегда связаны между собой. При этом системы производственного экологического контроля субъектов промагломерации могут отличаться, что не дает возможности объективной оценки совокупного влияния промышленности на окружающую среду.

«Ижорские заводы» – обширная промышленная территория общей площадью территории в 1303,9 гектара, расположенная в Колпинском районе города Санкт-Петербурга. Она включает в себя ряд независимых производств, в первую очередь, металлургии и машиностроения

, .

К настоящему времени не производилась комплексная оценка влияния промагломерации на компоненты природной среды. Более того, у всей территории отсутствует общая санитарно-защитная зона

.

Цель данной работы – оценить вклад «Ижорских заводов» в загрязнение компонентов природной среды.

Суть работы заключается в отборе проб природной воды и донных отложений в реке Ижоре, а также отборе проб почв и снега в зоне воздействия промагломерации с последующим анализом подготовленных проб в аккредитованной лаборатории. Отбор проб проводился в 2022-2023 гг. Общая карта-схема отбора проб приведена на рисунке 1.

Пробы были проанализированы 28 июля на атомно-абсорбционном спектрометре Shimadzu GFA-7000 и на масс-спектрометре с индуктивно-связанной плазмой  Shimadzu ICPE 9000, согласно

и . В дальнейшем было проведено усреднение полученных значений для трех проб каждой точки и сравнение полученных значений с концентрациями загрязнителей в фоновой точке и нормативными предельно-допустимыми концентрациями (ПДК) согласно .

Отбор проб донных отложений осуществлялся дночерпателем Ван Вина в тех же точках, что и пробы воды, согласно

. Пробы отбирались в центральной части русла. В дальнейшем пробы были высушены до воздушно-сухого состояния и проанализированы методом рентгенофлуоресцентного анализа (РФА) на валовый химический состав элементов в образцах по также 28 июля.

Отбор проб почв был осуществлён в 11 точках по периметру территории «Ижорских заводов» методом конверта по

. Пробоотбор проводился в сентябре 2022 года. На следующий день в пробах почв была замерена влажность с помощью влагомера модели «AND MX-50», затем пробы были высушены до воздушно-сухого состояния. Каждая проба почвы была проанализирована методом РФА по .

Отбор проб снега осуществлялся в конце снежного сезона (март 2023) с учётом уже имеющихся данных по анализу почвенного покрова. Пробы отбирались по трансекте в северо-северо-восточном направлении от границы промагломерации. Объем пробы воды после таяния при комнатной температуре составлял не менее 2 дм3. Также была отобрана одна фоновая точка примерно в трех километрах к востоку от города Колпино вне зоны влияния антропогенных источников. На следующий день после отбора талый снег был проанализирован методом атомно-абсорбционной спектрометрии с электротермической атомизацией по

.

3.1. Анализ проб воды и донных отложений

В таблице 1 представлены результаты анализа природной воды на основные анионы по 3 точкам, а также действующие нормативы содержания

.

Результаты анализа воды на анионы свидетельствуют о превышении содержания некоторых загрязняющих веществ по отношению к фону. Отмечено превышение содержания Cl- в 1,41 и 1,46 раз соответственно для 2-й и 3-й точек относительно фона, а также NO2- в 3,33 и 2,67 раз для тех же точек. Превышение ПДК в водных объектах рыбохозяйственного водопользования зафиксировано только для NO2- во всех точках пробоотбора, что, в целом, характерно для водных объектов Санкт-Петербурга.

В таблице 2 представлены результаты анализа воды на металлы.

Достоверное повышение концентраций в импактных условиях (точка 2) было отмечено для таких металлов, как Al3+, Cu+, Fe3+, K+, Mn2+, Na+, Zn2+, Ni2+, Pb2+ и Mo6+.

Превышение норматива отмечено для алюминия, меди, железа, марганца, цинка, свинца и молибдена. Высокое фоновое содержание Cu+, Fe3+и Mn2+, в целом, характерно для притоков реки Невы, однако существенный рост концентраций этих и других металлов однозначно указывает на вклад промышленной агломерации в загрязнение водотока. Максимальные превышения отмечены для Fe3+ (30,7 ПДК), Al3+ (9,6 ПДК) во второй точке, а также для Mo6+ (7,7 ПДК) в третьей точке пробоотбора.

Для оценки последствий долговременного воздействия на экосистему реки, был проведен анализ проб донных отложений на валовое содержание элементов в образцах. Результат представлен в таблице 3. Содержание веществ анализировалось в воздушно-сухом состоянии образцов. Концентрации сравнивались с региональными нормативами для донных отложений

, а также со значениями кларков в верхней части земной коры .

Анализ валового содержания металлов в донных отложениях реки Ижоры подтверждает вклад промагломерации в загрязнение водотока. В точках 2 и 3 увеличивается содержание всех металлов, за исключением хрома. Следует отметить, что наиболее значимо возрастают концентрации таких металлов, как Pb2+, Cu+, Fe3+и Mn2+, относящихся к приоритетным поллютантам рассматриваемого источника. Сравнение концентраций с кларком и региональными нормативами указывает на повышенное содержание в отдельных пробах Zn2+, Pb2+и, особенно, Cu+.

3.2. Анализ проб почвы

Каждая проба почвы была проанализирована методом РФА по

. Полученные результаты были пересчитаны с воздушно-сухого состояния на состояние изначальной влажности образцов почвы. Результаты анализов почв указаны с учётом изначальной влажности проб и представлены в таблице 4. Сравнение концентраций проводилось с действующими нормативами ПДК или ОДК , а также с кларками .

Результаты анализа показывают существенное загрязнение почвенного покрова тяжелыми металлами в окрестностях промышленного кластера. Следует отметить высокое содержание свинца во всех изученных пробах. Примерно в половине образцов наблюдаются превышение кларка по цинку, меди и хрому.

Наибольшее суммарное содержание металлов относительно кларка наблюдается в пробах 1п и 2п, отобранных к северо-востоку от промплощадки, а также в пробах 7п и 8п, расположенных южнее и к западнее промплощадки, соответственно. Валовое содержание металлов в пробах 7п и 8п подвержено влиянию расположенной к западу Софийской улицы, а высокие концентрации свинца, цинка, меди, железа и хрома в пробах 1п и 2п могут быть обусловлены только влиянием территории «Ижорских заводов».

3.3. Анализ проб снега

Для выявления пространственного распределения содержания металлов в атмосферном воздухе, отбор почвенных проб был дополнен материалами снеговой съемки. Результаты анализа проб снега представлены в таблице 5. Результаты анализа свинца оказались ниже области определения, поэтому в таблице он не представлен. В качестве объекта сравнения (фона) была отобрана проба снега на значительном удалении от промышленных объектов и автодорог, примерно в 3 км восточнее г. Колпино.

По результатам анализа проб снега была выявлена тенденция к снижению концентрации металлов по мере удаления от промышленной агломерации. Особенно чётко прослеживается эта тенденция по Mn2+, Fe3+ и Zn2+. Если сравнивать концентрации загрязняющих веществ с концентрациями в фоновой точке, то можно отметить превышения по большинству обследованных показателей, что позволяет однозначно заключить о негативном воздействии промагломерации на качество природной среды. При этом, существенных концентраций металлов в талой воде не обнаружено, что объясняется климатическими факторами. Неравномерность периодов снегопадов и снеготаяния весной 2023 года, фактически, ограничили время аккумуляции металлов периодом в 10 дней.

Был проведен отбор проб и анализ качества природной воды и донных отложений в реке Ижоре, а также почвенного покрова и снега в окрестностях промагломерации «Ижорские заводы». Результаты анализов позволили сформировать общее представление о роли промагломерации в загрязнении компонентов окружающей среды.

Пробы воды из реки Ижоры, отобранные в районе исследуемого объекта, отличалась высокими концентрациями тяжелых металлов, таких как Pb2+, Cu+, Fe3+и Mn2+, что, очевидно, может привести к серьезным последствиям для живых организмов и экосистем в целом. Донные отложения также были загрязнены тяжелыми металлами. Это подтверждает длительное и системное воздействие на гидроэкосистему в форме непосредственного сброса сточных вод и аэротехногенного переноса поллютантов на водосборную территорию, что, в целом, является характерным для малых водотоков Санкт-Петербурга

.

Оценка состояния почв вокруг промзоны показала наличие загрязнений, которые связаны с промышленной деятельностью «Ижорских заводов». Особенно сильно почвы загрязнены хромом, а некоторые территории также и медью, свинцом, железом и марганцем. Пространственное распределение концентрации с учетом преобладающих направлений ветра позволяет определить основным источником загрязнения промышленную агломерацию.

По результатам химического анализа проб снега был установлен пространственный градиент распределения тяжелых металлов в приземном слое атмосферы в течение непродолжительного времени. Установлено, что даже на расстоянии 2,5 км к северо-северо-востоку от промплощадки вследствие аэротехногенной миграции концентрации алюминия, хрома, меди, железа, марганца и цинка значимо превышают значения в фоновой пробе снега.

Таким образом, проведенное исследование показало, что промагломерация «Ижорские заводы» оказывает негативное воздействие на компоненты природной среды. Результаты анализов проб природной воды, донных отложений, почв и снега говорят о необходимости принятия мер для уменьшения выбросов и снижения загрязнения окружающей среды. Основной рекомендацией является организация единой санитарно-защитной зоны для всей промышленной территории, с созданием общей программы мониторинга состояния поверхностных вод, атмосферного воздуха и почв в зоне влияния «Ижорских заводов».