Оценка загрязнения тяжелыми металлами экосистем районов золотодобычи (на примере Кербинского прииска)

УДК 502.55:620.26 Е.А. Чумаченко

ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ ЭКОСИСТЕМ РАЙОНОВ ЗОЛОТОДОБЫЧИ

Проведена оценка техногенного загрязнения природных систем тяжелыми металлами, в том числе ртутью, в процессе золотодобычи, предложены мероприятия для снижения негативного воздействия горного объекта и его отходов на компоненты биосферы.

Семинар № 10

ЖЭ процессе освоения золото-

россыпных месторождений длительное время использовалась технология амальгамации для извлечения полезного компонента. Ртуть прочно удерживается почвенным покровом, донными отложениями водоемов и водотоков [1]. Поэтому территории традиционной золотодобычи характеризуются сильным ртутным загрязнением, оказывающим негативное воздействие на экосистемы. Необходимость проведения научно-

исследовательской работы связана с тем, что в районе нашего исследования специально не изучалась степень воздействия поллютантов, в т. ч. ртути и других металлов, на почвы и биоту при освоении минерального сырья. Отсутствуют радикальные способы защиты экосистем от деградации в условиях горного производства.

В связи с этим возникает необходимость оценить техногенное загрязнение природных систем тяжелыми металлами, в том числе ртутью, в процессе золотодобычи для обеспечения социальной и экологической безопасности горного производства, что и явилось целью исследований.

Исходя из цели исследования, определены следующие задачи:

1. Анализ, обобщение и систематизация литературных данных по названной проблеме;

2. Оценка современного состояния горнопромышленных территорий и экосистем;

3. Разработка предложений по снижению техногенного загрязнения на объекты окружающей среды.

Исследования проводились с 2003 по 2006 гг. в зоне влияния Кербинского прииска Хабаровского края (р-н Полина Осипенко, п. Бриакан), на территории недавно сгоревшей шлихообогатительной установки (ШОУ).

Методологической основой исследований послужило учение академика В.И. Вернадского о биосфере и ноосфере, а также основные положения, изложенные в "Программе и методике изучения техногенных биогеоценозов" (Колесников, Моторина, 1978).

В процессе экспедиционных и полевых исследований образцы почво-грунтов, донных отложений, растительности анализировались с использованием современных инструментальных и традиционных физико-химических и химических методов. Отбор проб проводился радиальным методом: в центре шлихообогатительной установки, а также на расстоянии 100 м и 300 м от центра, по сторонам света (север, восток, юг, запад). Тяжелые металлы определялись на

Содержание тяжелых металлов в почвогрунтах зоны влияния ШОУ Кербинского прииска

Тяжелый металл Аномальные концентрации в 2005 г, мг/кг Аномальные концентрации в 2006 г, мг/кг ПДК, мг/кг

Мп 360 605-1245 400

7п 68-154 36-205 23

Си 4-15,6 4-32 3

РЬ 8-411 7-78 6

N1 — 17 4

атомно-абсорбци-онном спектрофото- метре, ртуть - на анализаторе «Юлия -

Рис. 1. Содержание меди в почвах на глубине 0-10 см на расстоянии 100 м и 300 м, 2005 г.

Рис. 2. Содержание меди в почвах на глубине 10-20 см на расстоянии 100 м и 300 м, 2005 г.

Рис. 3. Содержание меди в почвах на глубине 0-10 см на расстоянии 100 м и 300 м, 2006 г.

со ІН

с га со 3\ 4. #3> / Восток \\'4 14,7

Юг?,6

-100 м — 300 м

Север

Юг

Восток

11,5

-♦— 100 м —— 300 м

2К».

Изучение проблемы техногенного загрязнения экосистем в исследуемом районе свидетельствует о том, что главным негативным источником воздействия на них по праву являются отходы шлихообогатительной установки ШОУ). Они оказывают негативное (воздействие на ландшафт и недра, водную и воздушную среду, флору и фауну.

Опасность отходов горного предприятия определяется не только большим количеством в них минералов, содержащих токсичные элементы, но и вы-

Север

Север

10,8

^/6,8 \ Запад 20\2^ > Восток

143

^^5//

6,6

Юг

—ф— 100 м —— 300 м

Север

100 м —— 300 м

Рис. 4. Содержание меди в почвах на глубине 10-20 см на расстоянии 100 м и 300 м, 2006 г.

Рис. 5. Содержание цинка в почвах на глубине 0-10 см на расстоянии 100м и 300м, 2005 г.

Рис. 6. Содержание цинка в почвах на глубине 10-20 см на расстоянии 100 м и 300 м, 2005 г.

Рис. 7. Содержание цинка в почвах на глубине 0-10 см на расстоянии 100 м и 300 м, 2006 г.

вижной воднорастворимой форме. Минеральный

состав их (хвосты обогащения) разнообразен. В россыпи Кербинского прииска, например, присутствует несколько минеральных ассоциаций: гранат - магнетит - ильмени-товая, золотокварцевая,

вольфрамитовая.

Главными минералами являются: вольфрамит, ильменит, магнетит, гранат, гематит. Широко распространен лимонит. Второстепенное значение имеют: касситерит, арсенопирит, галенит, эпидот, циркон, пироксен [2]. Результаты исследования показали, что извлекаемые на дневную поверхность значительные объемы горных пород, размещаемых как во внешних отвалах, так и в выработанном пространстве, занимают до 70 % нарушенной земной поверхности.

С учетом геохимического загрязнения эта площадь уве-

100 м

300 м

Север

1,1

Запад < 1 36> \ Восток

71 17 205

Юг

—ф—100 м — 300 м

Север 1,1

Запад 1 36 ^ Восток

71 205

Юг

ф 100 м —- 300 м

Север

-ф—100 м —и— 300 м

Север

-ф—100 м —и— 300 м

личивается в 5-7 раз. 342

Рис. 8. Содержание цинка в почвах на глубине 10-20 см на расстоянии 100 м и 300 м, 2006 г.

Рис. 9. Содержание свинца в почвах на глубине 0-10 см на расстоянии 100 и 300 м, 2005 г.

Рис. 10. Содержание свинца в почвах на глубине 10-20 см на расстоянии 100 м и 300 м, 2005 г

Рис. 11. Содержание свинца в почвах на глубине 0-10 см на расстоянии 100 м и 300 м, 2006 г.

Установлены закономерности распределения тяжелых металлов в цепи: отходы

«хвосты» ^ донные отложения ^ почва ^-корни ^ листья (рис. 13).

В почвах исследуемого объекта были выявлены

аномальные концентрации тяжелых металлов (таблица), в том числе в подвижной форме (рис. 1-12).

Результаты исследований свидетельствуют о том, что загрязнение почвенного покрова токсичными элементами в подвижной форме происходит в северо-восточ-ном направлении (по розе ветров). Выявлена наибольшая концентрация металлов в корнях растений (рис. 13).

Рассмотрено также накопление ртути в почвах и растительности. Кларк ртути в почвах, по современным данным, составляет 0,02 мг/кг.

Согласно рис. 14, 15, уровень ртутного загрязнения

исследуемых почв можно

зовать как сильный. В то же время, в западном и южном направлениях мечаются понижение содержание ртути согласно розе ветров, в отличие от верного и восточного.

Концентрация ртути превышает фоновую:

^ в 14 раз в северном направлении, ^ в 11 раз в восточном направлении,

^ в 10 раз в южном направлении,

^ в 2 раза в западном направлении.

Наши данные показывают, что в вогрунтах аномальная концентрация

Рис. 12. Содержание свинца в почвах на глубине 10-20 см на расстоянии 100 м и 300 м, 2006 г.

Рис. 13. Накопление тяжелых металлов объектами природной среды в зоне влияния Кербинско-го прииска

ртути

на в зоне влияния гатительной установки, т. е. там, где непосредственно использовалась амальгама ртути. На небольших ках наблюдаются открытые скопления

лической ртути. На глубине 0-10 см ее концентрация ставила 2 мг/кг, что шает фоновую

цию в 12,5 раза. На глубине 10-20 см содержание И§ ходится в пределах 1,95 мг/кг, что выше фоновой в 87 раз.

Для большинства почв характерно наибольшее обогащение ртутью верхней части почвенного профиля. Она накапливается в илистой и мелкопылеватой фракциях почв, что связано с прочным закреплением ее мусовы-ми веществами [3].

Исследованиями установлено, что донные отложения являются одним из самых уязвимых компонентов окружающей среды. Содержание тяжелых металлов в них следующее: ртуть - 2,1 мг/кг, цинк - от 32 до 169 мг/кг, медь -от 34,3 до 54,7 мг/кг, марганец- 676 мг/кг, свинец - от 29 до 45,6 мг/кг.

Рис. 14. Сравнение содержания ртути в почвогрунтах зоны влияния Кербинского прииска на глубине 0-10 см с фоновой концентрацией

Рис. 15. Сравнение содержания ртути в почвогрунтах зоны влияния Кербинского прииска на глубине 10-20 см с фоновой концентрацией

Рис. 16. Содержание ртути в надземной и подземной частях растений

Выявлено накопление тяжелых металлов, в т.ч. ртути, лишайниками и мхами соответственно: 1,68 мг/кг и 0,85 мг/кг; Мп - 512 мг/кг, Си - 28 мг/кг, Бе -861 мг/кг, 2п - 74 мг/кг, N1 - 8 мг/кг. Полученные данные согласуются с результатами Г.Н. Аношина, И.Н Маликова и др. (1995). Установлена зависимость между накоплением ртути надземной (листья) и подземной частями (корни) растений (рис. 16).

Подземная часть растений накапливает больше ртути, и может являться барьером на пути проникновения токсичного металла в растительный организм.

Таким образом, экспедиционные и полевые исследования, проведенные в 2003-2006 гг., свидетельствуют о том, что наиболее экологически напряженная ситуация складывается в окрестностях золотодобывающего предприятия, их шлихообогатительных установок, дражных котлованов, а также в местах скла-

дирования отходов. Происходит интенсивное накопление тяжелых металлов объектами природной среды в исследуемом районе. Выявлена индикаторная роль мхов и лишайников. Наибольшую антропогенную нагрузку испытывают корни растений, которые являются барьером для проникновения ртути в растение.

Для снижения негативного воздействия горного объекта и его отходов на компоненты биосферы нами предлагаются следующие мероприятия:

1. Повышение комплексности освоения минерального сырья, внедрение малоотходных технологий добычи и его переработки;

2. Формирование замкнутых технологических циклов;

3. Исследуемые техногенные объекты должны стать первоочередными для последующей очистки от ртутного

загрязнения территории горнопромыш- ленного освоения

1. Сидоров Ю.Ф., Крупская Л.Т., Поздняков А.М., Саксин Б.Г. Прогнозная экологическая оценка техногенного загрязнения ртутью экосистем районов золотодобычи юга Дальнего Востока. Хабаровск: Изд-во ХГТУ, 2003. -31 с.

2. Крупская Л. Т., Бондаренко Е, Мирошниченко Е., Ершов М., Биткина Т., Чу-маченко Е.А. Отходы горного производства как основной источник загрязнения экосистем на юге ДВ // Проблемы экологии рационального природопользования и безопасности жизнедеятельно-

--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

сти: юбил. сборник студ. работ, посвященный 30-летию кафедры «Экологии и БЖД», ДВЛТИ, 2005.-С. 10-17.

3. Янин Е.П. Ртуть в окружающей среде промышленного города. - М.: ИМГРЭ, 1992.167с.

4. Аношин Г.Н., Маликова И.Н, Ковалев С.И., Андросова Н.В., Сухоруков Ф.В, Цибуль-чик В.М., Щербов Е.Л. Ртуть в окружающей среде юга Западной Сибири // Химия в интересах устойчивого развития. Т3, 1995, №1-2. С. 69-111. ЕШ

— Коротко об авторе -------------------------------------------------------------------

Чумаченко Е.А. - аспирантка, преподаватель кафедры «Экология и безопасность жизнедеятельности», Тихоокеанский государственный университет.

Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 10 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. Е.А. Ельчанинов.

----------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

Автор Название работы Специальность Ученая степень

ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ НЕДР РАН

САВИНСКИЙ Павел Оценка влияния сорбции ПАВ углем на его прочность при предварительном увлажнении 25.00.20 к.т.н.