Влияние техногенных отходов и сточных вод на окружающую среду

УДК 628.3

Техногенные воды являются продуктом горно-добычных работ и техногенеза, развивающегося параллельно с горными работами, поэтому их влияние на окружающую среду нельзя отделить от влияния всего горно-добычного комплекса. Они взаимосвязаны и одно усиливает действие другого, поэтому в публикации рассмотрено экологическое влияние освоения месторождения на окружающую среду.

Ключевые слова: техногенные отходы, промышленные сточные воды, экологическое воздействие освоения месторождений, экологическое бедствие.

Освоение месторождения - это не только извлечение промышленных руд, но и мобилизация его геохимических ресурсов, преобразование геологической структуры и состояния геосистемы. Добыча и переработка минерального сырья всегда приводят к крупномасштабному, отрицательному многоаспектному воздействию на окружающую среду.

Хозяйственная деятельность в течение многих десятилетий велась и ведется в настоящее время без учета природоохранных требований, оценки экологической уязвимости территорий горнорудных разработок, без научного обоснования допустимых уровней загрязнения и критических нагрузок на экосистемы.

Экологические проблемы горнопромышленных регионов - это негативное влияние не только горных работ, но и постоянного образования, накопления и длительного хранения отходов добычи и переработки минерального сырья.

Горная промышленность является одним из источников экологического кризиса: очень наглядны ущербы, наносимые ею окружающей среде, хотя по интенсивности загрязнения окружающей среды она значительно отстает от химической промышленности, теплоэнергетики, индустрии строительных материалов, целлюлозно-бумажной, нефтехимической и металлургической.

Нормирование воздействий горных работ (в виде ПДК, ПДС или ПДВ) осуществляется только в отношении атмосферы, гидросферы и почвенного покрова. Отсутствие надежной системы учета и экологического мониторинга не позволяет иметь объективную информацию о состоянии окружающей природной среды в районе расположения горно-обогатительных и перерабатывающих предприятий.

Добыча полезных ископаемых, переработка, хранение горной массы и отходов технологических переделов производства влияют не только на формирование горнопромышленного ландшафта (ГПЛ), но и на экологическую ситуацию района месторождения в целом.

Горнопромышленный ландшафт предприятий, разрабатывающих месторождение открытым способом (в основном до глубины 450-500 м), характеризуется не только значительными объемами перемещенной рудной и нерудной горной массы, но и образованием депрессионных воронок, загрязненных подземных вод, региональным перераспределением миграционных потоков, ухудшением водно-солевого баланса ландшафта, запылением и загазованностью атмосферы.

Горнопромышленный ландшафт предприятий, разрабатывающих месторождение подземным способом, характеризуется меньшими объемами пустых пород, извлекаемых попутно с рудой на поверхность, но затрагивает гораздо большие глубины (до 1500 м), что также сопровождается значительным нарушением состава и режима подземных вод и загазованностью атмосферы.

При отработке практически любых месторождений формируются различные зоны экологического влияния, где происходит интенсивное загрязнение элементов окружающей среды - почвы, атмосферы, биосферы, поверхностных и подземных вод и т.д.

Значительные площади изымаются из хозяйственного оборота под горные выработки, отвалы различных пород, хвосто- и шламохранилища, промышленный и жилой комплексы предприятия и пр. Все это приводит к существенному изменению рельефа и нарушению гидродинамического равновесия на больших территориях. Осушение водоносных горизонтов для обеспечения безопасного ведения горных работ нарушает водный баланс и химизм вод не только в пре'делах горнодобывающих комплексов, но и в смежных районах, истощает ресурсы подземных вод.

Непродуманная система осушения большинства месторождений, а также несовершенство законодательной базы ведут к тому, что горнодобывающие предприятия сбрасывают в реки 75-80% дренажных вод, загрязненных в разной степени тяжелыми металлами и различными вредными компонентами. Объемы этих вод огромны, только по Свердловской и Челябинской областям они составляют более 1060 тыс. м3/сут. [16].

Вокруг шахт и карьеров развиваются обширные зоны техногенной аэрации, нарушаются условия питания поверхностных водотоков.

Параллельно с этим на территории земельного отвода горнодобывающего комплекса развиваются и противоположные процессы - подтопление и заболачивание на участках, граничащих с водонакопителями, шламо- и хвостохранилищами, в местах размещения отвалов вскрышных пород и забалансовых руд.

Разнонаправленность этих процессов способствует формированию обширной техногенной зоны водообмена, в пределах которой поверхностные и подземные воды подвергаются интенсивному загрязнению. Площадь таких зон может достигать нескольких сотен и тысяч квадратных километров (Лебединский, Соколово-Сарбаевский, Качканарский ГОКи, СУБР и др.), а мощность шахтного и карьерного водоотлива - до 10-15 тыс. м3/час, порядка 100 млн. м3/год [22].

Предприятия горнодобывающей отрасли имеют значительное превышение объемов сбрасываемых вод над объемами потребления. Например, объем вод, сбрасываемых шахтами Печерского бассейна, в несколько раз превышает объем потребления чистой воды.

В целом вокруг горно-металлургического комплекса создается территория с ухудшенным состоянием природной среды - совокупность зон техногенного влияния горного, обогатительного, металлургического и сопутствующих им производств.

Как правило, при разработке каждого месторождения полезных ископаемых образуется несколько техногенных объектов, сформированных отходами добычи и технологических переделов минерального сырья, так называемых горнопромышленных от' ходов (ГПО). На каждом этапе освоения месторождения образуются свои виды отходов, а степень влияния их на окружающую среду возрастает по мере развития работ на объекте.

Стадия добычи сырья характеризуется извлечением из недр и перемещением в пространстве значительных объемов горной массы, с ее дифференциацией по составу, изменением устойчивых условий природного массива месторождения, физико-механических характеристик руд и пород. Перемещение огромных объемов породных масс ухудшает режим грунтовых и подземных вод в пределах больших территорий, изменяет обводненность породных массивов, поверхностного водостока, структуры почв, интенсифицирует эрозионную работу вод и ветра, активизирует химические и геохимические процессы в атмосфере и биосфере, а в ряде случаев - изменение микроклимата.

Основные виды воздействия горно-обогатительного и перерабатывающего комплексов на окружающую среду приведены в таблице 1.

На стадии добычи образуются среднедисперсные и жидкие отходы, в основном кислые рудничные и карьерные воды, содержащие различные концентрации растворенных тяжелых металлов, железа, а также сопутствующие им компоненты и свободную серную кислоту.

Для стадии обогащения сырья характерно изменение его первоначальных физико-механических и химических характеристик, образование в больших объемах мелкодисперсных, жидких и газообразных отходов, а также внесение в природную среду новых, несвойственных ей компонентов.

Размещенные на поверхности земли техногенные объекты оказывают отрицательное экологическое воздействие на окружающую среду в течение длительного времени. По данным геохимического контроля, на руднике «Эллиот-Лейк» (Канада) выщелачивание токсичных компонентов из хвостов обогащения руд и загрязнение ими подземных вод (без какого-либо снижения) прослеживается в течение 150 лет [18].

Окисление пирита в шламах, сопровождающееся генерацией серной кислоты, стимулирующей выщелачивание тяжелых металлов, будет продолжаться в течение 300 лет и более, кроме того, в атмосферный воздух выбрасываются оксиды SO2, CO2 и NOх, которые в виде кислотных дождей, выпадают на техногенные образования, усиливая процесс выщелачивания [21].

Так как техногенные отходы складируются на земной поверхности, т.е. выше уровня грунтовых вод, то градиенты фильтрации в них существенно выше (от 1 в отвалах, до 2-3 в хвостохранилищах), чем в естественных условиях (1>0,1). Атмосферные осадки, особенно жидкая фаза пульпы хвостохранилищ, содержат значительно большее количество свободного кислорода и углекислого газа, чем грунтовые воды. Суммарное воздействие вышеназванных факторов способствует повышению в сотни и тысячи раз концентрации солей тяжелых металлов в подотвальных и фильтрующихся из хвостохранилищ водах по сравнению с концентрациями, характерными для грунтовых и поверхностных вод, формирующихся на естественных ландшафтах.

Малоизученными факторами загрязнения подземных вод является загрязнение атмосферы и атмосферных осадков газодымовыми выбросами промышленных предприятий и автотранспорта.

Для атмосферных осадков в горнопромышленных регионах характерна кислая реакция: средние значения pH для снега - 4,9, для дождей - 4,3. В целом главная эколого-геохимическая проблема освоения рудных месторождений - это рассеяние в природных и геотехнических системах тяжелых металлов - меди, цинка, свинца, мышьяка, кадмия и ртути.

Систематическое загрязнение атмосферы и выпадение загрязненных осадков приводит к постепенному накоплению загрязняющих веществ в подземных водах и прослеживается на расстоянии до 100 км от источников газодымовых выбросов.

Для стадии хранения сырья и продуктов переработки характерна концентрация измененных горных пород, находящихся в активизирован' ном состоянии. Так, на Гайском ГОКе в хвостохранилище накоплено более 50 млн. т хвостов обогащения, в отвалах - более 67 млн. т забалансовых руд и вскрышных пород, в пруде-отстойнике - более 1,5 млн. м3 кислых высокоминерализованных вод, в шламохранилище - более 5 млн. м3 шламов станций нейтрализации кислых вод, и происходит постоянное пополнение этих отходов.

В Свердловской области накоплено более 35 млрд. т отходов. Ежегодно вновь образуется около 160 млн. т, в том числе 11 млн. т токсичных. Обезвреживается и утилизируется менее одной пятой части ежегодного объема отходов [4].

Созданная человеком техносфера поглощает кислорода почти в 15 раз больше, чем все человечество, что отрицательно сказывается на многих биохимических природных явлениях.

На Учалинском ГОКе, работающем на базе медно-колчеданного месторождения, радиус загрязнения почв установлен в пределах 3-4 км.

В индустриальных странах тяжелыми металлами сильно загрязнены донные отложения рек, озер и прибрежных районов морей. Так, в 1 кг донного ила у берегов Флориды содержится 1,4 г свинца - почти в тысячу раз больше, чем в нормальных природных условиях [18].

Важнейшее экологическое значение имеет количество элемента, которое добывается из недр, но в процессе передела выбрасывается в окружающую среду в составе горнопромышленных отходов. Самые высокие показатели в этом плане характерны для редких и рассеянных элементов (Rb, Cs, Nl, Ga, In, Ge, Gd и др.).

Сравнение масс химических элементов, ежегодно вовлекаемых в техногенные потоки, с объемами элементов, участвующих в природных геохимических потоках (речной гидрохимический сток, биологический круговорот), свидетельствует о том, что с 60-х годов ХХ века геохимическая деятельность человечества не уступает по мощности природным процессам. Человечество ежегодно извлекает из недр и освобождает при сжигании горючих ископаемых (особенно угля) многие химические элементы в равном или большем количестве, чем их потребляется растительностью суши для создания годового прироста.

Из недр ежегодно добывается больше, чем включается в биологический кругооборот: Cd - более чем в 160 раз, Sb - 150, Hg - 110, Pb - 35, As, F - 15, U - 6, Sn - 5, Cu - 4, Mo - 3 раза.

Добыча Ag, Cr, Ni, Zn примерно равна ежегодному потреблению растительностью [21].

Наряду с извлечением малых и рассеянных элементов при добыче руд не меньшие, а для многих элементов большие их количества высвобождаются и рассеиваются в окружающей среде при сжигании угля.

Ежегодно при этом выделяется больше, чем включается в биологический кругооборот, Hg в 8700 раз; As - 125; U - 60; Cd - 40; Li, Be, Zr - 10; Sn, V - в
3-4 раза.

Так как добыча, потребление и сжигание топлива идут преимущественно на суше, то наибольший техногенный химический пресс испытывают наземные экосистемы.

Несмотря на то, что часть элементов выносится в моря и океаны с речным стоком и при циркуляции воздушных масс, поверхность суши ежегодно обогащается на миллионы и сотни тысяч тонн P, Ti, Cu, Mn, Zn, Pb, Ba, Cr, Li, Ni, U, As, Co, V, Mo, на десят'ки и тысячи тонн Rb, Hg, Zr.

Попав в атмосферу, почву или водоемы, загрязнители не остаются на месте, а включаются в природный круговорот веществ и очень медленно удаляются при выщелачивании, потреблении растениями, дефляцией. Период полуудаления (или удаление половины от начальной концентрации) составляет весьма продолжительное время: для цинка - от 70 до 510 лет; кадмия – 13-110 лет; меди – 310-1500 лет; свинца – 740-5900 лет.

В Японии выявлено новое опасное загрязнение почвы и вод - загрязнение шестивалентным хромом. Химические компании за 1938-1971 гг. вывезли в окрестности ряда городов и использовали при строительстве спортплощадок для школ свыше 747 тыс. т хромосодержащих отходов, и в 1976 году было выявлено, что в питьевой воде Токио содержание шестивалентного хрома превышено в 200 раз. В стране развернуты исследования, направленные на оценку масштабов загрязнения территории хромом и выявление жертв отравления.

На примере ряда медноколчеданных месторождений Урала видно, как деятельность человека меняет ход природных реакций. Скорость техногенно активизированных химических реакций увеличивается в сотни и более раз. Резко увеличивается глубина техногенной зоны гипергенеза, например, на Красногвардейском месторождении она достигает 500 м, на Дегтярском - 600 м. В то же время мощность естественной зоны окисления на Уральских месторождениях измеряется всего лишь первыми десятками метров.

В итоге объем геологического пространства, в котором проявляется нарушение закона стабильности минералов и горных пород, резко возрастает. Объем техногенной зоны окисления на Дегтярском месторождении составляет около 516-520 млн. м3. Увеличивается и контур зоны активного гипергенеза, который выходит далеко за пределы естественных границ месторождения [16].

Наиболее нарушены действием кислых рудничных вод территории горнодобывающих предприятий Урала, где ведется разработка руд черных и цветных металлов более 200 лет.

Сложившаяся структура промышленного производства в ряде областей Урала характеризуется преобладанием «тяжелых» отраслей промышленности, таких как горнодобывающая, металлургическая, машиностроительная, химическая, электроэнергетики, стройматериалов.

Уровень концентрации промышленности в ряде городов в Свердловской и Оренбургской областях в четыре раза выше среднереспубликанского, а в целом Уральский регион по степени деградации природной среды занимает первое место в России. Такие города, как Нижний Тагил, Каменск-Уральский, Медногорск, Гай, Орск, Новотроицк и другие возглавляют список городов с чрезвычайной экологической ситуацией.

Основными загрязнителями Оренбургской области являются: Медногорский МСК, «Южуралникель», Гайский ГОК, Орско-Халиловский ГОК. Эти предприятия ежегодно выбрасывают тысячи тонн вредных веществ в атмосферу.

Наряду с общераспространенными вредными веществами, такими как оксид серы, оксиды азота, в атмосферу поступает целый ряд специфических веществ, т/год: пентаксидванадия - 82, никель металлический - 680, хром шестивалентный - 3, около тонны свинца и его соединений, цианистый водород, сажа, серная кислота.

В водные объекты предприятиями цветной металлургии Оренбургской области сбрасывается ежегодно более 1,0 млн. м3 загрязненных стоков без очистки. Сброс неочищенных сточных вод привел к высокому загрязнению водных объектов области. Качество воды реки Урал и ее притоков продолжает ухудшаться практически по всем показателям. Отмечено загрязнение цинком до 75 ПДК, медью - до 43 ПДК. В последние годы обнаружены хлорорганические пестициды на всем протяжении реки Урал в Оренбургской области (до 0,684 мкг/дм ).

По результатам дешифрирования космических снимков крупнейшие пятна загрязнения снежного покрова зафиксированы в окрестностях Орско-Новотроицкого и Гайского промышленных узлов. Сравнение космических снимков, выполненных в 1978 и 1994 годах, свидетельствуют о наличии ярко выраженной тенденции расширения зон загрязнения. В настоящее время пятна максимального загрязнения слились в один сплошной очаг, площадь которого по сравнению с 1978 годом увеличилась в три раза.

Рассеянные на территории горнодобывающих предприятий тяжелые металлы смываются временными водотоками в периоды ливней и таянья снега и выносятся в постоянные водные системы.

Среднегодовой объем водного стока с одного квадратного километра площади горного отвода по ряду объектов Урала составляет более 2,2 тыс. т, в т.ч. меди - 11,7 т, цинка - 10,9 т, сульфатов - 294,3 т.

Крайне неблагополучная экологическая обстановка, граничащая с экологическим бедствием, сложилась в районе г. Медногорска Оренбургской области. Загрязнение земель свинцом выявлено на площади 3733 га, цинком - 1731, кадмием - 1699, медью - 6190 га, никелем - 400 га. Имеются территории вокруг комбината с повышенным содержанием серы и марганца.

Хозяйственная деятельность медно-серного комбината привела к загрязнению более 400 га сельскохозяйственных земель тяжелыми металлами, включая 267 га орошаемых земель совхоза «Медногорский», 45 га - пос. Блявтомак, 82 га - района Идельтаево, 19 га - Западного участка [54]. В результате интенсивного загрязнения поверхностных вод техноген'ными и сточными водами в районе Карабашского ГМК Челябинской области произошли устойчивые изменения качественного состава воды рек Сак-Элга и Аткус, что в свою очередь стало отрицательно воздействовать на качество воды Аргазинского водохранилища - источника водоснабжения г. Челябинска.

Данные по загрязнению водных объектов (в долях ПДК) приведены в таблице 2.

Гидрогеологические условия г. Карабаша формировались под интенсивным техногенным воздействием добычи и переработки руды. Водоносные горизонты имеют слабую защищенность и поэтому подземные воды высоко минерализованные (М от 5 до 10 г/дм3 и более), pH< 3,0, содержание сульфатов - до 2-5 г/дм3, железа - 0,9-1,4 г/дм3, меди - 75- 114 мг/дм3, цинка - 125-180 мг/дм3, мышьяка - 0,3-1,3 мг/ дм3.

Длительное воздействие вредных выбросов в атмосферу на природную среду привело к значительному накоплению токсичных элементов в почве. Концентрация меди, цинка, свинца, мышьяка в поверхностном слое почвенного покрова превышает предельно допустимые в десятки и сотни раз. Большую опасность для наземных экосистем представляют шлаковые отвалы объемом более 17 млн. м3, расположенные в городской черте и интенсивно пылящие, а также затопленные шахты, в которых за счет выщелачивания оставленных руд и вмещающих пород, содержащих сульфидную минерализацию, с кислыми рудничными водами идет вынос тяжелых металлов на поверхность.

Кислые техногенные воды предприятий Норильского ГМК, сбрасываемые в реки Щучью и Наледную, ручьи Медвежий, Угольный, Барьерный, озера Пясино и Барьерное без предварительной очистки, загрязняют не только поверхностные, но и подземные воды. Промстоки поступают в подземные воды путем инфильтрации на участках сквозных таликов и зон тектонических нарушений.

По химическому составу воды рек Щучьей и Наледной, озера Квадратного, ручьев Медвежьего и Угольного, а также ручья в районе никелевого завода являются преимущественно сульфатно-кальциевыми, реже хлоридно-сульфатными натриевыми с минерализацией от 1,0 до 1,7 г/л. Общая минерализация вод ручьев в районе цементного завода и горы Барьерной увеличивается до 7,3 г/л и по составу они относятся к сульфатно-хлоридным натриевым. И, наконец, минерализация воды ручья Барьерного в районе хлорно-кобальтового завода достигает 21,0-33,3 г/л. По химическому составу они являются сульфатно-хлоридными натриевыми и хлоридно-гидрокарбонатными натриевыми.

Содержание натрия в промышленных сточных водах колеблется от 0,03 до 11,9; кальция - от 0,01 до 0,3; магния - от 0 до 0,07; хлора - от 0,01 до 9,1; сульфат-иона - от 0,3 до 9,5; гидрокарбонат-иона - от 0 до 5,0 г/л. Зафиксировано аномально высокое содержание в этих водах железа (до 10,0 мг/л), меди, никеля (до 1,0 мг/л) и других микроэлементов, рН колеблется в очень широких пределах (от 2,0 до 8,0).

Сотрудниками института «Механобр» дополнительно производилось определение в промстоках окисляемости, ксантогената, реагента ОП-4 и никеля. Содержание их соответственно достигает 110; 0,7; 4,4 и 0,3 мг/л.

Таким образом, в результате сброса промышленных сточных вод в указанные водоемы и водотоки содержание в них большинства микро- и макрокомпонентов увеличилось в десятки и сотни раз по сравнению с фоном, что свидетельствует о значительном нарушении гидрохимического режима рек и озер рассматриваемого района, а следовательно, и подземных вод.

При нарушении среды обитания - закислении и засолонении вод и почв - наступают мутации или смерть (в случае сильного воздействия) живых организмов и человека, т.к. им не хватает времени для приспособления к новым условиям.

Объем ежегодного образования кислых рудничных вод только на предприятиях цветной подотрасли Урала составляет более 45 млн. м3 Накоплено в прудах, отстойниках и купоросных озерах более 450 млн. м3. Эти воды содержат меди от 0,1 до 12 г/л, цинка от 0,2 до 15 г/л, свинца, никеля по 0,04 г/л, железо, алюминий, их сульфаты и хлориды, фтор, минеральные соли, свободную серную кислоту, а также рудную мелочь.

С этими водами ежегодно выносится около 15-20 тыс. т. меди, столько же цинка и значительное количество других элементов.

Проблемы, создаваемые кислыми водами следующие:
- большой объем и постоянное их образование;
- содержание в водах свободной серной кислоты;
- содержание растворенных тяжелых, токсичных, редких, редкоземельных металлов в 10-1000 раз и более выше ПДК, медленно понижающееся во времени;
- постоянный сброс практически не очищенных вод в окружающую среду, что вызывает заболачивание и опустынивание территорий, усыхание лесов, исчезновение многих видов растительности.

Отрицательным фактором влияния открытого способа отработки месторождения на окружающую среду является существенное изменение гидрогеологии прилегающих к карьерам территорий. Борьба с водопритоками из вскрытых и залегающих ниже горизонта разработки водоносных горизонтов приводит к развитию обширных депрессионных воронок, в пределах которых из-за обезвоживания существенно изменяется или даже деградирует видовой состав растительности, нарушается структура почв, ускоряется опустынивание территорий, развитие эрозионных процессов на прилегающих к карьерам площадях, вызывая различные нарушения земной поверхности далеко от их контуров.

Подобные пейзажи распространены в районе многих отрабатываемых и уже отработанных, законсервированных в настоящее время, месторождениях Уральского региона, Приморского и Красноярского краев и других горнорудных провинциях России.

В результате откачки больших объемов воды на отдельных объектах происходят интенсивные вертикальные и горизонтальные смещения земной поверхности.

При строительстве и эксплуатации ГОКов в зоне их влияния происходит существенное преобразование инженерно-геологических, гидрогеологических и геохимических условий, обусловленное формированием техногенных отложений, нарушением термического режима и напряженного состояния массивов горных пород, изменением подземной гидросферы. Размеры и качественные характеристики зон влияния изменяются в пространстве и времени в зависимости от изменения качественных характеристик формирующих их объектов или технологических процессов.

В черной металлургии годовые мощности крупнейших ГОКов страны составляют от 20 до 50 млн. т сырой руды, при переработке которой в отходы уходит до 30% (иногда - более половины) рудной массы. В отвалы забалансовых руд, вскрышных пород и хвосты обогащения попадают сульфиды, наиболее обогащенные тяжелыми металлами: Co, Ni, Cu, Pb, Zn, As, Cd, Tl, Hg, Mo, Se, Te, Ge, B, Sd, также другие минералы, содержащие Mn, F, TR, W, Ba, Ge, Be, Sr, Zr, Cr, Ni, Co, V и другие элементы.

Первыми разрушаются сульфиды и карбонаты. Под воздействием кислотных агентов, а также флотореагентов происходит вынос токсичных металлов из находящихся в отвалах и хвостохранилищах силикатов, оксидов и других минералов. Многие из перечисленных элементов переходят в подвижное состояние, чему способствует малое количество карбонатной составляющей в отходах обогащения руд.

На предприятиях черной металлургии в результате многолетнего накопления и хранения отходов обогащения и постоянного их пополнения, формируются значительные объемы кислых рудничных вод, способствующие развитию обширной техногенной зоны водообмена, в пределах которой поверхностные и подземные воды подвергаются интенсивному загрязнению.

Площадь таких зон достигает нескольких сотен и тысяч квадратных километров (Лебединский, Михайловский, Яковлевский, Соколово-Сарбаевский, Качканарский ГОКи, СУБР и др.). Например, до начала промышленного освоения железорудных месторождений КМА речные воды по качеству были близки к питьевым и широко использовались населением в хозяйственно-бытовых целях. Подземные воды региона до нарушения их горными разработками полностью соответствовали требованиям ГОСТ2874-82 и СанПиН2.1.4.559-96, «Питьевые воды».

В настоящее время в водах присутствуют нитраты, азот аммонийный, нитриты, техногенная органика, тяжелые металлы, нефтепродукты. Общая минерализация подземных вод увеличилась в 3 раза, содержание в них сульфатов в 5-6 раз. В питьевой воде городов Старый Оскол и Губкин в отдельных пробах установлено присутствие до 6 ПДК железа, до 1,5 ПДК марганца, до 3 ПДК солей тяжелых металлов. Примерно в каждой четвертой пробе обнаружено микробное загрязнение. В сточных водах карьеров присутствуют взвешенные вещества в количестве до 800 мг/дм3, аммоний солевой - более 2 ПДК, нитраты - 0,5 ПДК, нефтепродукты - 3 ПДК, медь и цинк - 8 ПДК. Высоки показатели микробного загрязнения.

Анализы питьевой воды, выполненные ЦАЛ ГП «Невскгеология», показали, что содержание в ней урана в 40 раз, а тория в 3 раза больше, чем в воде г. Санкт-Петербурга. Вероятной, но не единственной причиной установленного факта является влияние мощной депрессионной воронки и подпитка подземных вод загрязненными естественными радионуклидами (ЕРН) дренажными и сточными водами.

Проведенные параллельно с анализом питьевой воды исследования водной части хвостов обогащения установили, что концентрация урана в них достигает 579х10'4 мг/дм3, радия - 43х10'10мг/дм3, что в 100 раз превышает фон по урану и в 14 раз - по радию. Расчеты, основанные на содержании ЕРН в отстойных водах хвостов обогащения и их объем (порядка 70 млн. м3 в год), показали, что ежегодно из хвостохранилищ в водную систему района выносится 4 тонны урана и 35 тонн тория. Этот объем радионуклидов относительно свободно достигает подземных водоносных горизонтов в связи с тем, что хвостохранилища располагаются в зонах повышенной
проницаемости земной коры

Кроме того, на протяжении многих десятилетий в бывшем СССР при строительстве хвостохранилищ широко применялся метод возведения из намывного материала ограждающих дамб, не обеспеченных противофильтрационными устройствами в виде вертикальных или наклонных экранов. Высокая пористость и дисперсность хвостов и шламов, отсутствие в них сцепления обуславливают крайне широкие пределы прочностных характеристик формируемых из них дамб. За счет суффозионного размыва или оползания низового откоса, внезапного разжижения грунтов при землетрясениях, а также их быстрого размыва при переливе пульпы через гребень такие дамбы часто разрушаются и подтапливают прилегающие территории.

Масштабы фильтрационных потерь из хвостохранилищ подобного типа можно представить на примере Лебединского ГОКа. С площади хвостохранилища 7,8 км2 ифильтрация в год составила 30,6 млн. м3, а территория подтопления земель достигла 350 км2. Аналогичная картина наблюдается практически на всех хвостохранилищах Кривого Рога, Соколовско-Сарбаевского ГОКа и т.п. [12].

Дренажные воды хвостохранилищ, просачиваясь сквозь дамбы и ложе сооружений, отравляют окружающие территории и близлежащие водотоки, понижая pH воды, значительно повышают минерализацию и насыщают воды Pb. Zn, Mg, SO4, Cd, Fe, Al и другими вредными и токсичными элементами. Согласно ГОСТу 17.4.1.02-83 (1985) многие из этих элементов относятся к первому и второму классу опасности.

Наиболее представительным примером влияния техногенных образований черной металлургии на окружающую среду являются отходы Высокогорского рудника (г. Нижний Тагил), где с 1946 года эксплуати'руется Черемшанское шламохранилище, построенное в долине реки Черемшанки, позже введены в работу шламохранилища в первом и втором Каменском карьерах. Общий объем техногенных образований составляет более 250 млн. м3, а занимаемая ими площадь - более 400 га. К настоящему времени Черемшанское хвостохранилище переполнено отходами обогащения железных руд Высокогорской агломерационной фабрики. Превышение хвостохранилища над уровнем Верхне-Выйского пруда составляет 40-41 м, обусловливая критический напор на оградительные дамбы, что создает реальную угрозу экологической катастрофы. По данным Уральского геологического комитета, отстоявшаяся вода существенно загрязнена тяжелыми металлами и нефтепродуктами, дренаж этих вод загрязняет подземные и поверхостные водотоки. В то же время шламы, накопленные в хвостохранилище, содержат промышленные концентрации меди и кобальта (соответственно 0,25 и 0,22%) и представляют несомненный экономический интерес.

Химический состав подотвальных вод и формирующихся донных отложений отражается на состоянии поверхностного стока практически всей речной сети в районе Нижнего Тагила. Уровень загрязнения поверхностных вод по некоторым показателям на отдельных участках эпизодически достигает показателей «чрезвычайной экологической обстановки», а отдельные участки водотоков характеризуются периодически по ряду показателей оценкой «экологического бедствия».

Литература:
1. Абдрахманов Р.Ф., Ахметов Р.М. Влияние техногенеза на поверхностные и подземные воды Башкирского Зауралья и их охрана от загрязнения и истощения. // Геологический сборник. 2006, №6. Информационные материалы. С 266-269.
2. Амосов Р. А., Двуреченская С. С. Минералы - убийцы. // Руды и металлы. 1992. № 1. С.152-155.
3. Аржанова В.С., Елпатьевский П.В. Горнопромышленный техногенез как фактор трансформации гидрохимии природных вод. //Эколого-геохимические исследования в районах интенсивного техногенного воздействия. М.: ИМГРЭ, 1990, с. 21-32.
4. Банденок Л.И., Давыдова Л.А. Экологические проблемы цветной металлургии. // Цветная металлургия. 1997. № 8-9. С. 36-45.
5. Беляев В.Н. Проблемы освоения техногенных образований. // Изв. Вузов. Горный журнал. 1998. № 7-8. С.202-212.
6. Бушуев А.Г., Кузьмин В.И., Черкашина Н.А. Токсичные органические соединения в рудах твердых полезных ископаемых. /Освоение недр и экологические проблемы - взгляд в ХХ1 век. Тезисы докл. междунар. конф., М., 20-25 нояб. 2000 г. С. 236-237.
7. Боков В.Г., Лазарев В.Н., Шуленина З.М. Экологические и экономические аспекты, проблемы горнопромышленных отходов.// Разведка и охрана недр. 1995. № 8. С. 21-25.
8. Балханов В.В., Кременецкий И.Г., Перевалова О.А. Некоторые вопросы охраны окружающей природной среды. // Состояние и перспективы развития минерально-сырьевого и горнодобывающего комплексов Республики Бурятия: Науч.-техн. конф.(Тез. докл.) Улан- Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 1999. - С.131-133.
9. Бринза В.Н. Охрана окружающей среды и утилизации отходов в металлургии. М., Ме- таллургия. 1984. 128 с.

10. Владимиров Д. Карабаш в тумане. // Известия. 2000, 3 апреля, № 60.
11. Волков А.М. Проблемы отходов производства и потребления в юго-восточном регионе Башкортостана. // В сб. Отходы - 2000. Материалы второй Всероссийской научно-практической конференции от 22-24 ноября 2000 г. Уфа. Часть Ш. С 138-141.
12. Волков Ю.И. Развитие мониторинга водных ресурсов КМА. // Горный журнал. 1996. № 1-2. С. 39-40.
13. Глазовская М.А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов СССР: Учеб. Пособие для студ. геогр. спец. вузов. - М.: Высшая школа.1988. 328 с. ил.
14. Грехнев Н.И. Эколого-геохимические аспекты оценки техногенного загрязнения геосистем горнорудных районов юга Дальнего Востока // Влияние процессов горного производства на объекты природной среды. РАН, Дальневосточное отделение, институт горного дела, Владивосток. Дальнаука, 1998. с. 33-44
15. Голик В.И., Воробьев А.Е., Козырев Е.Н. Проблемы воздействия горнопромышленного комплекса республики Северная Осетия - Алания на окружающую среду // Горный журнал. 2001. № 2. С. 40-42.
16. Дренажные воды - источник техногенного гидроминерального сырья на Урале. /Грязнов О.Н., Палкин С.В., Новиков В.П. и др. //Изв. Вуз. Горный журнал. 1997. № 11-12. С. 58-65.
17. Дрягунскова В. Ручей и луг в индустриальном ландшафте. // Металлы Евразии. - 1996. - № 5. - С 106-107.
18. Дэвид Дж, Герцог. Оценка воздействия рудничных отходов на поверхностные и подземные воды. // Mining Engineering.- 1995. - Т. 47,3. - Р. 254-256.
19. Емлин Э.Ф. Техногенез колчеданных месторождений Урала. - Свердловск: изд-во Урал. Ун-та.1991. 256 с.
20. Емлин Э.Ф. О геотехносфере Урала. // Изв. Вузов. Горный журнал. 1993. № 6. С. 135- 138.
21. Ефашкин И.Г. Экология металлургической промышленности Российской Федерации // Цветные металлы. 1996. № 8. С. 69-71.
22. Зотеев В.Г., Костерова Т.К., Тагильцев С.Н. Меры борьбы с загрязнем гидросферы на территории горнодобывающих комплексов Урала. // Изв. Вуз. Горный журнал. - 1995.
№ 5. С. 141-150.
23. Иванов В.В. Экологическая геохимия элементов: Справочник: В 6 кн./Под ред. Э.К. Буренкова. - М.: Недра, 1994. - Кн. 1: s-элементы. - 304 с.
24. Калабин Г.В. Кольский горно-металлургический комплекс и окружающая среда. // Цв. Металлы. 2000. № 10. С. 75-80.
25. Вода техногенная: проблемы, технологии, ресурсная ценность / [З.И. Шуленина, В.В. Багров, А.В. Десятов и др.]. - Москва: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015. - 401 с.

Effect of industrial waste and sewage on the environment

Manmade water are the product of mining and of mining and technogenesis, parallel to mining operations, so their impact on the environment cannot be separated from the influence of the entire mining complex. They are intertwined and one enhances the effect of other, therefore, the publication examines the environmental impact of field develop7ment on the environment.

Keywords: industrial waste, industrial wastewater, environmental impact of field development, an environmental disaster.

Bagrov Valery Vladimirovich, Ph.D. (Engineering), Deputy Director;

Kamrukov Alexander Semenovich, Ph.D. (Engineering), head of Department;

Kostritsa Vladimir Nikolaevich, Ph.D. (Engineering), leading engineer;

Tarasenko Alexei Miller, chief engineer.

Research Institute of power engineering, Moscow state technical University named after N. Uh. Bauman (MGTU im. N. E. Bauman). 105005, Russia, Moscow, Lefortovo St., D. 1. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Журнал «Вода Magazine», №9 (121), 2017 г.