Анализ экологической обстановки на объектах хранения ракетного топлива

Введение. Вооруженные Силы Российской Федерации ведут многоплановую деятельность, влияющую на экологическую обстановку на территории нашей страны. В войсковых частях имеется большое число потенциально опасных в экологическом отношении военных объектов, таких как пусковые установки баллистических ракет, хранилища и склады ракетных топлив, боеприпасов, вооружения и военной техники, горюче-смазочных материалов и т. д. [1]. При выводе из эксплуатации ракетно-космической техники (РКТ) происходит загрязнение окружающей природной среды: атмосферного воздуха, почвы, поверхностных и подземных вод, растительного и животного мира. Кроме того, на этих объектах могли происходить аварии, приводящие к более серьезным и, возможно, непоправимым экологическим последствиям [2; 3]. Наиболее опасным фактором негативного воздействия ракетно-космической техники на окружающую природную среду является загрязнение территорий компонентами ракетных топлив (КРТ). Особую опасность представляет один из высокотоксичных химических компонентов ракетных топлив – несимметричный диметилгидразин (НДМГ). Серьезной экологической проблемой является слив из ракет и специальных емкостей КРТ при выводе их из эксплуатации. Извлечение всего объема топлива – технологически сложный и опасный процесс. В связи с этим возникает необходимость проведения экологических исследований в области воздействия объектов РКТ на природную среду, которые могли бы дать объективную информацию о масштабах и интенсивности этого воздействия. Одним из факторов такого воздействия является попадание в почву компонентов ракетного топлива при его хранении и заправке ракет.

Целью исследования является изучение экологической обстановки на объектах хранения ракетного топлива и выявление характерного состава загрязнений, оценка влияния КРТ на биологические объекты.

Объекты и методы. Объектом исследования являлись почва и грунт в зоне хранения КРТ воинской части 12313 (Техническая ракетная база), которая располагалась в 11 км юго-западнее поселка Памяти 13 Борцов Емельяновского района Красноярского края.

Техническая ракетная база была построена в 1964 г. и предназначалась для эксплуатации ракетных комплексов Р-16У (8К64У), УР-100 (8К84), УР-100К (15А20).

В июне 2004 года войсковая часть была сокращена, объект подлежит рекультивации с дальнейшим использованием земель под лесные посадки. На объекте остались разрушенные сооружения различного назначения и имеются видимые загрязнения. На окрестных территориях расположены сельскохозяйственные угодья, вблизи протекает река Кача.

Зона хранения представляет собой участок местности 500 м2, на котором расположены типовые для данных объектов сооружения: сооружение № 1 – хранилище НДМГ (рис. 1); сооружение № 2 – станция очистки; сооружение № 3 – станция нейтрализации; сооружение № 4 хранилище «амила» (окислителя); сооружение № 5 – лаборатория. Для подвоза компонентов ракетного топлива имеется ж.-д. ветка, также оборудованы технологические площадки для стоянки топливозаправщиков.

Основные запасы ракетного топлива хранились в специальных резервуарах (цистернах) (рис. 2). Перекачка осуществлялась по трубопроводам с запорной арматурой [4; 5]. В 2005 году представителями Минобороны проведен демонтаж оборудования, объект подготовлен к рекультивации.

Специалистами ЗАО «Промтекон» разработан проект технической рекультивации нарушенных земель, поведено его согласование, государственная экологическая экспертиза. По состоянию на 2015 год концентрация НДМГ внутри сооружений превышает ПДК в 50 раз, а на прилегающей территории – в 10 раз [6; 7]. Из-за недостаточного финансирования со стороны Министерства обороны рекультивация зоны хранения КРТ не проведена. В результате этого на территории бывшей ракетной части находятся бесхозные сооружения, имеющие аварийное состояние.

Оценку экологического состояния зоны хранения КРТ проводили методами биоиндикации и биотестирования в период вегетации 2016 года. При оценке уровня загрязнения окружающей среды метод биоиндикации рассматривается многими авторами в качестве приоритетного [8]. Наиболее удобными объектами для оценки состояния окружающей среды являются растения, так как они осуществляют более интенсивный газообмен по сравнению с человеком и животными, обладают более высокой чувствительностью и стабильностью ответной реакции на действие различных внешних факторов [9]. Для оценки химической нагрузки на фитоиндикатор используют разные его признаки. Самым распространенным и наиболее простым в исполнении является морфологический подход [10]. В качестве фитоиндикатора нами была выбрана сосна обыкновенная Pinus sylvestris L ., широко используемая в качестве фитоиндикатора при оценке уровня техногенного загрязнения [11]. В качестве основных параметров оценки использовали морфологические показатели годичного линейного прироста [12]: длину годичного прироста, количество хвои осевого побега, длину хвои, диаметр осевого побега. Обследование проводили по общепринятой методике на двух пробных площадях (10×50 м). Первая пробная площадь заложена на объекте исследований; вторая (контрольная) – вблизи поселка Памяти 13 Борцов в тех же почвенно-климатических условиях. На каждой пробной площади обследовали по 10 деревьев.

Для более детального изучения уровня загрязнения на территории объекта использовали метод биотестирования [13; 14], дополненный определением митотического индекса у тест-объекта [15; 16]. Тест-объектом служил кресс-салат ( Lepidium sativum L .), широко использующийся для биотестирования уровней техногенного загрязнения [17]. Для этого на исследуемом объекте было выбрано 13 пробных площадок размером 2×2 м (рис. 3).

Площадки № 1–9 располагались в сооружении № 1. Площадки № 10, 11 – вблизи сооружений № 2 и 3. Площадка № 12 – в сооружении № 4. Площадка № 13 – в сооружении № 5. Контрольная проба была отобрана в 10 км от объекта исследования в лесном массиве. На каждой площадке методом конверта отбирали по 5 проб, из которых затем формировали объединённые пробы (по одной объединённой пробе для каждой площадки).

Определение радиационных полей проводилось измерителями мощности дозы ИМД-1Д и ИМД-2Н [18]. Экспресс-анализ на наличие компонентов ракетного топлива проводили с помощью войскового прибора химической разведки (ВПХР) и индикаторных трубок ИТ-Г1 (гепил), ИТ-2Т (азотная кислота).

Результаты исследования. Оценка возможного радиационного загрязнения окружающей среды на этапе вывода из эксплуатации и ликвидации исследуемого объекта показала, что полученные значения не превышают фоновых значений (мощность экспозиционной и эквивалентной доз внешнего гамма-излучения составляет 0,1–0,13 мкЗв/ч (10–13 мкР/ч), уровни альфа- и бета-полей – менее 1 част/см²мин, удельная активность радионуклидов, и прежде всего техногенного цезия-137, составляет 14,3 ± 2,7 Бк/кг). Содержание КРТ составляет 0,001 мг/л, что соответствует уровню «Опасно».

Исследование морфометрических показателей Pinus silvestris L . показало, что средняя длина годичного прироста (первого и второго порядка) подверженных воздействию химического загрязнения деревьев была на 37 % меньше, чем на контрольной точке, что связано с ухудшением жизненного состояния сосны вследствие влияния КРТ (рис. 4).

Рис. 1. Специальное хранилище НДМГ (фото авторов)

Рис. 2. Емкости с гептилом (фото МО РФ)

Рис. 3. Схема зоны хранения КРТ, расположение на ней точек отбора проб почвы

Рис. 4. Средние морфометрические показатели P. silvestris L . на территории объекта исследований в начале вегетативного периода

Анализ фитотоксичности грунта с помощью кресс-салата показал, что максимальная фитотоксичность наблюдается в точке № 11. В образце, взятом в этой точке, отмечена нулевая всхожесть тест-культуры, при поливе грунта появился белый кристаллический осадок, а семена почернели. Можно предположить, что это обусловлено попаданием в почву растворов гипохлорита кальция – две трети основной соли гипохлорита кальция (ДТС-ГК, 3Ca(OCl) 2 ×2Ca(OH) 2 ) и хлорной извести. Данные химические вещества использовали для нейтрализации емкостей с КРТ и аварийных проливов.

В образцах из остальных точек всхожесть тест-культуры варьировала от 58 до 96 %, энергия прорастания – от 32 до 88 % (рис. 5). Различия между образцами по критерию хи-квадрат статистически значимы на уровне p < 0,001 как для энергии прорастания, так и для всхожести, что свидетельствует о неравномерности распределения химического загрязнения на исследуемой территории.

О неравномерности загрязнения говорит также разброс скоростей роста и митотического индекса тест-культуры. При этом если митотический индекс тест-культуры на всех образцах грунта с исследуемой территории статистически значимо (p < 0,001...p < 0,01) уступал аналогичному показателю для контрольного образца (рис. 6), то скорость роста надземной части проростков в ряде случаев была выше, чем в контроле.

Факторный анализ показал, что варьирование изучаемых показателей на 93,2 % объясняется действием трёх факторов (см. таблицу). Первый фактор оказывает влияние на всхожесть и энергию прорастания, второй – на скорость роста проростков, третий – на митотический индекс. Проекция образцов на эти факторы, подкреплённая результатами кластерного анализа, показала, что по влиянию на биометрические показатели тест-культуры образцы разделяются на три хорошо обособленных кластера. Первый кластер составляют образцы из точек 1, 2, 3, 4, 5. Второй кластер представлен образцами из точек 6, 9, 10, 12, третий – образцами из точек 7, 13 (рис. 7, 8). При этом, если первый кластер образуют территориально близкие точки из сооружения № 1, то во втором и третьем кластере объединены точки, расположенные в разных сооружениях.

□ Энергия прорастания □ Всхожесть

Рис. 5. Энергия прорастания (%) и всхожесть (%) кресс-салата в образцах грунта, взятых на исследуемой территории

□ Митотический индекс, % □ Длина проростков на 5-й день, см

Рис. 6. Митотический индекс (%) и длина проростков кресс-салата (см) при выращивании на образцах грунта, взятых на исследуемой территории; К – контрольный образец

Результаты факторного анализа биометрических показателей тест-культуры

Показатели	Факторные нагрузки
	Фактор 1	Фактор 2	Фактор 3
Энергия прорастания	0,913	0,258	0,083
Всхожесть	0,897	–0,026	0,217
Митотический индекс, %	–0,160	–0,183	–0,967
Длина проростков на 3-й день	0,616	0,739	0,170
Длина проростков на 5-й день	0,021	0,960	0,167
	Информационные вклады
Собственное значение	2,044	1,570	1,046
% дисперсии	40,9	31,4	20,9

Рис. 7. Проекция образцов грунта на три главных фактора (обозначения см. рис. 6)

Рис. 8. Кластеризация образцов грунта по влиянию на биометрические показатели тест-культуры (обозначения см. рис. 6). Использовано евклидово расстояние и метод Варда, другие способы кластеризации дают сходные результаты

Дискриминантный анализ показал, что различия между этими кластерами по влиянию на комплекс биометрических показателей являются статистически значимыми на уровне p < 0,001. Переменными, внёсшими статистически значимый вклад в разделение кластеров, являются энергия прорастания, митотический индекс и длина проростков на 5-й день.

Таким образом, можно констатировать, что остаточное химическое загрязнение на исследуемом объекте носит ярко выраженный неравномерный характер. При этом неравномерность загрязнения лишь частично связана с привязкой к конкретному сооружению. Это говорит о том, что в ходе работ по демонтажу оборудования имели место аварийные проливы КРТ. В этой связи следует рекомендовать проведение комплекса мероприятий по рекультивации данной территории без привязки к конкретным сооружениям.

Заключение

• 1.    После ликвидации воинской части в районе поселка Памяти 13 Борцов Емельяновского района Красноярского края из-за попадания в почву значительного количества КРТ сложилась неблагоприятная экологическая обстановка, что нашло своё отражение в сохранении высокого уровня фитотоксичности грунта [19].

• 2.    Остались бесхозным специальные сооружения, строительный мусор, остатки емкостей, топливной арматуры с химическими загрязнениями. В этой связи требуется проведение рекультивации данной территории.

• 3.    При проведении работ по детоксикации и реабилитации почв необходимо учитывать ярко выраженную пространственную неравномерность уровня остаточной загрязнённости.

• 4.    Для расчета объёма и технологии работ рекомендуется провести микробиологический анализ грунта и составить детальную карту фитотоксичности. При составлении карты фитотоксичности рекомендуется учитывать следующий комплекс показателей: энергию прорастания тест-культуры, митотический индекс, длину проростков на 5-й день культивирования.

• 5.    С учётом возможной миграции НДМГ следует провести химический мониторинг прилегающих территорий и реки Кача.