валы трубки Мир, сложенные в основном доломитами, вплотную прилегают к урбанизированной зоне. При рекультивации этих отвалов целесообразно использовать рыхлые породы рядом рас­положенного карьера Водораздельные галечники. Проведенные нами опыты показали, что нанесение на поверхность отвалов трубки Мир слоя таких пород (глин и суглинков) мощностью 20 см с последующим посевом многолетних траб позволяет создать устойчивый растительный покров. На отвалах, сложен­ных связными несцементированными породами россыпных ме­сторождений, рационально проводить биологическую рекульти­вацию сельскохозяйственного направления, что позволяет со­хранить от распашки значительные площади лесных угодий.

УДК 622:624.131.4:591.42

М. В. ПАСЫНКОВА Уральский университет

А. А. ЛЯПКИН Институт охраны труда

Отвалы литейного производства

Работы.по изучению вопросов рекультивации отвалов, сфор­мированных отходами литейного производства, впервые в Союзе были начаты сотрудниками лаборатории промышленной бота­ники в 1982 г. В статье приводятся обобщенные результаты по этой теме.

Известно, что литейное производство характеризуется не только большим количеством вредных воздушных зыбросов, но и твердыми отходами и сточными водами. С введением новых прогрессивных технологических процессов получения форм и стержней на основе самотвердеющих синтетических смол коли­чество токсичных веществ с этими выбросами значительно уве­личилось.

Как показывают литературные данные (Горячев, Д ру­гое, 1981), состав токсичных продуктов в отработанных смесях литейного производства очень разнообразен. Проблема обезвре­живания таких смесей стала особенно острой в связи с разви­тием прогрессивных форм литья на основе холодно-твердеющих смесей с использованием синтетических фенолформальдегидных, мочевинофурановых смол, ассортимент которых значительно возрос. Как отмечено в работе А. А. Ляпкина и др. (1983), проб­лема обезвреживания отходов имеет большое значение как в экологическом (защита окружающей среды, в первую очередь биосферы), так и в экономическом (использование вторичных сырьевых ресурсов) аспектах.

Для литейных предприятий характерно производство с ис­пользованием связанных бентонитом сырых форм и органически связанных стержней. В последнее время широко применяются химически связанные смеси. 90 % твердых отходов литейных цехов составляет использованная, связанная органическими и химическими веществами формовочная земля, которую направ­ляют в отвалы. Под воздействием природных факторов (дождя, солнечного тепла) из отвалов выщелачиваются вредные для внешней среды химические вещества, которые загрязняют поч­ву, грунтовые воды, окружающую отвал местность. Однако большинство отходов литейного производства не содержит ядовитых и вредных для здоровья и окружающей среды ве­ществ. Так, в работе К. Бако, М. Ковач (1981) отмечено, что в ходе анализа отобранных из различных застойных ответвле­ний канала проб воды и влажных, пропитанных отходов фор­мовочной земли было установлено присутствие в них микро­организмов и бактерий, которые разлагают фенол. Обнаружен­ные в пробах трава, микроорганизмы, рыбы позволили сделать заключение о том, что отходы формовочной земли из приме­няющих оболочковые формы литейных производств не чреваты вредными последствиями для окружающей среды, животного мира. Серией работ, связанных с изучением опасности для окружающей среды отходов литейного производства, проведен­ных в ГДР, установлено, что отходы формовочной земли орга­нического и неорганического происхождения для окружающей среды вредны не более, чем бытовой мусор. Однако перед от­правкой в отвал использованной земли, связанной жидким стеклом и органическими веществами, необходимо получить раз­решение местных органов государственного надзора.

Наличие в литейном производстве значительного количества твердых отходов в виде отработанной формовочной смеси и шламов сточных вод ставит задачу их регенерации с целью возврата в производство, а также утилизации нерегенерируемых остатков. Чтобы снизить или устранить количество вредных выбросов со сточными водами и твердыми отходами, необхо­димо создание безотходных или малоотходных технологий, ко­торое предусматривается в Постановлении ЦК КПСС и Совета Министров СССР «О дополнительных мерах по усилению ох­раны природы и улучшению использования природных ресур­сов» от 1 декабря 1978 г.

Утилизация твердых отходов, не поддающихся регенерации, играет существенную роль в экономике литейного производства. В большинстве случаев такие остатки предполагается исполь­зовать в качестве стройматериалов или при укладке дорог, при получении асфальта или термопласта. Наибольшее развитие за рубежом получили методы отверждения промышленных и бытовых отходов различными композициями, содержащими цемент в качестве связующего материала. В Японии имеются

способы стабилизации отходов, содержащих тяжелые металлы, отходы глиноземного производства, пески, глину, фосфорную кислоту и ее соли, основанные на предварительной химической обработке отходов с целью перевода токсичных веществ в мало­растворимые соединения и образования бетона. Использование нетоксичных формовочных смесей возможно и в сельском хо­зяйстве. Как указывается в работе А. А. Ляпкина и др. (1983), для кислых почв и заболоченных мест можно в качестве раскис­ляющей добавки вводить отработанные смеси на основе жид­кого стекла, что способствует снижению кислотности почвы. Наличие в отработанных смесях мочевиноформальдегидной смолы и фосфорной кислоты позволяет увеличить в компосте (бытовые отходы + отработанные формовочные смеси) содер­жание азота и фосфора. Песчано-смолянистые смеси на основе мочевиноформальдегидных смол могут применяться в сельском хозяйстве как высокоэффективные и долговременные удобрения. В работе И. А. Романова и др. (1980) предлагается использо­вать в виде пены мочевиноформальдегидную смолу как продукт, создающий благоприятные водно-физические свойства почв и снабжающий растения азотом и микроэлементами.

Однако утилизация отработанных смесей не находит ши­рокого применения в литейном производстве, и твердые отходы более 15 млн т в год выносятся в отвалы, загрязняя окружаю­щую среду. Полностью устранить отвалы литейного производ­с тв а — задача довольно трудная, но снизить их количество и сделать их безвредными для природы возможно.

Отработанные формовочные смеси, согласно классификации А. А. Ляпкина и др. (1983), можно условно разделить на безо­пасные и потенциально опасные. К безопасным можно отнести песчано-глинистые, песчано-цементные, песчано-бентонитбвые смеси, не содержащие токсичных веществ в водных смывах на уровне П Д К воды (песчано-смолянистые пески, отвержденные углекислотой или аммиаком; пески на основе фосфатного свя­зующего; неотожженные мочевиноформальдегидные смеси). К потенциально опасным относятся смеси, после экстракции которых содержание токсичных веществ в воде в 10 и более раз превышает ПДК. К таковым относятся неотожженные фенолформальдегидные, фенолфурановые, песчано-смолянистые пески, а также жидкостекольные смеси, отверждаемые алкила- цетатами и феррохромовым шлаком. Наиболее экологически опасным можно считать фенол и его гомологи. Однако авторы отмечают, что загрязнение окружающей среды токсическими веществами, выделяющимися из отработанных формовочных смесей, не является сколько-нибудь значительным. Это связано, с одной стороны, с большой скоростью роста отвалов, что не позволяет атмосферным осадкам просачиваться сквозь толщу отвала и смешиваться с грунтовыми водами, а с другой — с низким содержанием токсичных веществ и быстрым их раз­

ложением под воздействием микроорганизмов, что значительно снижает опасность загрязнения окружающей среды.

Несмотря на то, что отвалы литейного производства не столь значительны и не так быстро растут по площади, как отвалы горнодобывающей и перерабатывающей промышленности, они по мере роста требуют мероприятий по их стабилизации и ре­культивации.

Работы по изучению свойств отходов литейного производ­ства как субстрата для роста растений и по изысканию спосо­бов рекультивации их биологическими методами проводились на отвалах, расположенных в различных гёоботанических зонах, а именно: Европейско-Сибирской лесостепной (НабережныеЧелны), Европейской широколиственной (Рязань), Европей­ской хвойнолесной-таежной (Свердловск), Евроазиатской хвойнолесной-таежной (К асли), Западно-Сибирской лесостеп­ной (Каменск-Уральский). Цель работы — выявить возможные способы рекультивации отвалов, сложенных отходами литейного производства, которая решалась путем изучения эдафических факторов и естественного зарастания отвалов.

Отбор проб отходов литейного производства проводился по методике для обследования действующих отвалов промышлен­ных отходов (ГОСТ 17.4.3.01—83, СТ СЭВ 3847—82), предназ­наченной для отбора проб почвы при общих и локальных за ­грязнениях, дифференциальным методом — отбор проб на каж ­дом участке технологической цепи — и интегральным — с места складирования, с отвала (Методические указания..., 1988). Есте­ственное зарастание отвалов изучалось согласно методикам, принятым в геоботанике (Ярошенко, 1961; Воронов, 1963; Шен- ников, 1964; и др.).

Известно, что основу формовочных смесей составляет песок. В качестве отвердителей в зависимости от целей литья приме^ няются фенолформальдегидные смолы (С Ф — ,015, Ф ПР — 24), карбидофурановые смолы (К Ф — 90, К Ф — 40, К Ф — 35), крах­м алит— продукт переработки кукурузной муки, бентонит — тип глины, стеорат кальция, цинка, тяж елая фракция генераторной сланцевой смолы (ГТФ), жидкое стекло (силикат натрия, алю­минат натрия), соли (сульфаты, фториды, хлориды и т. п.), фосфатные композиции, содержащие смесь окислов железа, смесь окислов магния и хрома в виде магнитохромита в соче­тании с ортофосфорной кислотой и др. В качестве катализато­ров используется ортофосфорная кислота, мочевина, медь азотно­кислая, уротропин, каучук — СКТ и другце вещества. Все это говорит о том, что химический состав отходов довольно слож­ный и малоблагоприятный для живых организмов.

Агрохимический анализ исходных образцов (табл. 1) пока­зал, что реакция среды исходных формовочных смесей может быть очень кислой (pH —2,4—3,6) или очень щелочной (pH— 7,9—11,6). Смеси могут быть засолены, причем сумма токсич­

ных солей составляет иногда 25,3%. Засоление происходит за счет солей натрия, кальция, хрома, железа, алюминия, которые содержатся в применяемых отвердителях и катализаторах. Обес­печенность подвижными формами Р 2О5 и К2О различна. Так, формовочные смеси на УЗТМ практически не содержат их; на Каслинском машзаводе величина их колеблется от низкой до средней; формовочные смеси с КАМАЗа хорошо обеспечены подвижным калием, с Центролита и Каменск-Уральского ли­тейного завода — и фосфором, и калием. Следовательно, хими­ческие свойства формовочных смесей определяются применяе­мыми в производстве химическими веществами.

Агрохимический анализ образцов формовочных смесей с от­валов показал (табл. 1 ), что при складировании химические свойства исходного материала изменяются. Так, pH становится слегка щелочной или сильно щелочной, усредняются показатели по подвижным элементам фосфора и калия, уменьшается сумма токсичных солей, так как в отвалах происходит вымывание со­лей атмосферными осадками, приводящее к рассолению отходов за счет неустойчивых солевых комплексов. Таким образом, сме­шивание отходов улучшает их химические показатели, делая от­валы вполне приемлемыми для поселения и произрастания ра­стений.

Д ля получения более полной характеристики отходов ли­тейного производства на предмет использования их в качестве субстрата для растений необходимо знание микроэлементного состава отходов, так как растения постоянно связаны с субст­ратом и физико-химическая структура его отображается в своеобразии и составе растительного покрова (Тиссен, 1954; Бабичка, 1954). Анализ микроэлементного состава (табл. 2 ) показал, что в исходных формовочных смесях содержится до 19 элементов, причем по всем объектам такие элементы, как Ni, Со, Pb, Be, Ti, Ga, Y, Zr, Cu, Zn, Ba, Sr> хотя и относятся к нормально распространенным элементами, но их содержа­ние превышает минимальный кларк горных пород в 1,6—700 раз. К избыточно распространенным можно отнести Сг, Mo, РЬ, содержание которых превышает не только минимальный (в 2 ,5 —200,0 раз), но и максимальный (в 1,5—3,5 раза) кларк горных пород. Анализ микроэлементного состава формовочных смесей с отвалов (табл. 2 ) показал, что в отвале происходит некото­рое количественное изменение элементов по сравнению с исход­ными образцами. Так, увеличивается содержание Mn, Ni, Си, Zn, Pb; отмечается наличие серебра во всех отвалах; часть элементов (Y, Yb, Be), в частности на отвалах Центролита, практически не определена. Подобные явления можно объяс­нить как химическими реакциями, происходящими в отвалах, так и накоплением элементов. Однако по-прежнему высоким остается содержание таких элементов, как Ti, Сг, РЬ, Мо.

Оценку категории опасности литейных отходов следует про-

Агро

хими

ческ

ие

пока

зате

ли

форм

овоч

ных

смес

ей2К *

0) лЯЁ

оis?

owоГ

21 & а?

(NГ -I

CDСМ

«I

СОО

«оСМ

ю05*

IюСО

CDСМ

IО )

о<мo '

4ср* CD • CD

СОО

СМо

см

о"

CDО

Г -

СОоо*I

с о

0 5

Iт#«

IDоо*I

с о

о*тюаГюс о

Iо

Iсм

CD

с о

cl

<М00

<иV к с: s <т> х® 23*S дКяш5с

Оis?

ОоГ

2sК

оо*

©^ ©ID ©_

©* N.*CO ID ID IDCM

1Tf

I I I1

ID1

CM ©^1

ID©* —Г CM* ~-T

ю*4

CDCDI

юСО*CDCM

IО

оIо

CM*OQCO*4

0 5

1̂.*i d

ID

o*TCD

sIO h

«<• <15 CQ

00 w >>

§ •ffl .COCOэ^;* 5• COcov;3 *

*яs « *< CO ts

!*

oo*

© -rh©* I

<N©*

Tь-

ов —4

2 . со ■ s

* ?§ I s i ч

Табл

ица

2

Мик

роэл

емен

тный

со

став

фо

рмов

очны

х см

есей

, СЮ

~~*

со<2со*

СО

со

со<2

СО£*

2нсо>>

1Я1 НЭИЭ1Ге

о о ю юА А оГ со см 2 Д о"I I I I I I I V

О 00 Ю О N 05 СМ - -о о

О О оо —' сч —'n А со Аn~ ю юV Г о" о*

§ СОI °.— о

O C O - H C O C O O ! N i n O ( N ( N O O СО О СО (N * -н— о0 - 0 0 0

осм

_ о оо о ю ю оN Ю СО -н -н О

СМ Ю О О СМ СОо ^

о о ю7 7 7о ю ю

<мою со оо о

о"____

соо ю юсГ — S 2 8 оI I ° I I I Iо ю о о о о

ою1ю

l'- о"1 1 1 оою1

Осо

1

соо"1

30- 1-

0,3- 1ю СО 1

N-1

г^.1

о

N Ю СО

N- O' о" О*I I I I

СО О О —о" 4 о"

— соо О -ч 2I I 2 I 0 — 0 0

о"______оо о оо

о8 о ю о

7 1 1 1 со1 7 7 о"1 см11о 1со 1 1 ю 1о 1о 1 1юю осм осм 0~

со o' о —I I Г I— о о о

о —o' o S S

< r i о о<мою см 00 о о—I - ~ со ю юд со ю см см —A I I I I II СО Ю СО СО СМ

- V о- о о - V

оV

о о— СО — CM LOо I I I I Iу N СО СО СО

V о о~ о"V V V

Vтг СОI 2— о

V V

<м о N--■■о оо о <м о оо о о о о о - о ~ -ю — ^ ( N C O C O N O C O N C O O « (М О (N О N OI I I I I \ I I I I I I I I I I I I I I I IN C O O C M O C M IO O ^ O C O C о о о о о ~ ~—Iо о о

о о

о см оо о о - о оЮ Ю — Ю С М С О Ю О — —'СМ

ю ю о

kj Lk J «-kJ V—> —̂ V-N ’--- >—*I I I I I I I I I I I I I I IOOOOCMl^OCMCOO о о . . 7 . .о о о о о

о юО о о о оN N iO « ^ C O lO O iC N ^ O O ( M— N-- - — о оО О О СО см

I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I IОЮСОСООСОООГ^О — О О О O O O O t x

ю о о л см© *> •> о о ю -CM О - СМ СО Ю — О N ОП I I I I I I M l IN C O ^ O N C J ^ ^ O C O

^ o ' о" о~

о t" —о - *— N- О О

X X 1 1 X I 2 I 1о о со о

| 2 о . •’- « - . « - . О З С Х З с С Л CD /НU > H U N g u N f l ,M < > ‘ B .|SO > '

водить по четырем основным показателям: реакция среды (pH),, сумма токсичных солей (% ), химическая потребность в кисло­роде (ХПК) и содержание токсичных элементов в водной вы­тяжке (Zn, Си, Mn, Сг, Be, F ), которые определяются выбо­рочно, *в зависимости от наличия их в технологическом процессе при образовании отходов. На основании этих показателей все отходы литейного производства подразделены на 3 категории, 2 из которых согласно ГОСТ— 17.5.1.03—86 отнесены к мало­пригодным для биологической рекультивации субстратам (табл. 3).

Формирование первичных фитоценозов на отвалах литейного производства — вопрос новый, литературных данных по нему очень мало. В работе немецких авторов (К вопросу захороне­ния..., 1980) при обледовании свалки Шедегрубе отмечается 102 вида растений, принимающих участие в зарастании отходов литейного производства. Среди них встречены пырей ползучий, марь белая, пастушья сумка, осот розовый, мать-и-мачеха и другие виды, т. е. растения с широкой экологической амплиту­дой и приспособляемостью. Имеются злаки — ежа сборная, ов­сяница луговая, мятлик однолетний, бобовые — клевер ползу­чий. Отмечены и древесные виды — береза бородавчатая, ива белая, тополь канадский, бузина черная. Авторы указывают, что растительность появляется только там, где отходы литей­ного производства смешиваются с бытовыми отходами, глиной, почвой. Чистая формовочная смесь как в свежем виде, так и после длительного захоронения не зарастает ввиду своей сте­рильности.

Проведенное нами геоботаническое обследование отвалов показало, что формирование растительных группировок связано с физико-химическими свойствами субстрата и с возрастом от­вала. Чем старше отвал, тем большее количество видов отме­чено на нем. Так, на 30-летнем отвале (УЗТМ) зарегистриро­вано 55 видов, на молодых (К М З)—20. На старовозрастных отвалах имеются уже сложившиеся разнотравно-злаковые це­нозы, а на молодых отвалах растительность представлена раз­розненными экземплярами растений, небольшими пятнами. Д ан ­ные по биологической характеристике растений на обследован­ных отвалах (табл. 4) показали, что биоморфа на законченных отвалах представлена многолетними (70,0—82,0 % ), а на дей­ствующих отвалах — однолетними (42,9% ) формами. Экотип растений, независимо от местоположения отвала, представлен: мезофитами (68,5—79,6 %) и ксеромезофитами (11,0— 17,5% ), что говорит о различном содержании влаги в субстрате. Из ксеромезофитов следует отметить икотник серо-зеленый (sol), липучку ежовную (sp), полынь горькую (sp), полынь обыкно­венную (sp), скерду кровельную (sol), клоповник мусорный (sol), которые отмечены на всех объектах и произрастают на засушливых местах отвала. На засоленных участках встречены

галофиты — солянка русская (сорг), лебеда татарская (sol — copi) и галоксеромезофиты — бескильница расставленная (sol — sp), которая переносит большое засоление и может развиваться там, где растут солеросы, вытесняя их и формируя ценный в кормовом отношении покров. На очень влажных местах встре-

Таблица 3Оценка4 категорий опасности отходов литейного производства

К атего ­р и я

Х арактеристика отхода по виду

загрязнени яГруппа пригодности

к рекультивации Вид отходов

II

1 II

Практическиинертные

Биологически окисляемые, легко разлагаю­щиеся органиче­ские вещества Слаботоксичные, малорастворимые в воде вредные вещества

Малопригодные

Малопригодные

Непригодные

1. Отработанные формо­вочные и стержневые сме­си на основе глины, бен­тонита, этилсиликата.2 . Отожженные песчано­смоляные смеси.3. Шлаки черных метал­лов.4. Керамика, огнеупоры.5. Строительный мусор.1. Брак форм и стержней и неотожженные песчано­смоляные смеси.

1. Отработанные формо­вочные жидкостекольные и песчано-смоляные сме­си, отверждаемые соеди­нениями токсичных эле­ментов.2. Шлаки цветных метал­лов.3. Пыль от регенерацион­ных и пылеочистных уста­новок.4. Отходы смоляных свя­зующих.

чены мезогигрофиты — овсяница красная (copt), береза боро­давчатая (sp). Жизненная форма на старых отвалах (УЗТМ, КМ З, КАМАЗ) представлена в основном травянистыми поли- карпиками (60,0—72,4 % ), на молодых (Центролит и Каменск- У ральский)— травянистыми монокарпиками (47,1—64,3% ). Фанерофиты составляют небольшой процент, который увели­чивается от молодых (2*9—3,5% ) к старым (14,5% ) отвалам. И з фанерофитов следует отметить березу бородавчатую (sol — copi), иву козью (copi), иву прутовидную (sp]f, осину (sp), сосну обыкновенную (sp), а на отвалах, расположенных в

Европейской широколиственной зоне (Ц ентролит)— клен ясе­нелистный (sol), т. е. виды, которые могут быть включены в ассортимент растений, используемых при рекультивации отва­лов. Ландшафтно-экологическая группа представлена на всех отвалах сорными (34,5—62,4 %) и луговыми (10,5—29,9% )

' Х имический состав водной вы тяж ки

pH сумма 'токсичных

солей. %хпк,

У мгОг/кгтоксичны еэлем енты ,

мг/кг

5 ,5 -8 ,4 0,0—0,4 до 300 ДО 1,0

3,5—5,5 и 8 ,4 -9 ,0

0 4*. 1 О ОО до 4000 до 1,0

до 3,5 и свыше 9,0

свыше 0,8 свыше 4000 до 10,0

видами. Общими для всех экотопов являются мать-и-мачеха, одуванчик лекарственный, клоповник мусорный, мятлик луговой, полынь обыкновенная, тысячелистник обыкновенный. На отва­лах, расположенных в лесной зоне, встречены лесные виды растений — борщевик сибирский (sol), вероника дубровная (sol), земляника лесная (sol). Всего зарегистрировано 11 ландшафтно­экологических групп. На отвалах литейного производства по­селяются растения различных семейств, причем с возрастом численность их увеличивается. Так, на действующих отвалах Каменск-Уральского литейного завода и завода Центролит за-

регистрированы представители 11 семейств, а на 3.0-летнем (У ЗТ М )— 21. Пионерами заселения являются представители: семейств Asteraceae (20,0—34,9% ), Cruciferae (7,4—14,0%),.

Биологическая характеристика растений на отвалах литейного производства, %

Отвалы

Биоэкоморф ыУЗТМ кмз КамАЗ Центро-

литКаменск-

Ураль-ский

Всего видов . . . . . . 55 20 37 28 34Биоморфа

м ноголетники..................... 82,0 70,0 72,4 35,7 52,9двулетники .......................... 9 ,0 15,0 4 ,4 21,4 20,6о д н о л е т н и к и ..................... 9 ,0 15,0 . 23,2 42,9 26,5

Итого: 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0Экотип

м е з о ф и т ы .......................... 72,7 75,0 78,2 68,5 79 ,6ксеромезофиты . . . . 12,7 15,0 11,0 17,5 2 ,9прочие ..................................... 16,4 10,0 10,8 14 ,0 . 17,5

• . Итого: 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0Жизненная форма

травянистые поликарпики 67,5 60,0 72,4 32,2 50,0травянистые монокарпики 18,0 30,0 27,6 64,3 47,1ф а н е р о ф и т ы ..................... 14,5 10,0 — 3 ,5 2 ,9

Итого: 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0Ландшафтно-экологическаягруппа

сорная . ............................... 34,5 60,0 62,4 44,5 58,8луговая ................................ 21,8 25,0 29,9 10,5 29,4лесная ..................................... 18,2 15,0 — — 5 ,9прочие ............................... 25,5 — 7 ,7 45,0 5 ,9

• Итого: 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0Распределение по семей­ствам

астр овы е............................... 25,5 20,0 34,9 32,5 29,4крестоцветные..................... 9 ,0 10,0 7 ,4 14,0 —мятликов ы е .......................... 12,7 5 ,0 12,4 7 ,0 8 ,8бобовые .......................... 5 ,5 10,0 7,8 7 ,0 5 ,9прочие ..................................... 47,3 55,0 37,5 39,5 —

Итого: 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0Тип корневой системы

стержнекорневой . . . . 69,8 55,0 62,5 75,5 55,9корневищ ны й..................... 27,2 40,0 17,2 7 ,0 23,7дерновинный ..................... 3 ,6 — 4 ,7 3 ,5 5 ,8прочие ..................................... 9 ,4 5,0 16,6 14,0 16,6

Итого: 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0

численность которых находится в обратно пропорциональной связи с возрастом отвалов.

Представители наиболее ценных в хозяйственном отношении трав семейств Роасеае и Leguminosae захватывают интенсивно* участки на старовозрастных отвалах и формируют, устойчивые

фитоценозы, увеличивая численность своих представителей. Так, на 30-летнем отвале основу фитоценоза составил пырей пол­зучий с проективным покрытием 100%, который сформировал плотную дернину, способную противостоять пылению отвала. Кроме пырец отмечены овсяница красная, овсяница луговая, кострец безостый, бе^кильница расставленная, из бобовых — клевер луговой и клевер ползучий, чина луговая. На молодых несформированных отвалах — мятликовые и бобовые (1—2 пред­ставителя) встречаются единично или небольшими разрознен­ными группами, не способными играть решающую роль в фор­мировании среды. Все это говорит о том, что численность хозяй­ственно ценных видов из семейств Роасеае и Leguminosae находится в прямой зависимости от возраста отвала.

Известно (Пасынкова, 1978), что на отвалах поселяются растения с различным типом строения корневой системы. На отвалах литейного производства основная масса имеет стер­жневой тип строения корневой системы (55,0—75,5 % ). Здесь можно отметить глубокостержнекорневые ветвистые виды (эс­парцет песчаный), мелкостержнекорневые простые (подорож­ник большой, подорожник средний, вика лесная) и ветви­стые (бедренец-камнеломка). Вторая большая группа ра­стений имеет корневищный тип строения корневой системы' (от 7,0 до 40,0% ). Особи, этой группы распространяются по площади на небольшие расстояния при увеличении количества надземных побегов (расползающиеся виды). Сюда можно от­нести короткокорневищные ветвистые (подмаренник настоящий, подмаренник мягкий), короткокорневищные дернообразующие (пижма обыкновенная, гвоздика травянка, бескильница рас­

ставленная, мятлик луговой, овсяница луговая и др.), длинно­корневищные с корневищами-отбегами (пырей ползучий, вей- ник наземный, земляника лесная) и приповерхностные с глуби­ной залегания корневищ в слое 0,5—5,0 см (кострец безостый, тысячелистник обыкновенный, мать-и-мачеха и другие виды), корнеотпрысковые (льнянка обыкновенная, бодяк полевой, кип­рей узколистный). Преобладание на отвалах растений со стерж­невым и корневищным типом строения корневой системы позво­ляет им расселяться на данной территории ц наиболее полно использовать экологические условия среды.

В настоящее время большое внимание уделяется изучению взаимоотношений между организмами и средой. Растения очень чутко реагируют на избыток или недостаток в среде химиче­ских элементов, что выражается в более или менее глубоких изменениях их элементарного химического состава. В биохими­ческих провинциях, обогащенных тяжелыми металлами, уровень содержания их в растениях выше, чем в зональной раститель­ности. Известно, что виды-металлофиты накапливают огромное количество металлов. Так, например, смолевка широколистная на галмейских почвах содержит 2,1 % цинка в золе, ярутка

альпийская и полынь морская не только в естественных, но и в экспериментальных условиях накапливают в золе без при­знаков угнетения огромное количество цинка— 1,3 и 0,4% соответственно. Металлофиты медной флоры смолка альпийская и дрема лесная нормально развиваются при огромных коли-

Таблица 5Ряды биологического поглощения элементов растениями на отвалах литейного производства

Р ядыпоглощ ения

Г радаци я по К БП

УЗТМ

мятлик луговой полынь горькая

Энергично накоп­ > 1 0 — —ляемыеСильно накопляе­ 1 0 - 1 Mn, Ni, Мо, Си, Мо, Си, Zn, Pb,мые Zn, Pb, Ва, Sn, Sr Sn, Ва, Sr

Слабо накопляемые 1— 0,1 V, Ti, Сг, Zr Mn, Ni, V, Tiи среднего захвата Cr, Zr

Любого захвата р т о о — —

чествах меди в тканях. В составе сообществ на отвалах рудни­ков наряду с видами-металлофитами и сорными видами встре­чаются с высоким обилием обычные виды местной флоры, адап­тация которых может происходить за счет формирования устойчивых популяций (Косицын, Алексеева-Попова, 1983). Способность наземных растений накапливать в своей биомассе те или иные элементы, отражая при этом специфику своего местообитания, делает их основными объектами апробирования при биологических исследованиях.

Вопросу изучения химического состава и накопления4 тяже­лых металлов биомассой растений, произрастающих на -про­мышленных отвалах, уделяется большое внимание, так как отвалы могут быть использованы как кормовые угодья. Здесь следует отметить работы В. В. Тарчевского, Ф .Д. Дробиза (1969),. Ф. Д. Дробиза и др. (1969), М. В. Пасынковой (1979, 1988), Г. И. Махониной (1981, 1985, 1987), Г. И. Махониной, О. И. Ка- бониной (1980), С. Я. Левит и др. (Техногенные аномалии..., 1988), Г. И. Карташевой (1984, 1985).

Химический состав биомассы определялся с помощью спек­трального анализа 16 видов растений, произрастающих на отва­лах: бескильницы расставленной, вейника узколистного, дон­ника белого, земляники лесной, клевера лугового, костреца безостого, крапивы двудомной, лапчатки гусиной, мать-и-мачехи, мятлика лугового, овсяницы красной, подмаренника мягкого,.

полыни горькой, пырея ползучего, эспарцета песчаного, щавеля конского. Отмечено, что в биомассе растений концентрируется от 15 до 23 элементов, причем в корнях их содержится больше как в видовом, так и в количественном отношениях. Так, в кор­нях обнаружены' у костреца безостого ванадий, олово, иттрий,

О твалы

кмз КАМАЗ Центролит

мятлик луговой полынь горькая м ятлик луговой полы нь гсдеькая

Sn Sn, Ag Sn, Mo Sn

Mn, Ni, Со, Мэ, Zn, Pb, Ag, Ba,Sr

Mo, Ga, Ba, Sr, Mn, V

Mn, Со, V, Cu, Zn, Pb, Ag, Ba

Mn, Ni, V, Mo, Cu, Pb, Ba, Sr

V, Ti, Сг, Си Ni, Co, Ti, Cr, Zr, Zn

Ni, Cr, Zr, Ga, Sr

Ti, Cr, Zr, Zn, Co

Zr Си, Pb Ti Ga, Ag

иттербий, скандий; у бескильницы расставленной — иттрий, иттербий; у подмаренника мягкого — олово, галлий; у овсяницы красной — иттрий; у мать-и-мачехи — скандий; у пырея ползу-

- чего — вольфрам, лттрий, которые в надземной массе этих куль­тур отсутствуют. Большая часть микроэлементов в корнях в количественном отношении превосходит накопление их в над­земной массе. Так, содержание меди у клевера лугового в над­земной массе составило 3 -10-3 %, а в корнях 20 -10—3 %, т. е. больше в 6,6 раза. У земляники содержание меди в корнях в2,0 раза больше, чем в надземной массе (10-10—3 и 5 -10—3 % соответственно). Это подтверждает положение о том, что под­земная масса поглощает большее количество того или иного элемента, препятствуя тем самым поступлению их в чрезмерном количестве в надземную массу и органы плодоношения.

На основании коэффициентов биологического поглощения (Глазовская, 1965) были построены ряды биологического по­глощения (табл. 5). Данные табл. 5 показывают, что к энер­гично накопляемым элементам относятся олово, серебро, мо­либден (К Б П > 10). Основная часть микроэлементов относится к сильно накопляемым (К Б П = 1 0 — 1) и слабо накопляемым (К Б П = 1 —0,1), причем выбор или градация тех или иных эле­ментов зависит как от вида растения, так и от химического состава субстрата.

Как известно (Ильин, Степанова, 1979; Степанова, 1982; Косицын, Алексеева-Попова, 1983; и др.), важным фактором, влияющим на доступность тяжелых металлов, является pH почвы (субстрата), величина которой иногда имеет большее значение, чем общая концентрация металла. Отмечено, что накопление тяжелых металлов в растениях на почве с низким (2,5—3,0) или очень высоким (9,0— 10,5) pH может оказаться больше, чем общее содержание металла в субстрате. Так, на отвалах УЗТМ при pH = 9,1 такие элементы, как фосфор, литий, скан­дий, находящиеся в субстрате в микродозах, не поддающихся обнаружению, накапливаются в биомассе растений. Так, в над­земной массе костреца безостого, в корнях вейника узколист­ного обнаружено 3 -10—3 и 50 • 10~3 % лития соответственно. Скандий и фосфор также накапливаются растениями в боль­ших количествах, хотя в субстрате отсутствуют. Суммируя дан­ные по содержанию микроэлементов в субстрате и биомассе,

, можно отметить, что исследованные нами растения являются представителями местной флоры, имеют широкую амплитуду выносливости к химическим элементам и могут произрастать как при повышенных концентрациях элементов, так и при нор­мальном и среднем их содержании в отходах литейного про­изводства. По количеству накопляемых элементов исследуемые растения можно отнести к факультативным эндемикам, спо­собным произрастать на субстратах, обогащенных различными элементами, причем в неодинаковой степени.

Отвалы литейного производства следует отнести к объектам первоочередной рекультивации, так как они расположены в основном в городской черте, и образование их носит, как пра­вило, стихийный характер. Основным требованием при захоро­нении отходов является отсутствие контакта с грунтовыми и по­верхностными водами, имеющими выход в открытые водоемы (Правила складирования..., 1987). Форма и рельеф отвала должны обеспечивать их хозяйственное освоение, причем пред­почтение следует отдавать отвалам, наиболее крупным по пло­щади. В зависимости от физико-географических условий распо­ложения отвалов (климат, рельеф, геологические и гидрологи­ческие условия, близость к населенному пункту), химического и агрохимического состава отходов литейногб производства рекультивация отвалов проводится в санитарно-гигиеническом, рекреационном, строительном, лесохозяйственном или сельско­хозяйственном направлениях с учетом специфики каждого кон­кретного объекта.

Биологический этап рекультивации включает мероприятия по воспроизводству биологическими методами условий, обеспе­чивающих плодородие отходов литейного производства (Мето­дические рекомендации..., 1988). Сюда следует отнести посев многолетних злаковых и бобовых трав; посадку древесных и кустарниковых видов; внесение органо-минеральных удобрений.

Так как о т х о д ы литейного производства в своей основе явля­ются песчано-глинистыми субстратами, лишенными органиче­ского вещества, азота, слабо обеспеченными подвижными эле­ментами питания растений, то для успешного произрастания растений необходимо улучшение свойств отходов. Это можно сделать путем покрытия поверхности отвала слоем почвы, торфа или потенциально плодородной породы с внесением полного минерального удобрения или совместного складирования, с разрешения соответствующих органов, отходов литейного про­изводства и бытовых отходов.

Способ распределения покрывающего материала по поверх­ности выбирается в зависимости от целей рекультивации (сплошное, полосное, внесение в посадочные ям ы ). Ассорти­мент растений должен включать местные районированные виды как травянистых, так и древесных культур.

Проведение мероприятий по биологической рекультивации поможет вернуть отвалам литейного производства биологиче­скую продуктивность.

ЛИТЕРАТУРА

Бабичка И., 1954. Золото в организмах/ / Геохимические методы поисков. М . С. 373-426 .

Воронов А. Г., 1963. Геоботаника. М.Глазовская М. А., 1965. О биологическом круговороте элементов в раз­

личных ландшафтных зонах (на примере Урала) //Д окл. к VIII Международ. конгрессу почвоведов. Физика, химия, биология и минералогия почв. М. С . 148—156.

Горячев Н. С., Другое Ю. С., 1981. Охрана окружающей среды и очист­ка промышленных выбросов в химической промышленности. Вып. 11. М.

ГОСТ 17.4.3.01—83 (СТСЭВ 3847—82), 1984. Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб. М.

ГОСТ 17.5.1.03—86, 1987. Охрана природы. Земли. Классификация вскрыш­ных и вмещающих пород для биологической рекультивации земель. М.

Дороненко Е. П., 1979. Рекультивация земель, нарушенных открытыми работами. М.

Дробиз Ф. Д. и др., 1969. [Обложка 1970]. Содержание железа и алю­миния в растениях, выращенных на красном шламе // Растения и промыш­ленная среда. Свердловск. С. 180—189.

Израэль Ю. А., Гасилина Н. К., Ровинский Ф. Я. и др., 1978. Осущест­вление в СССР системы мониторинга загрязнения природной среды. Л.

Ильин В. Б., Степанова М. Д., 1979. Относительные показатели загряз­нения в системе почва — растение/ / Почвоведение. № 11. С. 61—67.

Карташева Г. Г., 1984. Химический состав деревьев и кустарников, про­израстающих на уступах угольного разреза // Растения и промышленная сре­да. Свердловск. С. 72—77.

Карташева Г. Г., 1985. Химический состав растений, произрастающих в Коркинском угольном разрезе // Растения и промышленная среда. Сверд­ловск. С. 92—105.

Колесников Б. П., 1974. Рекультивация техногенных ландшафтов/ / Чело­век и среда обитания. Л. С. 220—232.

Косицын А. В., Алексеева-Попова Н. В., 1983. Действие тяжелых метал- • лов на растения и механизм металлоустойчивости // Растения в экстремаль­

ных условиях минерального питания. Л. С. 5—22.Ляпкин и др., 1983. Комплексная переработка отходов литейного произ­

водства. Сер. С—6 — 1. Технология литейного производства. М.Махонина Г. И., 1981. Химический состав травянистых растений на отва­

лах железорудных месторождений Урала/ / Почвообразование в антропоген­ных условиях. Свердловск. С. 47—60.

Махонина Г. И., 1985. Химический состав кормовых трав на рекульти­вированных отвалах Веселовско-Богословского буроугольного месторожде­ния/ / Растения и промышленная среда. Свердловск. С. 81—91.

Махонина Г. И., 1987. Химический состав растений на промышленных отвалах Урала. Свердловск.

Махонина Г. И., Кабонина О. И., 1980. Химический состав травянистых растений на терриконах угольных шахт Урала/ / Питание растений и програм­мирование урожая сельскохозяйственных культур. Пермь. С. 112— 126.

Методические рекомендации по рекультивации отвалов литейного про­изводства, 1988/А . А. Ляпкин и др. Свердловск.

Методические рекомендации по отбору проб и анализу отходов литей­ного производства, 19887 А. А. Ляпкин и др. Свердловск.

Никитин Ю. И., Завриев А. В., 1979. Экономика использования отходов химических производств и охраны природы. Обзорная информация. Вып. 5. (24). Сер.: Охрана окружающей среды и рациональное использование природ­ных ресурсов. М.

Пасынкова М. В., 1978. Формирование растительности на отвалах Бу- скульского месторождения огнеупорных глин // Растения и промышленная среда. Свердловск. С. 26—32.

Пасынкова М. В., 1979. Влияние дымогазовых выбросов предприятий цветной металлургии на окружающую среду // Растения и промышленная среда. Свердловск. С. 5—22.

Пасынкова М. В., 1988. Микроэлементный состав субстратов и растений на отвалах при добыче меди //Т ез. докл. V Урал, совещ. «Проблемы ре­культивации нарушенных земель», 14—18 нояб. 1988 г. Свердловск. С. 43—44.

Правила складирования отходов литейного производства, 1987/А . А. Ляп­кин, Н. С. Чуракова, Е. Л. Плашкина и др. Свердловск.

Романов И. А. и др.' 1980. Влияние мочевиноформальдегидной пены на микробиологические процессы в почвах / / |Науч.-техн. бюл. по агрон. физике. № 39. С. 24—28.

Синецкий А. П., Тихомиров А. П., Билялетдинова Н. В., 1980. Рекуль­тивация породных отвалов рудных карьеров за рубежом. Обзорная информа­ция. Вып. 7. Сер. Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов на -предприятиях цветной металлургии. М.

Степанова М. Д., 1982. Подходы к оценке загрязнения почв и растений тяжелыми элементами//Химические элементы в системе почва — растение. Новосибирск. С. 92— 105.

Тарчевский В. В., Дробиз Ф. Д., 1969. Содержание железа и алюминия в растениях, выращенных на специфичных субстратах/ / Тез. докл. Сиб. конф. «Микроэлементы в биосфере и их применение в сельском хозяйстве, меди­цине Сибири и Дальнего Востока». Омск; Улан-Удэ. С. 77—78.

Техногенные аномалии тяжелых металлов на нарушенных землях, 1988/ С. Я. Левит, Г. Г. Карташева и др.//Материалы II Всесоюз. конф. «Тяжелые металлы в окружающей среде и охрана природы», 28—30 дек. 1987 г. М. Ч. 1. С. 110—113.

Тиссен С., 1954. Геохимические и фитобиологические связи в свете при­кладной геофизики/ / Геохимические методы поисков рудных месторождений. М. С. 325—372.

Шенников А. П., 1964. Введение в геоботанику. Л.Ярошенко П. Д., 1961. Геоботаника. Основные понятия, направления*

методы. М.; Л.

Бако К., Ковач М., 1984. Выщелачивание использованных в литейном: производстве формовочных смесей / Пер. с венг. М. С. 133—137.

К вопросу захоронения промышленных отходов, 1980/И . Таухншц Р. Шнабель, В. Питч и др., пер. с нем. М. С. 178—212.

УДК 6 2 2 -1 7

Г. Г. КАРТАШЕВА, С. Я. ЛЕВИТ Уральский университет

Биологическая рекультивация шламохраиилища Качканарского горно-обогатительного

комбинатач

На железорудных предприятиях страны ежегодно образуется 250 млн м3 отходов обогащения руд. Значительную часть отво­димых под отвалы земель занимали сельскохозяйственные угодья или леса, на месте которых размещаются бесплодные пустыни,, являющиеся постоянным источником загрязнения окружающей среды.

В данной работе представлены результаты исследований п а разработке способов биологической рекультивации отходов обогащения Качканарского ГОКа, работающего на титано- магнетитовых породах с низким содержанием железа в руде (Разработка технологии..., 1979; Разработка рационального вида..., 1980; Разработка способов..., 1986; Разработка и про­ведение..., 1988). По объему хвостов, ежегодно укладываемых в хранилище, ГОК является одним из крупнейших в стране и за рубежом. Хвостохранилище долинного типа площадью более 90 га, высота дамбы достигает 90 м, протяженность откосов — до 3 км.

Субстрат шламохраиилища представлен в основном пироксе- нами (53% ), сходными с ними амфиболитами (14% ), до 23% содержится магнетита. Эти минералы довольно устойчивы на открытом воздухе, поэтому можно ожидать, что они длительное время будут инертны по отношению к процессам выветривания. По ряду параметров хвосты близки к природным пескам. В ме­ханическом составе преобладает песчаная фракция (9 0 % ), незначительно представлены пыль — 2% и иловатая фракция — 8%. По классификации Н. А. Качинского (1985), шлам можно отнести к связным пескам с 9% -м содержанием «физической» глины (частиц меньше 0,01 мм).

В условиях шламохраиилища — этого сложного гидротехни­ческого сооружения с системой отвода дренажных вод — основ­ным источником влаги для растений являются атмосферные