Воздушные путешествия угля
Ученые Южного федерального университета изучили состав донской пыли
Для бассейна Азовского моря угольная и породная пыль в составе атмосферных осадков, поверхностных вод, донных отложений, почв и дорожной пыли является неотъемлемым компонентом. Это обусловлено тем, что на востоке и северо-востоке моря расположен широко известный и один из старейших угледобывающих бассейнов земного шара — Донецкий угольный бассейн (Донбасс).
Фото: Александр Казаков, Коммерсантъ
Фото: Александр Казаков, Коммерсантъ
Сажа, зола, угольная и породная пыль образуются при добыче, переработке, транспортировке и складировании углей и породных отвалов (терриконов), а также при сжигании угля в промышленности и быту.
Уголь — осадочная порода, полезное ископаемое, ценнейший вид топлива и сырье для промышленности. Правда, многие воспринимают уголь исключительно как топливо. Безусловно, большая часть добываемого ископаемого отправляется на угольные ТЭЦ, но его применяют и в других отраслях. Сегодня выпускается свыше 400 продуктов из обработанного угля в разных сферах деятельности. Переоценить пользу угля для промышленности так же сложно, как и его вред для здоровья человека.
Пыль от угля или же серый налет на полу, мебели, в воздухе не только портит внешний вид, но и наносит вред здоровью человека и экологическому состоянию города в целом. Известно, что в состав входят токсины и тяжелые металлы. Вдыхая такой воздух, люди подвергаются не только раздражению слизистой, аллергии, но и интоксикации, что особенно опасно для детей и людей преклонного возраста.
Ученые кафедры физической географии, экологии и охраны природы Института наук о Земле ЮФУ в составе аспирантки Виктории Чепурной, кандидата географических наук, доцента Ирины Доценко, кандидата географических наук, доцента Дмитрия Гарькуши, кандидата географических наук, доцента Анны Михайленко под руководством профессора, доктора географических наук Юрия Федорова исследовали гранулометрический состав отобранного материала для выявления процентного содержания микрочастиц размерностью менее 0,002 мм и 0,01 мм.
Юрий Федоров
Юрий Федоров
Отбор проб придорожной пыли, донных отложений и почв проводился в Ростовской агломерации, а также в северном и северо-восточном направлении от нее, включая центр развития угольной индустрии г. Шахты. Часть экспедиционных работ проводилась от г. Ростова-на-Дону в направлении г. Семикаракорска, Цимлянского и Веселовского водохранилищ вне зоны прямого влияния объектов добычи и переработки угля Восточного Донбасса. Пробы пыли отбирались у обочины дорог по пути следования, а почв — на пахотном поле и рисовых чеках.
Ученые выяснили, что в состав природных образований входят почвенные частицы, агрегаты глинистых частиц (преимущественно хлорит-иллитового состава), тонко- песчано-алевритовые зерна кварца (~80% терригенной фракции), кальцит, полевые шпаты, гипс, единичные зерна магнетита и титаномагнетита. Техногенные примеси в пыли были представлены алюмосиликатными микросферами, частицами металлов разной степени корродированности (сталь, латунь, микрошарики магнетита, продукты разрушения оцинкованных металлических покрытий, алюминиевые сплавы и пр.) и углеродными частицами (сажистыми и углистыми).
Гранулометрический и вещественный состав донных отложений, отложений у уреза воды, почв, дорожной пыли являются доминирующими факторами, контролирующими сорбцию ТМ.
Виктория Чепурная, аспирантка кафедры физической географии, экологии и охраны природы Института наук о Земле ЮФУ:
— Почему ученые решили исследовать дорожную пыль?
— Пыль, выдуваемая в окружающую среду с дорожного полотна, обеспечивает поступление в окружающую среду более половины частиц диаметром <0,01 мм. Именно частицы данной фракции обусловливают высокие концентрации многих тяжелых металлов и других химических элементов в атмосферной пыли, донных осадках и почвах. Отметим, что ультра- и микроскопические частицы пыли являются сами не только опасными загрязняющими веществами, но и, по мнению наших и других исследователей, склонны в сравнении с частицами больших размеров к более активной сорбции загрязняющих веществ, включая тяжелые металлы.
— С помощью каких технологий они ее исследовали?
— Вещественный состав дорожной пыли изучался при помощи цифрового USB-микроскопа MiViewCap с увеличением от 10 до 200 крат. Это позволяло измерять размеры частиц и фиксировать изображение. В пробах дорожной пыли в эпицентре Восточного Донбасса и вне прямого влияния угледобывающих районов гранулометрический состав определялся методом лазерной дифракции с помощью анализатора «Ласка-ТД».
— Что показали исследования?
— Частицы диметром <0,01 являются доминирующими в составе исследуемых проб независимо от места их отбора. Они содержатся в количестве от 57,1% до 81% (в среднем 70,2%). Установлено, что содержание суммы фракций с размерностью частиц <0,01 мм и <0,002 мм располагается в отобранных пробах в следующей последовательности: донные отложения > отложения у уреза воды > почва > пыль. Таким образом, по мере перемещения влекомого ветром и водными потоками материала наблюдается его дифференциация по среднему диаметру частиц в направлении конечного водоема стока.
В состав изученных нами природных образований микро- и мелкодисперсного материала входили почвенные частицы, агрегаты глинистых частиц (преимущественно хлорит-иллитового состава), тонко- песчано-алевритовые зерна кварца (~80% терригенной фракции), кальцит, полевые шпаты, гипс, единичные зерна магнетита и титаномагнетита. Поэтому очевидно, что цинк природного происхождения будет вносить определенный вклад в его валовое содержание в отобранных пробах. Техногенные включения в дорожной пыли были сложены алюмосиликатными микросферами, частицами металлов разной степени корродированности (сталь, латунь, микрошарики магнетита, продукты разрушения оцинкованных металлических покрытий, алюминиевые сплавы и пр.), углеродными (сажистыми и углистыми) частицами. Для пыли, отобранной в угольных районах, характерно присутствие большого количества алюмосиликатных частиц овальной формы, образующихся при сжигании угля. В части проб дорожной пыли обнаружено содержание растительных остатков и древних ископаемых углей. Содержание последних заметно возрастало в поле микроскопа в пробах дорожной пыли, отобранных в Восточном Донбассе.
— Как, на ваш взгляд, можно снизить выбросы?
— Угольная промышленность, включающая добычу, переработку, транспортировку и хранение угля, остается крупной отраслью из-за ее важной роли в производстве электроэнергии. Современные горнодобывающие технологии позволили повысить производительность благодаря способности измельчать тысячи тонн угля за одну рабочую смену, что приводит к образованию респирабельных пыльных облаков с токсичными радикалами на их поверхности. Через систему вентиляционных шахтных стволов и вспомогательных выработок они поступают в атмосферу нашего региона. Другим источником угольной и породной пыли являются обогатительные фабрики и терриконы, а также силовые установки и печное отопление. В настоящее время существует известный комплекс мер, направленных на снижение выбросов угольной и породной пыли, которые призваны минимизировать влияние на окружающую среду как непосредственно в местах добычи угля, так и при ее удалении из шахтных выработок, а также при организации складирования породных отвалов.
— Могут ли помочь в этом угледобывающие компании?
— Да, конечно, если экологическое сопровождение добычи, транспортировки и переработки угля, а также складирования пустой породы будет соответствовать природоохранному законодательству и выполняться в полном объеме.
Использованы материалы статьи.
Исследование выполнено по гранту РФФИ №19-05-50097