Эколого-геохимическая оценка базовых компонентов окружающей среды горнопромышленного района (на примере ЗАО «Многовершинное»)

© Л.Н. Липина, Т.Н. Александрова, Н.И. Грехнев, 2013

УДК 504.06

Л.Н. Липина, Т.Н. Александрова, Н.И. Грехнев

ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА БАЗОВЫХ КОМПОНЕНТОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ГОРНОПРОМЫШЛЕННОГО РАЙОНА

Проведена эколого-геохимическая оценка атмосферы, гидросферы, почвогрун-тов, литосферы и растительности одного из горнопромышленных районов Хабаровского края. Выявлены приоритетные токсиканты и их формы. Комплексный анализ позволил выявить пространственно-временные параметры неблагополучных зон, что является основой для составления крупномасштабной экологической карты исследуемого района.

Ключевые слова: эколого-геохимическая оценка, токсичность, комплексный мониторинг.

В экологическом отношении рудные месторождения и их первичные ореолы представляют собой природные очаги химического загрязнения среды тяжелыми металлами, а возникающие при промышленном освоении продукты техноге-неза формируют химически опасные ореолы и потоки рассеивания, негативно влияющие на экологическое состояние экосистем [1]. Разработка месторождения полезного ископаемого приводит к изменению основных физико-химических свойств литосферы, в том числе её экологических функций — геодинамической, геофизической, ресурсной и геохимической. Изучение параметров геохимической функции литосферы и их изменения в процессе разработки месторождения является одной из целевых задач эколого-геохимической оценки их потенциальной или реальной опасности. Месторождения полезных ископаемых как потенциальный источник токсичных химических элементов и их соединений представ-348

ляют опасность для состояния и жизнедеятельности биоты и человека, в основном, при извлечении из недр Земли полезных ископаемых. Аномальные геохимические поля чаще связаны с изменением химии природной среды, а также накоплением в процессе переработки и обогащения первичного минерального сырья высокотоксичных подвижных соединений [2].

Большинство исследователей придерживаются следующего определения термина "геохимическое загрязнение" — это явление, действие или процесс, которые приводят к повышенному содержанию химических веществ или их дисбалансу в экосистеме, вызывая различные, противоречащие онто — и филогенезу изменения в биоте. Под «экологическим риском эксплуатации (освоения) месторождений полезных ископаемых» понимается риск геохимического техногенного загрязнения почвенного покрова и вод дренирующего речного бассейна, обусловленный, как специ-

фикой разрабатываемых месторождений (масштаб, минералого-геохи-мический состав, способ отработки), так и особенностями природных условий района расположения. Для однозначного понимания степени вредности разрабатываемых руд используется такое понятие, как экологичность руд — совокупность взаимосвязанных природных свойств (геоиндикаторов), характеризующих качество минерального сырья и определяющих степень его вредности, которая проявляется при переработке руд по конкретной технологии путем отрицательного воздействия на окружающую среду [по В.А. Ермолову].

Основным объектом исследования представлено одно из предприятий по переработке рудного золота Хабаровского края. Многовершинное рудное поле расположено в пределах Ульской вулкано-плутонической структуры у северного окончания Восточно Сихотэ — Алинского вулканического пояса. Технологическая схема переработки данной руды основана на процессе сорбционного цианирования.

Антропогенное воздействие горнодобывающих предприятий проявляется через набор факторов: выбросы поллютантов, сброс загрязненных сточных вод, изъятие земель из сельскохозяйственного оборота, изменение естественного режима и состава вод и т.д. Несмотря на широкий набор факторов, наиболее эффективно применяемых для оценки антропогенной нагрузки, выбросы загрязняющих веществ от стационарных источников являются предметом особого внимания. Поскольку именно выбросы наиболее быстро находят свое отражение на загрязнение атмосферы, почвы, вод, здоровье людей и т.д. [3].

Воздействие предприятия на воздушный бассейн

Уровень загрязнения воздушного бассейна определялся на основе расчетов приземных концентраций загрязняющих веществ в воздухе от источников загрязнения в соответствии с требованиями ОНД-86.

Расчеты выполнены с учетом физико-географических и климатических условий местности, фонового уровня воздушного бассейна, расположения и мощности предприятия. Уровень загрязнения рассчитан отдельно для каждого вредного вещества и групп веществ, обладающих эффектом сум-маций вредного воздействия. Расчеты выполнены на ЭВМ с использованием программного комплекса «Атмосфера» (версия 3.0). Коэффициент рельефа принят 1. Направление ветра во всех расчетах принято по среднегодовой розе ветров с перебором через 10е. В расчете учтены 91 источник выброса, в том числе 42 — организованных.

В атмосферу выбрасывается 44 наименования вредных веществ, которые образуют 8 групп суммаций: 25 (оксид азота + оксид углерода + гек-сан + формальдегид), 27 (свинец + + диоксид серы), 28 (серная кислота + + диоксид серы), 30 (диоксид серы + + сероводород), 31 (диоксид азота + + диоксид серы), 35 (диоксид серы + фтористые газообразные соединения), 39 (сероводород + формальдегид), 40 (азотная кислота + гидрохлорид + + серная кислота).

Анализ проводился по 13 расчетным точкам, определенных на границе санитарно-защитной зоны предприятия (СЗЗ), на границе селитебной зоны и на важных промышленных участках. Превышение ПДК наблюдается по пыли неорганической (до 2,

031 7 Гидроцианид(синильная кислота) 1ШШ 200П 3000 4000 5000 6000 7000 8000

ЩШ

1000 2000 3000 4000

5000 6000

7000 8000

I I I I

Р.ШЙ" 0,1

Рис. 2. Изолинии распределения гидроцианида в долях ПДК

87 ПДК, диоксиду азота и по группам суммаций 25 и 31).

Некоторые результаты программного расчета с визуализацией данных в редакторе «Экограф» представлены на рис. 1—2.

Анализ данных расчетного мониторинга показывает, что основной вклад в загрязнение атмосферы вносят такие источники загрязнения. как хвостохранилище и карьеры.

Одним из показателей химической активности атмосферы является коэффициент трансформации (КТ), который представляет собой отношение концентрации диоксида азота к концентрации суммы оксидов азота, находящегося в атмосфере. КТ является важной характеристикой атмосферы. Он указывает на химическую активность атмосферы и способность перерабатывать поступающие в нее продукты

выбросов [4]. Поэтому характеристика степени трансформации является важным дополнением к информации о качестве воздуха и должна учитываться при планировании размещения промышленных предприятий. В зоне действия исследуемого предприятия КТ составляет от 0,8 до 0,9, что свидетельствует о высокой степени химической активности атмосферы, обусловленной, возможно, что под влиянием ряда причин в атмосфере возникают новые катализаторы, ускоряющие интенсивность происходящих процессов, в том числе появлением в результате последовательных реакций или появлением других веществ, например, формальдегида. Воздействие предприятия на гидросферу

Расположение предприятия в ры-боохранной зоне Охотского моря

Таблица 1

Геохимические признаки для сопоставительного анализа экологичности изученных проб месторождения Многовершинное

Фактор сравнения Рудное тело

Оленье Фланговое Северное Центральное Верхнее

1 2 3 4 5 6

По вещественному составу

Пирит, % 1,1 2,07 1,23 0,73 2,75

Кварц и сростки, % 33,28 36,95 27,52 79,73 77,68

Карбонаты и сростки, % 0,24 2,06 — 1,25 —

Березит и сростки, % 16,54 12,12 28,35 — —

Полевые шпаты и сростки, % 20,03 10,74 9,92 5,41 6,46

Сопутствующие сульфиды 2пБ, СиРе2Бз, СиБ, Ре7Б8 2пБ 2пБ, РеДзБ, СиРеБ, Нд2Б РЬБ 2пБ СиБ

Породы исходные Андезиты Андезито-дациты Дациты и риодациты Андезиты Пирок-сениты и андезиты

По основности Ближе к средним Ближе к средним Ближе к кислым Ближе к основным Основные

Шламы, % 17,55 18,86 15,74 12,59 17,3

обуславливает жесткие требования к остаточной концентрации циан-со-держащих веществ в промышленных стоках ЗИФ. Для обезвреживания стоков на ЗИФ действует обезвреживающая установка для нейтрализации остаточного цианида гиплохлоритом кальция. В результате обработки простые и комплексные цианиды окисляются до цианатов. При этом катионы многих тяжелых металлов выпадают в осадок. Производственные сточные

воды, образующиеся на фабрике, сбрасываются в хвостохранилище до-линно-речного типа. В ручей ежегодно поступает значительное количество дренажных вод из хвостохранили-ща, не улавливаемых дренажными сооружениями — аккумулирующим прудком и дренажной галереей.

По результатам опробования шахтных вод установлено превышение концентраций по отношению к ПДК рыбохозяйственных водных

Рис. 3. Гистограмма распределения частиц

объектов по взвешенным веществам, сульфатам, меди, железа, цинка, нефтепродуктов, марганца. Значительный вклад в загрязнение поверхностных вод вносит неорганизованный сброс с территории производственных площадок предприятия. В поверхностных стоках отмечается превышение ПДС для рыбохозяйствен-ного водопользования по взвешенным веществам, нефтепродуктам,

БПКп

тяжелым металлам (железу,

меди, цинку, марганцу, свинцу) и фенолу [5].

Воздействие предприятия на литосферу и почвы

На основании проведенных в ИГЛ ДВО РАН минералого-технологи-ческих исследований [6] геологических проб из рудных тел Оленье, Фланговое, Северное, Центральное, Верхнее месторождения Многовершинное, выявлено, что из сульфидов в пробах преобладает пирит, присутствует халькозин. Золото — знаки и чешуйки светло-желтого цвета с не-

ровными краями и поверхностью, иногда с красноватым оттенком. Среди породообразующих минералов развиты пироксены, эпидот, присутствует циркон, шеелит (табл. 1). В легкой фракции преобладает (до 65%) кварц, до 10% ожелезненного кварца, до 2% минералов марганца. Пирит развит повсеместно. Руды месторождения по особенностям вещественного состава можно отнести к золото-адуляр-халцедон-кварцевой или убогосульфидной формации, золото-галенит-сфалерит-халькопиритовому минеральному типу.

Анализ исходного вещественного и химического состава руд, позволяет установить предпосылки геохимических аномалий и причины возникновения вторичных минералов в зоне гипергенеза. На динамику процессов в отходах обогащения и почвах существенное влияние оказывают гранулометрический состав: тонкодисперсные материалы заметно обогащены ТМ

Рис. 4. Изменение Кпоа элементов в почвогрунтах по точкам отбора

К

^под

0,9 0,8

0,7

0,4 0,3

ИМИ

К1 подвижная- биогенная В К2 водорастворимая-биогенная  КЗ подвижная-биогенная

Рис. 5. Коэффициенты корреляции по элементам

1-Zn, 2-Cu, 3-Sb, 4-Mn, 5-Fe

Ккоп.

по сравнению с грубым материалом. Анализ гранулометрического состава «хвостов» обогащения с использованием лазерного анализатора частиц (Анализетте 22) показал преобладание мелкодисперсной фракции (средний арифметический диаметр от 14,5 до 19,2 цш, удельная поверхность 5441-7042-1/м). Гистограмма распределения частиц по размерам приведена на рис. 3.

Анализ проб почвогрунтов, отобранных в 2008—2010 гг. проводился с использованием стандартных методик, элементный состав твердых проб определялся ренгено-флуорес-центным методом, жидких экстрактов — масс-спектроскопией со связанной плазмой. Подвижные формы определялись методом водной и солянокис-лотной групповой экстракции (1М HCl) с последующей сорбцией металлов из экстрактов активированным углем. Коэффициент подвижности

Кп

рассчитывался как отношение

содержание элемента в жидком экстракте к исходному содержанию в навеске. Изменение Кпод по точкам отбора (2010 г.) по элементам приведено на рис. 4.

Анализ динамики Кпод по годам (за 3 года) показал их увеличение для Си, 7п, Ре, Мп, РЬ, что свидетельствует о геохимических процессах, обусловленных гидролизом, окисли-тельно-востановительными реакциями и другими физико-химическими процессами.

В точках отбора почвогрунтов проведен также отбор проб смешанной растительности. Установлены высокие корреляционные связи между содержанием металлов в подвижной форме в почвогрунтах и в образцах растительности (рис. 5).

Таким образом, выполнен этап эколого-геохимической оценки, который позволил выявить пространственно-временные параметры небла-

0,6

0,5

0,2

0,1

0

гополучных зон горнопромышленного района, что является основой для составления крупномаштабной экологической карты исследуемого района. Сложная методика составления экологических карт не позволяет в полной мере применять достижения ГИС — технологий. В экологическом картографировании часто отсутствует достоверная информационная база. Информация ограничена, недоступна разработчикам карт, преодоление этих проблем возможно путем созда-

ния собственного комплексного геоэкологического мониторинга. Мониторинг антропогенного воздействия горных предприятий должен иметь комплексный характер, базироваться на специализированной ГИС, включающей блок обработки и визуализации геоэкологической информации, что позволит обеспечить решение задач по эффективному экологическому менеджменту и минимизации негативного воздействия на окружающую среду.

1. Александрова Т.Н., Л.Т. Крупская, Л.Н. Липина. Оценка хвостохранилищ золо-тоизвлекательных фабрик — потенциального резерва золотодобычи и источника негативного воздействия на окружающую сре-ду//известия вузов Горный журнал. 2008, № 6.— С.39—42.

2. Беляев А.М. Принципы эколого-геохимической оценки потенциальной опасности промышленных месторождений твердых полезных ископаемых // Материалы VI Межвузовской молодежной научной конференции "Школа экологической геологии и рационального недропользования" СПб, СПбГУ, 2005 г., с. 78—95.

3. Яницкий Е.Б. Геоэкологическая оценка и мониторинг антропогенного воздействия горной промышленности Курской магнитной аномалии с использованием геоин-

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

формационных систем примере Староос-кольско-губкинского района) Автореферат дисс. канд. геог. наук 25.00.36, Астрахань,

2009 — 23 с.

4. Безуглая Э.Ю. Качество воздуха в крупнейших городах России за 10 лет // ГУ «ГГО». Росгидромет, 2009.

5. Александрова Т.Н., Липина Л.Н., Крупская Л.Т. Оценка влияния природно-горно-технических систем при рудной золотодобыче на окружающую среду // Горный информационно-аналитический бюллетень.

2010 № 6. С. 286-292.

6. Ятлукова Н.Г., Александрова Т.Н. «Выполнение работ по определению технологических параметров обогащения 3 проб руды месторождения «Многовершинное». Иф. записка по хоз. договору. Хабаровск, 2008. — 89 с. ЕШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Липина Л. Н. — старший инженер, lipina@igd.khv.ru,

Александрова Т.Н. — доктор технических наук, заведующая лабораторией, IGD@rambler.ru, Грехнев Н.И. — кандидат геолого-минералогических наук, заведующий лабораторией, grh@igd. khv.ru,

Институт горного дела ДВО РАН.

^___