+7 (342) 299 99 69

пн-пт с 900 до 1800

logotype

--Использование фосфогипса при строительстве дорог

Введение. Проблема переработки и утилизации промышленных отходов считается одной из самых крупных проблем XXI века. Масштабы образования промышленных отходов в России в расчете на уровень производства в 2000 году можно оценить примерно в 2,6 млрд тонн в год (Девяткин и др.,2004). Производство фосфогипса по этим данным составляет 6, 4 млн тонн.

Фосфогипс - побочный продукт производства экстракционной фосфорной кислоты, получаемой при разложении фосфатного сырья или апатитового концентрата смесью серной и фосфорной кислот дигидратным способом, и является вторичным материальным ресурсом. Одним из основных направлений утилизации фосфогипса является получение на его основе гипсовых вяжущих, использование фосфогипса в технологии портланд-цемента является вторым наиболее распространенным способом его переработки (Мольков и др., 2006).

Заслуживают внимания и другие пути утилизации, например, изготовление серной кислоты и извести. Фосфогипс в сельском хозяйстве использовался в чистом виде для гипсования солонцовых почв, в смеси с пылевидными известковыми материалами — для химической мелиорации кислых почв. Однако использование фосфогипса в сельском хозяйстве в последние годы снизилось из-за сокращения государственных программ мелиорации земель (Мольков и др., 2006).

На сегодняшний день широкое применение получило использование фосфогипса в дорожном строительстве. Согласно «Методическим рекомендациям по устройству оснований дорожных одежд с использованием свежего фосфополугидрата сульфата кальция» (1987) по санитарно-химическим показателям фосфогипс характеризуется незначительными уровнями миграции химических соединений (SO3, P2O5, F), не превышающими предельно допустимые концентрации для атмосферного воздуха над проезжей частью дорог.

Ввиду малой растворимости в воде отдельных химическихсоединений, входящих в состав фосфогипса, и незначительного содержания других компонентов основания дорог, отличающихся большей водорастворимостью, считается, что его использование практически не будет являться источником загрязнения окружающей среды.

Е.С. Яцун и Б.Г. Печеный (2006) исследовали возможность применения фосфогипса в качестве материала для основания дорог. Было выявлено, что фосфогипсовое основание независимо от влажности является весьма прочным и ровным при постоянном движении бульдозеров и большегрузных автомобилей. Шеном с соавт. (Wei-guoShen, 2009) была разработана смесь из твердых промышленных отходов (стальной шлак, летучая зола, фосфогипс) для ее последующего использования в качестве дорожного материала. Опытным путем была доказана более высокая прочность и износостойкость смеси по сравнению со смесью известь - летучая зола.

Необходимо отметить, что фосфогипс, наряду с основным действующим веществом, содержит различные токсичные элементы-примеси, такие как фтор, мышьяк, стронций, уран, тяжелые металлы и др. (Любимова, Борисочкина, 2007). Цель настоящего исследования - дать оценку опасности загрязнения почвогрунтов, растительности элементами Sr, F, Ni, Cu,Zn, As, Pb, при строительстве и функционировании фосфогипсовой дороги после нескольких лет эксплуатации.

Объекты и методы исследования. Исследования проводились на двух объектах: на фосфогипсовой дороге с асфальтовым покрытием и без покрытия. Обе дороги расположены в Балаковском районе Саратовской области (пос. Быков Отрог). Фосфо-гипсовая дорога с асфальтовым покрытием была построена осенью 2007 года как подъездная автодорога к санкционированной свалке твердых бытовых отходов (ТБО). Фосфогипс использовался при строительстве в качестве основания автодороги. Обследование территории около этой дороги проводилось дважды: на следующий год после строительства и через 5 лет эксплуатации данной дороги.

Фосфогипсовая дорога без асфальтового покрытия была построена одновременно с первой, она образует подъезд к фермерскому хозяйству. Исследование прилегающей к ней территории проводилось только один раз, на пятый год после отсыпки дороги.

Отбор образцов около дороги с покрытием в 2008 и 2012 гг. проводили по одинаковой схеме. Перпендикулярно дороге через 50 м были заложены 6 трансект длинной 50-52 м. Расстояние между точками опробования по трансекте увеличивалось по мере удаления от дороги (рис. 1).

Расположение точек опробования в 2012 г. в начале трансект немного отличалось от схемы 2008 г., так как на некоторых трансектах ближние к дороге точки стали недоступны из-за скоплений мусора на откосах и наличия воды в широких понижениях, образовавшихся на месте бывших придорожных канав. На каждой трансекте закладывалось по 8 точек опробования. Из понижений, заполненных водой, были отобраны пробы воды. Кроме того, в точке № 4 (трансекта 2) удалось отобрать на анализ воду (верховодку) из пробуренной скважины. Грунтовые воды залегают глубже 5,5 м.

Для оценки возможности просачивания загрязняющих элементов под полотно фосфогипсовой дороги в 2012 году были заложены две прикопки у края дорожного полотна: одна на более влажном участке, вторая- в более сухой части. Отбирались образцы грунта как непосредственно под фосфогипсовой толщей на глубине 25-35 см, так и с глубины 50-60 см. Тогда же на некоторых трансектах проводился сопряженный отбор растительности методом сплошного укоса на тестовых площадках размером 100 см*100 см.

У дороги без асфальтового покрытия справа от дороги перпендикулярно ей через 50 м друг от друга было заложено 5 трансект, длиной 73 м (фото 2). Точки опробования начиналисьна расстоянии 3 м от дороги, так как на расстоянии < 3 м от дороги вся поверхность почвы была покрыта фосфогипсовой крошкой. Частицы фос-фогипса обнаруживались и на глубине 10-30 см. Были отобраны также образцы воды из двух природных водоемов: в непосредственной близости с дорогой и на расстоянии примерно 60-70 м от нее.

По литературным данным, твердые бытовые отходы могут загрязнять почву Hg, Pb, V, Zn, Ag, Sn, Mo, Cu, Cr, Co, редко Sr и F (Мотузова, 2000; Голубев, 2007). Так как территория вдоль фосфогипсовой дороги c асфальтовым покрытием представляет собой свалку твердых бытовых отходов (ТБО), в отобранных образцах имеет смысл определять те элементы, которых заведомо не содержатся в ТБО, а именно водорастворимый фтор и валовой стронций, которые и были использованы в качестве основных маркеров-загрязнителей. В образцах с глубин 0-10 и 10-20 см, выборочно более глубоких, определяли общее содержание Sr, водорастворимого F. Общее содержание Ni, Cu, Zn, As, Pb анализировалось для выявления влияния полиэлементного загрязнения почв от свалки ТБО. За исключением фтора те же элементы определялись в образцах воды и в растениях.

Наличие или отсутствие загрязнения почв от эксплуатации дороги оценивали по следующим критериям:

  • по степени и значимости произошедших изменений в содержании определяемых элементов в результате пятилетней эксплуатации дороги с асфальтовым покрытием (I объект), сравнивая данные исследований 2008 и 2012 годов;
  • сравнением с ПДК (ОДК) для тех элементов, для которых эти показатели существуют; кроме того, рассчитывали суммарный показатель загрязнения по СанПиН 4266-87.

Оценка качества вод проводилась по ПДК для воды хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования (ГН 2.1.5.1315-03).

В связи с тем, что вблизи территории, прилегающей к первой дороге, а также непосредственно у второй пасется скот, оценку содержания элементов-загрязнителей в растениях давали по МДУ для грубых и сочных кормов (07.08.87).

Определение водорастворимого F, валовых Sr, Ni, Cu, Zn, As, Pb проводили в имеющем аккредитацию Испытательном центре ГНУ Почвенный Институт им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии. Определение водорастворимого фтора осуществляли ионометрическим методом (СанПиН 42-128-4433-87), валового содержания Sr, Ni, Cu, Zn, As, Pb - рентгенфлуоресцентным энергодисперсионным методом (1982) (таблицы 1а, 1б).

Для статистической обработки данных анализов использовали методы параметрической и непараметрической статистики. Были рассчитаны средние арифметические значения (М), коэффициент варьирования (V), среднее квадратичное отклонение (G). Для оценки достоверности различий между отдельными сериями определений использовали t- критерий и критерий Вилкоксона (Дмитриев, 2008; Пузаченко, 2004).

Результаты и их обсуждение. Результаты определения общего содержания стронция и содержания водорастворимого фтора в слоях 0-10 и 10-20 см в образцах 2012 года показали, что содержание Sr во всех образцах, отобранных около фосфо-гипсовой дороги как с асфальтовым покрытием (I объект), так и без асфальтового покрытия (II объект), ниже предельно допустимого уровня, а в случае F ниже ПДК.

Таблица 1а. Достоверность различий между содержанием водорастворимого Б в 2008 и 2012 гг. на разном расстоянии от дороги в слое 0-10 см с помощью критерия Вилкоксона при Р=0,95 (непараметрическая статистика)

Данные 2012 г.

№ скважин (Расстояние от дороги, м)

№1 (0 м)

№2 (1,8 м)

№3 (4,0 м)

№4 (7,0 м)

№5 (12,0м)

№6 (22,0м)

№7 (32,0м)

№8 (52,0м)

№1 (0 м)

+

№2 (1,8 м) -

№3 (4,0 м) -

№4 (7,0 м)

+

№5(12,0м)

+

№6 (22,0м)

+

№7 (32,0м)

+

№8 (52,0м)

+

Примечание: + - различия достоверны; «-« различия недостоверны

Таблица 1б. Достоверность различий между содержанием стронция в 2008 и 2012 гг. на разном расстоянии от дороги в слое 0-10 см с помощью критерия Вилкоксона при Р=0,95 (непараметрическая статистика)

Данные 2012 г.

2008 г.

№ скважин (Расстояние от дороги, м)

№1 (0 м)

№2 (1,8 м)

№3 (4,0 м)

№4 (7,0 м)

№5 (12,0м)

№6 (22,0м)

№7

(32,0м)

№8

(52,0м)

 

№1 (0 м) -

 

№2 (1,8 м) -

Данные

№3 (4,0 м) -

 

№4 (7,0 м)

+

№5(12,0м) -

 

№6 (22,0м)

+

№7 (32,0м) -

№8 (52,0м) -

Примечание: + - различия достоверны; «-« различия недостоверны

Сравнительный анализ общего содержания стронция и водорастворимого фтора в образцах, взятых с глубины 0-10 и 10-20, показал, что как на территории около дороги с асфальтовым покрытием, так и около фофсфогипсовой дороги без асфальтового покрытия содержание этих элементов в образцах с глубиной изменяется незначительно. Зафиксированные колебания в содержании определяемых элементов, скорее всего, связаны с разным количеством остатков мелких фрагментов фосфогипса и включений нижележащих карбонатных горизонтов почв в этих образцах, чем с естественным вмыванием этих элементов в нижележащий слой.

Не было установлено наличия вертикальной миграции этих элементов из фос-фогипсового основания дороги в нижележащий грунт. Содержание этих элементов в грунте под фосфогипсовым основанием ниже допустимого уровня загрязнения.

Сравнительная оценка значимости изменения содержания тяжелых металлов в слое 0-10 см в целом по территории за период 2008 - 2012 годы с помощью критерия Стьюдента и Вилкоксона указывают на значимое снижение содержания никеля, меди, хрома в почвах около фосфогипсовой дороги с асфальтовым покрытием за исследованный период. Вместе с тем характер распределения тяжелых металлов на исследуемой территории с выявленными локальными участками с повышенным и высоким содержанием некоторых элементов (Хп, Сб., отчасти N1) позволяют считать источником загрязнения этими элементами свалку бытовыгх отходов, расположенную вдоль дороги (таблица 2, схема).

Таблица 2. Достоверность различий между содержанием элементов в слое 0-10 см в образцах около фосфогипсовой дороги с асфальтовым покрытием в 2008 и 2012 гг. с помощью критерия Стьюдента и Вилкоксона при Р=0,95 (непараметрическая статистика)

Параметры сравнения

Крит. Стьюдента

Вилкоксона

Элемент

2008

2012

Объем выборки

Р

Р (0,05)

N1

64.13

52.75

все образцы

0.74

0.012

Си

47.5

40.75

из слоя 0-10

0.0057

0.012

Ъп

116.37

119.37

см

0.885

0.67

5.37

4.75

0.129

0.34

РЬ

21.87

22.12

0.417

0.94

Примечание: 1) в выборку включены все образцы из слоя 0-10 см; 2) жирным шрифтом выделены достоверно различающиеся результаты.

Схема. Пространственное распределение элементов-загрязнителей около дороги с асфальтовым покрытием.

Расстояние

Номер трансекты

от дороги, м

1 2

3

4

5

6

обочина

Р,2П, РЬ Б, Бг, N1

Б, Бг, Ъп

Бг, N1, Сг

Р, БГ, N1

2 м

^X\\\\\X Жч\\\Х>

;х Б, РЬ, хп

--Ї—т.—Ї—Ї—т.—Ї—Г"

^\\\х

ч> Р, БГ, Ъп

Р, АЗ, Бг

4 м

Х\ЧЧ\Ч\^ N1, Аз, Сг

Р, Zn, Сг

Р, ЛБ, N1

7 м

Б, ЛБ, N1 Г, №, Ъп

Б, Сг, N1

ЛБ, N1, Ъп

АЇ, Сг, Бг

Р, ЛЗ,№

12 м

Б, Сг, ЛБ Б, СГ, Си

Р, Ъп, Сг

Р, Сг, Ъп

Р, АЗ, Бг

Л, N1, Р

22 м

Б, N1, ЛБ 2П, Р, РЬ

2п, Р, РЬ

Ъп, Р, N1

ЛБ, РЬ, N1

Р, 2п, РЬ

32 м

Б, 2п, ЛБ Б, АЇ, Ъп

2п, Р, ЛБ

Р, N1, Сг

Ъп, Р, N1

52 м

Zn, РЬ, Си 2п, Р, ЛБ

znJ Р, РЬ 1

| Ъп, РЬ, N1

АЗ, Ъп, РЬ

2п, РЬ, Сг

Легенда к схеме:

Категория загрязненности почв по суммарному показателю

Допустимая 2с<16

 

Шерш мш мм 16 до

Содержание в поверхностных водах

Конц. элемента выше ПДК

Анализ растительного материала на обследуемой территории около фосфогипсовой дороги с асфальтовым покрытием показал, что соотношение содержания кальция и стронция в растениях везде больше 100, что позволяет отнести исследованные объекты к территориям с удовлетворительной экологической ситуацией по стронцию. В составе некоторых средних проб растений отмечается превышение максимально допустимого уровня (МДУ) по никелю и меди. Места превышений находятся на загрязненных свалкой участках.

Анализ поверхностных вод из придорожных канав (2 и 4 трансекты) показал превышение: в первом случае ПДК для питьевых вод (СанПиН 21.4.1074-01) по фтору, во втором случае - по кадмию. Анализ верховодки с глубины 2,5 м (2 трансекта) не выявил превышений по фтору или по каким-либо другим показателям. По-видимому, выявленное превышение содержания фтора и кадмия носит точечный характер и может быть связано с россыпью фосфогипса на этом месте во время строительства дороги и слива бытовых сточных отходов поселения. Поверхностные воды около фосфогипсовой дороги без асфальтового покрытия соответствуют требованиям для питьевой воды по фтору и тяжелым металлам.

Сопоставление данных анализов, полученных в образцах, отобранных около фосфогипсовой дороги без асфальтового покрытия, с результатами анализов образцов, отобранных около дороги с асфальтовым покрытием, показало, что, хотя содержание водорастворимого фтора в почвах выше около дороги без асфальтового покрытия, оно не превышает ПДК по этому элементу.

Выводы

1. Проведенные исследования показали, что пятилетняя эксплуатация фосфо-гипсовой дороги с асфальтовым покрытием и без него в условиях степной зоны не оказала неблагоприятного воздействия на обследованную территорию. На экологическое состояние территории оказывает влияние свалка бытовых отходов, расположенная вдоль дороги.

2. У фосфогипсовых дорог без асфальтового покрытия идет механическое растаскивание фрагментов фосфогипса, что в конечном итоге может привести к загрязнению окружающей территории.

3. Можно рекомендовать использование фосфогипса в дорожном строительстве для сооружения оснований дорог.

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 Голосов)
  • Комментарии к статье
  • Вконтакте
  • Facebook

Содержимое второго блока