EVALUATION AND MITIGATION OF THE NEGATIVE IMPACT OF THE PHOSPHATE FERTILISER PRODUCTION FACILITY ON THE RIVER ECOSYSTEM
EVALUATION AND MITIGATION OF THE NEGATIVE IMPACT OF THE PHOSPHATE FERTILISER PRODUCTION FACILITY ON THE RIVER ECOSYSTEM
Abstract
The article is dedicated to determining the negative impact of the industrial enterprise "IG "Phosphorit" on the ecosystem of the Luga River. In the course of the study, wastewater samples were taken at the industrial site of the enterprise and natural waters in the zone of production impact, as well as analysed for the presence of pollutants in the samples. The results of the research showed high concentrations of a number of biogenic elements (phosphates, nitrogen group compounds, etc.), heavy metals (iron, manganese) and other substances. The obtained data allow to draw a conclusion about the existing anthropogenic load on the river ecosystem of the selected area and the necessity to implement measures for modernisation of the industrial wastewater treatment system.
1. Введение
Современные исследования, связанные с интегральной оценкой эвтрофирования водных экосистем, приурочены к территориям с высокой степенью антропогенной нагрузки. В северо-западной части России такой зоной является восточное побережье Финского залива, относящееся к району Балтийского моря , . Определяющим фактором высокой степени эвтрофикации является рост техногенной нагрузки в рассматриваемом регионе . На крупных реках, несущих свои воды в Финский залив, расположено значительное количество производств, сбрасывающих загрязненные биогенными элементами сточные воды. Своевременное выявление такого рода загрязнения позволит предотвратить «цветение» и «зарастание» водоёма , .
Одним из крупных водотоков Ленинградской области, впадающих в Финский залив, является река Луга. Водоток непосредственно транспортирует промышленные стоки, которые аккумулируются в заливе. Потенциально опасным в этом отношении производством оказывается «ПГ «Фосфорит» , относящаяся в настоящее время к МХК «Еврохим», специализирующейся на производстве фосфорных удобрений и кормовых фосфатов в Северо-Западной части РФ , . Ввиду проведенной в 2015–2016 гг. реконструкции очистных сооружений предприятия, возникает необходимость рассмотреть данный участок реки и оценить химический состав сточных и природных вод. В рамках летних экспедиционных исследований в месте водовыпуска предприятия проведена работа по выявлению загрязнения водного объекта.
2. Методы и принципы исследования
Исследование производилось в июне 2024 г. Для определения гидрохимических показателей первоначально проводилась рекогносцировка территории с последующим пробоотбором. При первичном осмотре местности визуально наблюдается водная растительность, покрывающая обширные участки по всей ширине реки. Отбор проб осуществлялся согласно действующим методикам , по схеме на рисунке 1. Точки пробоотбора были выбраны таким образом, чтобы учесть фоновые концентрации веществ, а также определить вклад предприятия в общее загрязнение реки.
Пробы воды были доставлены в лабораторию и помещены в холодильную камеру, параллельные пробы были законсервированы серной кислотой до pH < 2, в соответствии с . Определение тяжелых металлов в пробах производилось при помощи оптической эмиссионной спектроскопии на приборе ICPE-9000, фосфатов, аммония, нитратов — фотоколориметрическим способом (при анализе использовался фотоколориметр Экотест-2020), сульфатов — титрованием, фосфора общего — методом спектрофотометрии (спектрофотометр DR 5000). Результаты анализа химического состава отобранных проб сравнивались с нормативами, установленными приказом Министерства сельского хозяйства РФ для водных объектов рыбохозяйственного значения .
Рисунок 1 - Точки пробоотбора сточных и природных вод вблизи предприятия «ПГ «Фосфорит»
Примечание: SasPlanet, ArcGis; составлено авторами
3. Основные результаты
Точки отбора I, II, III, IV — расположены на руч. Горский по течению сточных вод с промплощадки предприятия до впадения в р. Луга. При этом пробы в точках I и II были отобраны до и после прохождения производственных сточных вод пруда-отстойника, который является завершающим звеном в системе водоочистки предприятия. Ниже расположено ГТС в виде дамбы, перед которой определена следующая точка отбора — III. Последняя точка отбора стоков на ручье располагается за 20 м от места водовыпуска.
Точки отбора 1–4 распределены в р. Луга, где 1 — устье р. Падожница (левый приток реки Луга), 2 — точка отбора, находящаяся в 250 м выше выпуска сточных вод, принятая за фон, 3 — точка в створе выпуска сточных вод в фарватере, 3А — в правобережной части, 3Б — в левобережной, 4 — 250 м ниже по течению в фарватере реки. Все пробы в точках были отобраны на глубине 1,5 м, при средней глубине реки 6 м.
Результаты элементного анализа представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Результаты анализа проб воды методом ICP
№ | Al3+, мг/дм³ | Ba2+, мг/дм³ | Ca2+, мг/дм³ | Cu2+, мг/дм³ | Fe2+, мг/дм³ | K+, мг/дм³ | Mg2+, мг/дм³ | Mn2+, мг/дм³ | Na+, мг/дм³ | Sr2+, мг/дм³ | Zn2+, мг/дм³ |
I | 0,34 | 0,11 | 119 | 0,003 | 1,7 | 20,7 | 100 | 0,76 | 124 | 0,35 | 0,22 |
III | 0,22 | 0,099 | 119 | менее 0,001 | 1,2 | 19,1 | 93,1 | 0,67 | 119 | 0,37 | 0,14 |
IV | 0,19 | 0,09 | 117 | 0,002 | 1,2 | 18,1 | 92,9 | 0,65 | 120 | 0,37 | 0,13 |
2 (фон) | 0,098 | 0,14 | 47,6 | менее 0,001 | 0,3 | 2,1 | 21,6 | 0,05 | 7,97 | 0,07 | 0,002 |
3 | 0,04 | 0,14 | 47,2 | менее 0,001 | 0,3 | 2,3 | 21,9 | 0,11 | 8,22 | 0,07 | 0,006 |
4 | 0,11 | 0,14 | 47,4 | менее 0,001 | 0,3 | 2,7 | 22,1 | 0,11 | 8,78 | 0,07 | 0,007 |
ПДКр/х | 0,04 | 0,74 | 180 | 0,001 | 0,1 | 50 | 40 | 0,01 | 120 | 0,4 | 0,01 |
Примечание: составлено авторами
В отдельных отобранных пробах сточных вод (точки отбора I, III, V) наблюдаются превышения предельно допустимых концентраций по марганцу в 76 раз, цинку в 22, железу в 17 раз, алюминию в 8,5, меди и магнию почти в 3 раза. При этом значения концентраций в сточных водах снижаются по направлению к водовыпуску. Превышения по марганцу, железу, алюминию, меди и магнию обусловлены обработкой апатитового концентрата в процессе производства КОФ. Увеличенное содержание цинка в сточных водах возможно в связи с использованием оцинкованных труб для водоотведения. Также источником поступления перечисленных загрязнённых веществ являются проводимые работы во вспомогательном железнодорожном цехе. Отметим, что существенного роста концентраций перечисленных ионов в природных водах ниже выпуска сточных вод не наблюдается.
При проведении работ на предприятии в цехах ПСК и ЭФК образуются и попадают в сточные воды такие вещества, как магний, соединения азота, сульфаты и фосфаты .
В таблице 2 представлены результаты анализа воды на ионы биогенных элементов , , в отобранных пробах.
Таблица 2 - Результат анализа проб воды на ионы биогенных элементов
№ | NH4+, мг/дм³ | PO43- (по Р) , мг/дм³ | NO₃⁻, мг/дм³ | SO₄²⁻, мг/дм³ |
I | 28,98 | 37,51 | 177,18 | 768,48 |
II | 14,79 | 41,16 | 429,73 | 1283,36 |
III | 19,78 | 34,61 | 298,78 | 810,75 |
IV | 20,10 | 36,5 | 411,02 | 1652,23 |
1 | 0,80 | 5,5 | 48,59 | 261,28 |
2 (фон) | 0,15 | 0,008 | 14,91 | 73,01 |
3 | 0,30 | 0,015 | 15,85 | 57,64 |
3A | 0,08 | 0,016 | 13,04 | 80,69 |
3Б | менее 0,01 | 0,01 | 13,04 | 161,38 |
4 | 0,03 | 0,009 | 17,72 | 142,17 |
ПДК р/х | 0,5 | 0,2 (по P) | 40,00 | 100,00 |
Примечание: составлено авторами
Увеличение концентрации фосфатов, нитратов и сульфатов в отобранной пробе в точке II свидетельствует о чрезмерном накоплении загрязненных веществ в пруде-отстойнике, который уже не выполняет функцию по удалению загрязнителей. Наоборот, происходит избыточное накопление биогенных элементов, которое транспортируется со сточными водами в реку. Из рассматриваемых трех отстойников в рабочем состоянии находится только один. Два других характеризуются высокой степенью эвтрофикации, и в процессе антропогенной сукцессии трансформируются в болото.
Полученные значения имеют между собой высокий показатель (в среднем, более 0,93) корреляции, что подтверждает достоверность полученных данных. Расчётная кратность разбавления сточных вод в природных водах составляет 196. Таким образом, снижение концентраций в пробах, отобранных в р. Луга, определяется смешением сточных и речных вод. Необходимо учитывать поступление загрязненных вод, которые несёт вышележащий приток Луги — р. Падожница, о чем свидетельствуют результаты анализа пробы 1. Однако следует отметить превышение нормативных значений по сульфатам в 1,6 раз в месте сброса и ниже по течению от водовыпуска. Значительное содержание биогенов в сточных водах после очистных сооружений показывает недостаточную эффективность водоочистки, особенно по фосфатам, где максимальная концентрация в 206 раз выше ПДКр/x.
Поскольку фосфор является главным химическим фактором, определяющим процесс эвтрофикации гидроэкосистем, в дополнение к определению концентрации растворенной фосфатной формы в пробах был определен общий фосфор согласно .
Таблица 3 - Определение массовой концентрации фосфора в воде
№ | мг/дм³ |
I | 190,2 |
II | 237,2 |
III | 327,1 |
IV | 416,0 |
1 | 7,8 |
2 (фон) | 0,04 |
3 | 5,9 |
3A | 0,07 |
3Б | 0,04 |
4 | 0,04 |
Примечание: составлено авторами
Содержание общего фосфора в настоящее время не нормируется , , однако отмечается что в слабо загрязненных природных водах оно может составлять тысячные или сотые, очень редко десятые доли миллиграммов в литре , , . Представленные в таблице данные подтверждают наличие высоких концентраций минеральных и органических фосфорсодержащих соединений , , как в растворенной, так и во взвешенной форме.
4. Заключение
Высокое содержание отдельных загрязняющих веществ в сточных водах предприятия указывает на недостаточную эффективность очистных сооружений предприятия, что может оказать влияние на трофический статус реки. В настоящее время на территории предприятия действует система локальных очистных установок, после которых вода поступает на карты для отстаивания и в дальнейшем, частично, используется в производственном цикле. Сравнение данных таблиц 2 и 3 показывает, что по мере прохождения пруда-отстойника доля минеральных форм фосфора в общем содержании снижается, и в конечном итоге, после сброса сточных вод в реку концентрация общего фосфора достигает 5,9 мг/л.
Для снижения негативного воздействия на экосистему реки можно предложить дополнительный этап очистки промышленных стоков, например, использование высокоэффективных химических реагентов. На данный момент среди химических способов очистки сточных вод от биогенных элементов, используются коагулянты на основе полиоксихлорида алюминия, алюмината натрия, хлорида железа, сульфата железа. Опыт внедрения на территории Ленинградской области отдельными организациями на стадии доочистки коагулянта сульфата железа показал, что с его помощью удалось добиться снижения концентраций фосфора в сточных водах до уровня, обозначенного ХЕЛКОМ.
Результаты исследования показали, что с учетом специфики и масштабов предприятия «ПГ «Фосфорит», а также достаточно высокого показателя разбавления, в настоящее время уровень воздействия на водную экосистему оказался меньше ожидаемого. При этом, учитывая динамику производства, возникает необходимость модернизации технологии очистки сточных вод, а также проведения регулярных наблюдений за состоянием сточных и природных вод вблизи производственной площадки.