Проблемы организации горно-экологического мониторинга экосистем зоны влияния хвостохранилищ с токсичными отходами переработки оловорудного сырья

© Л.Т. Крупская, М.Б. Бубнова, Д.Г. Новороцкая, 2012

УЛК 504.062.36

Л.Т. Крупская, М.Б. Бубнова. А.Г. Новороцкая

ПРОБЛЕМЫ ОРГАНИЗАЦИИ ГОРНО-ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ЭКОСИСТЕМ ЗОНЫ ВЛИЯНИЯ ХВОСТОХРАНИЛИЩ С ТОКСИЧНЫМИ ОТХОДАМИ ПЕРЕРАБОТКИ ОЛОВОРУДНОГО СЫРЬЯ

Рассмотрены проблемы организации горно-экологического мониторинга изменения экосистем зоны влияния хвостохранилиша в токсичными отходами. Ключевые слова: горно-экологический мониторинг, экосистемы, хвостохранилише.

Уже сегодня мировое сообщество вынуждено решать глобальную проблему освоения полезных ископаемык в любом регионе планеты, в том числе и на Дальнем Востоке, таким образом, чтобы с одной стороны можно было бы развивать горнопромышленное производство, а с другой - не нарушать экологического равновесия в природе. Разработка любого месторождения в экологическом плане всегда представляет собой развитие во времени и пространстве природно-горнотехнической системы, в которой обе составляющие находятся в антагонистическом противоречии. Известно, что локальное негативное воздействие процессов освоения минеральнык ресурсов на компоненты биосферы исследуется на протяжении многих лет. Однако интегральное влияние изучено пока недостаточно. Широкое варьирование природно-климатических и социально-экономических условий в Дальневосточном регионе предполагает необходимость выдвижения территориального аспекта в число важнейших факторов, определяющих структуру мероприятий по обеспечению экологической безопасности горного предприятия. Наращивание темпов горно-

добычных работ здесь способствовало масштабному негативному изменению всех компонентов биосферы. Наибольший риск и опасность представляет хвостохранилище известного в прошлом Солнечного горно-обогатительного комбината, когда-то флагмана в сфере цветной металлургии СССР, который не смог справиться с экономическими трудностями переходного периода, был признан банкротом и прекратил своё существование. Специфика добычи и обогащения оловянной руды на этом предприятии заключалась в извлечении и переработке огромного объема горной массы, что позволяло использовать лишь небольшую часть извлекаемой горной породы, а оставшаяся часть накапливалась в виде техногенных отходов, так называемых "хвостов", размещенных в специальном сооружении, называемом хвостохра-нилищем. Прекращение деятельности Солнечного ГОКа и дальнейшее осушение хвостохранилища породило мощную экологическую проблему -пылевое загрязнения п.г.т. Солнечный (расположенного в 3 км от него) и прилегающих ландшафтов отходами обогащения. К сожалению, своевременно поверхность хвостохранилища

ЦОФ Солнечным ГОКом, а позднее ООО "ДВГК" не была рекультивирована, вопреки законодательству РФ, согласно которому недропользователь обязан провести консервацию техногенного объекта, несмотря на прекращение его деятельности. В связи с этим целью исследования явилось выявить проблемы и экологически обосновать организацию и ведение горно-экологического мониторинга (ГЭМ) изменения экосистем зоны влияния хвосто-хранилища (на примере ЦОФ «Солнечный ГОК), содержащего токсичные отходы переработки оловорудного сырья, учитывающего специфику площадного воздействия на компоненты природной среды. Исходя из цели исследования, определены следующие задачи:

1. Проанализировать, обобщить и систематизировать литературные данные и материалы патентного поиска по названной проблеме;

2. Оценить влияния хвостохрани-лища на объекты окружающей среды;

3. Разработать принципы постановки первого этапа регионального горно-экологи-ческого мониторинга в зоне влияния хвостохранилища с токсичными отходами обогащения олово-рудного сырья;

4. Предложить предварительный вариант технологии проведения мониторинговых исследований, связанных с изменением экосистем от техногенного объекта (методика, состав и периодичность наблюдений), учитывающий специфику техногенных потоков, сформированных при эксплуатации исследуемого минерального сырья.

В процессе исследований использован следующий комплекс основных методов и методических приемов: системного анализа, обобщения теоретических и экспериментальных исследований, научного прогнозирования и др. В процессе исследований нашли при-

менение главный и определяющий системно-комплексный подход, современные инструментальные и традиционные физико-химические и химические, а также биологические методы.

Обобщение и систематизация литературных данных и материалов патентного поиска свидетельствуют о том, что, несмотря на многочисленные работы в сфере мониторинга, оценки качества и управления охраной окружающей среды, в том числе в условиях горного предприятия (Израэль, 1977, 1984; Бурдин, 1985; Герасимов, 1989; Реймерс, 1993; Осипов и др., 2001, Певзнер и др., 2001 и др.), проблема мониторинга состояния окружающей среды на горнодобывающих предприятиях, включая те, которые признаны банкротами в связи с экономическими трудностями переходного периода, осталась практически не изученной. Вопросы влияния горного производства на природную среду рассматривались в работах Г.Г. Мирзаева, Н.В. Мельникова, М.И. Агошкова, Ю.П. Галченко, Б.А. Иванова, М.Е. Певзнера, В.П. Мязина, Ю.М. Овешникова, Б.Г. Сак-сина, Л.Т. Крупской и др. Установлено, что исследования локального уровня ведомственно разобщены и не направлены на создание системы контроля, обладающей универсальным характером и адаптированной к условиям конкретного региона. Важной государственной задачей современного периода является улучшение экологической ситуации в регионах не только с развитой горнодобывающей промышленностью, но и на прекративших свою деятельность горных объектах, таких, как «Солнечный ГОК», где бесконтрольными остались хвостохранилища и накопившиеся в них в ходе функционирования токсичные отходы. Для её решения необходимо получить надежную и своевременную информацию о состоянии природной среды в условиях гор-

ных предприятий и достоверные данные о тех её изменениях, которые происходят в настоящее время или произойдут в обозримом будущем. Без этого невозможно разработать необходимый комплекс мероприятий по обеспечению экологической безопасности отходов горного производства. Подобные данные получают путем организации системы мониторинга, учитывающего специфику техногенного загрязнения территории. Авторы статьи, опираясь на многочисленные научные собственные исследования, а также опыт предшественников в различных рудных районах России и зарубежья, обосновывают необходимость организации специальной подсистемы экологического мониторинга - горно-экологического мониторинга в зоне влияния хвостохранилища, содержащего токсичные отходы переработки оловоруд-ного сырья.

Оценивая влияние хвостохранилища ЦОФ «Солнечного ГОКа» [1], следует отметить, что построенное по проекту института Гипроникель, этот гидротехнический объект введен в действие в 1969 г. Намывное, косогорного типа, сооружение, было предназначено для складирования отходов рудообогаще-ния ЦОФ (отвальных «хвостов»). Приуроченное к правому борту долины р. Холдоми, оно расположено на отметках 286-303 м, 6500 м юго-западнее места слияния р. Холдоми и Силинки. На противоположном борту долины, на более высоких отметках находится горняцкий поселок Солнечный. Несмотря на это, шлейф продуктов пылящей поверхности после осушения хвостохранилища в 2001 г. стал накрывать населенный пункт (особенно в летнее время). В нем накоплено более 16 млн м3 отходов. Химический их состав представлен оловом, медью, цинком, свинцом, мышьяком, серой, висмутом, кадмием, кобальтом, никелем, хромом, ванадием

и молибденом. Важным компонентом являются сульфиды, в сумме составляющие 4,58 %. Пыль, являясь основным загрязнителем атмосферного воздуха, содержит повышенные концентрации токсичных металлов, в 7-45 раз превышающие ПДК. Биогеохимическое изучение объектов природной среды в окрестностях хвостохранилища позволяет утверждать о глубоком их вовлечении в геохимический круговорот. В настоящее время оно находится в стадии активного формирования и интенсивного воздействия на экосистемы. Из тела этого объекта выделяется к его поверхности большое количество не только различных газов, но и токсичных химических элементов, о чем свидетельствуют исследования снежного покрова в зимне-весенний период. В его водорастворимой фракции обнаружены элементы канцерогенного (кадмий, никель) и неканцерогенного характера (медь, свинец, хром, кобальт, сурьма и др.). Формирующиеся ореолы и потоки загрязняющих веществ распространяются природными миграционными механизмами. Установлена высокая степень накопления токсикантов не только в почвах, донных отложениях, но и биоте. Выявлено, что их содержание от 2 до 50 раз больше по сравнению с данными фоновых территорий.

Таким образом, экспериментально доказано, что хвостохранилище является источником техногенного загрязнения экосистем за счет возникающих геохимических потоков. В связи с этим возникает необходимость создания и развития системы горно-экологического мониторинга (ГЭМ) в зоне его влияния для обеспечения экологической безопасности и рационального использования природно-ресурсного потенциала, практической реализации принципов устойчивого развития региона. При разработке первого этапа

Зависимость выноса тяжелых металлов во взвешенном состоянии на расстояния от начала техногенного потока р. Силинки

ГЭМ предполагается решить следующие задачи: 1) обосновать рациональное размещение сети пунктов мониторинга, опираясь на бассейновый принцип миграции вещества и энергии с континента; 2) определить объекты опробования и контролируемые параметры, увязав используемую технологию работ с минералого-геохи-мическими особенностями оловоруд-ного сырья и природными условиями формирования техногенных потоков; 3) определить необходимую периодичность опробования различных компонентов природной среды; 4) обосновать виды аналитических исследований. В основу разработки технологии ГЭМ положены следующие принципы: 1. Учет реальной сложившейся экологической обстановки в исследуемом районе (т.е. существующих, вероятных и будущих экологических проблем, связанных с влиянием хвостохранилища, содержащего токсичные отходы); 2. Мини-

мизация объемов работ (площадей, точек наблюдений), направленных на исследование изучаемого типа площадного техногенного загрязнения; 3. Использование существующих пунктов Государственного мониторинга с организацией на них недостающих видов исследования; 4. Проведение на всех пунктах ГЭМ единообразного опробования необходимых компонентов природной среды с предлагаемой периодичностью, а также обоснование состава работ на пунктах; 5. Учет существующих требований, предусмотренных действующими инструкциями.

В качестве объектов опробования рекомендуется, кроме поверхностных вод, использовать почвы, как основного объекта окружающей среды, депонирующего различные виды загрязнения и выполняющего при этом роль, как буфера, так и детоксиканта, а также донные осадки, отложения местных водотоков, формирующиеся

в условиях активного водообмена, обладающие высокой способностью к накоплению многих химических токсичных элементов. Одна из главных особенностей воздействия горных предприятий на характер миграции элементов в водных системах - резкое увеличение доли взвесей. По мнению М.Б. Бубновой [2] (рисунок), в поверхностных водотоках исследуемого района преобладают взвешенные формы нахождения элементов и их соединений (70-90 %). Однако существующей системой мониторинга они не учитываются. Переходу химических элементов в водные потоки способствуют природно-климатические особенности Хабаровского края с характерным для этого региона влажным муссонным климатом. Важное значение при этом имеют температурные контрасты, предопределяющие усиление процессов окисления сульфидных руд в зоне гипергенеза и формирование ионных растворов металлов. Авторы считают целесообразным определение интегрального содержания химических элементов как в растворенной, так и во взвешенной формах в процессе проведения горно-экологического мониторинга в случае, если основная масса (> 50 %) солей тяжелых металлов (РЬ, 2п, аб, Си, Ре, Мп и др.) в воде находится во взвешенном состоянии, и доля растворенных форм по ряду химических элементов может быть повышенной.

Таким образом, в зоне влияния хво-стохранилища необходимо изучение, прежде всего, взвешенных форм переноса элементов. Для более объективной оценки загрязнения водных потоков важно проводить анализ сухого остатка, а также твердого осадка снеговой воды. Почвы в соответствии с ГОСТ 17.4.1.02-83 и ГОСТ 17.4.0385 подлежат контролю на следующие металлы: РЬ, 2п, Си, аб, С<^ Нд, БЬ.

Техногенное загрязнение почв (в т.ч. химическое), как правило, носит площадной характер. Для выявления природы загрязнения почв предлагается использовать коэффициент техногенного загрязнения почв (Кт), который вычисляется по величине отношений концентраций химического элемента или комплекса элементов-загрязнителей, зафиксированных в горизонте А1 к горизонту В:

Кт = С,Л1/ С В , Кт = ЖТ[.

Однако, учитывая разобщенность площадей оценки и разнообразие элементов-загрязнителей, относящихся к тому же к различным классам опасности, требуется разработка более универсальных критериев и показателей эколого-геохимической оценки отдельных компонентов или среды в целом.

В качестве площадного показателя оценки геохимического загрязнения почв в горнодобывающих районах предлагается индекс техногеохимиче-ского загрязнения (Лз), отражающий соотношение показателя суммарного загрязнения с элементами различного класса опасности, приведенных посредством выравнивающих коэффициентов к одному уровню:

Зз = 62с / 2п1 + 3п2 + 6п3.

Известно, что степень экологической опасности хвостохранилищ с токсичными отходами определяется их многофакторным (во многом геохимическим) воздействием на все элементы окружающей среды. Основными видами негативного геохимического воздействия являются: 1. Загрязнение атмосферного воздуха пылевыми выбросами при пылении отвалов; 2. Загрязнение поверхностных и подземных вод дренажными и сточными сливами; 3. Загрязнение почв отходами добычи и переработки руд.

В ходе распространения химических элементов (и соединений), поступающих от техногенных источников (объектов) в окружающую среду образуются ореолы и потоки рассеяния, сходные с природными геохимическими аномалиями. Так, пылевые выбросы формируют контрастные площадные аномалии в почвах. Дефляция и размыв отвалов и хвостохранилищ создают значительные по размерам потоки рассеяния и сравнительно локальные ореолы рассеяния в почвах. Опыт эколого-геохимических исследований показывает, что техногенные аномалии характеризуются целым рядом специфических особенностей, в числе которых: 1) необычность состава спектра и ассоциативность химических элементов; 2) высокая пространственно-временная изменчивость (вариативность) распределения химических элементов даже в пределах небольших участков; 3) появление специфических форм нахождения химических элементов.

В связи с тем, что экологически наиболее существенна та часть от общего объема токсикантов, которая мигрирует в транспортирующих средах (воздух, вода), а депонирующие среды оказывают опосредованное воздействие, техногенное загрязнение в процессе ГЭМ предлагается изучать в последовательности:

1. Загрязнение атмосферы (считается экологически наиболее опасным, так как обладает прямым воздействием на человека). Значительное загрязнение воздушного бассейна связано с влиянием хвостохранилища. На их поверхности образуются так называемые "сухие пляжи", которые длительное время остаются эрозионно опасными. Сухая поверхность хвостохранилищ даже при незначительных скоростях ветра является источником пылеразноса. Если организация систематических наблюдений непосредственно за воздушной

средой будет сложна в исполнении, то возможно оценить загрязнение воздушного бассейна косвенно, главным образом по почвам. Есть также принципиальная возможность изучения воздушных потоков зимнего периода путем опробования снежного покрова.

2. Загрязнение почвенного покрова. Главным источником поступления элементов-токсикантов на земную поверхность района исследования являются пылевые выбросы, связанные с пылением хвостохранилищ. Специфика почв, как объекта горно-экологического мониторинга определяется их местом и функциями в биосфере. Почвы являются основным объектом окружающей среды, депонирующим различные виды загрязнения и выполняющим при этом роль, как буфера, так и детоксиканта. Находясь на пересечении транспортных путей миграции загрязняющих веществ, почвы препятствуют их дальнейшему распространению, интенсивно их аккумулируют, сорбируют. Аккумуляция токсикантов и продуктов их превращения в почве приводит к изменению её химического, физического и биологического состояния, деградации и, в конечном итоге, разрушению [3]. Эти негативные изменения могут сопровождаться токсичным воздействием почв на другие компоненты экосистем - биоту (в первую очередь, видовое разнообразие, продуктивность и устойчивость фитоценозов), поверхностные и грунтовые воды [4].

3. Загрязнение поверхностных вол. Поверхностные водотоки принимают на себя значительную часть техноген-но-геохимической нагрузки и являются наиболее чувствительными индикаторами химического загрязнения. Загрязняющие вещества устойчиво фиксируются в донных осадках, паводковых отложениях, водной растительности и воде [5].

В качестве пунктов наблюдений могут рассматриваться существующие и проектируемые гидрометеорологические посты и станции, а также пункты наблюдения за природной средой (Росгидромета и других организаций). В определенном смысле точки наблюдений должны быть похожи на места расположения уровневых или уклонных постов, гидрологических створов и других мест измерения, принятых в Росгидромете. Их пространственная и высотная привязки обязательны. Они должны составить основу для планирования про-ектно-изыскательских, научно-исследовательских и различного рода технических работ, а также исследований по программе мониторинга. Эти данные определяют расположение и другие характеристики всех видов работ по оценке состояния воздушных и водных объектов от эпизодических съемок до станций, т.е. пунктов, где данные точек наблюдения собираются, обрабатываются и передаются в центр. Заложение сети постоянных площадей, пунктов наблюдения и мест опробования осуществляется с учетом контроля источников воздействия на среду, контроля природной среды на расстояниях от источников воздействия, где оно не должно прослеживаться на уровнях, превышающих ПДК, ведения наблюдений на фоновых участках вне зоны возможного воздействия и доступа людей и технических средств в пункты наблюдений.

Таким образом, реально выполняемый в настоящее время состав работ на пунктах наблюдения Государственного мониторинга не включает отбор и анализ проб донных осадков и почвенного покрова, который, учитывая высокую эффективность этого способа для изучения техногенных потоков, обязательно проводят при экологических исследованиях районов эксплуатации месторождений минерального сырья. При анализе проб воды не исследуется та-

кой важный для горнорудных районов показатель как химический состав сухого остатка (известно, что в этих районах от 60 до 80 % экологически опасных и токсичных элементов переносятся водой не в растворенной, а во взвешенной формах - коллоидные и тонкодисперсные частицы). Поверхностные воды, дренирующие рудный район, имеют высокий природный геохимический фон и отражают в общих чертах состав руд разрабатываемых месторождений. Кроме того, они являются компонентом природной среды, который транспортирует загрязнение на большие расстояния от мест добычи минерального сырья и создает вторичные источники длительного, неконтролируемого, негативного воздействия в донных осадках. Поэтому необходима с одной стороны достаточно представительная сеть наблюдений (измерений), а с другой - изучение наиболее важных факторов воздействия на состояние среды. С этой целью устанавливаются источники загрязнения, и составляется список загрязняющих веществ, подлежащих определению в разных средах, а также определяется их вклад в изменение природной среды исследуемого района. Для этого используется комплексный показатель, учитывающий вероятность возникновения данного негативного здесь события, а также вероятный ущерб последствий от него с учетом ряда факторов, присущих этому типу территории (климатические, техногенные, биотические и другие). Таким показателем оценки последствий воздействия на окружающую природную среду на сегодня можно считать величину экологического риска.

Для рек Хабаровского края отбор проб воды проводится 5 раз в год: зимний межень - пик весеннего половодья - низкий летний уровень - при прохождении дождевого паводка -осенью перед ледоставом. Подоб-

ный подход адаптирован к составлению гидрохимических прогнозов на основе прогнозирования стока (водности) исследуемых водных объектов. Для повышения точности гидрохимического прогноза в первые годы горно-экологического мониторинга рекомендуется в комплексе с пробоотбором выполнять гидрометрические наблюдения за расходом (уровнем) воды водотоков и водоемов. Донные отложения на водных объектах отбираются там же, где производится отбор проб воды один раз в год (в летний период). В обязательные программы исследования по гидрологическим показателям водных объектов и донных отложений предлагается включить контроль за содержанием взвешенных веществ, а также проводить анализ сухого остатка и тяжелых металлов (РЬ, 2п, Си, С<1, Нд и др.).

Периодичность проведения наблюдений по гидрологическим и гидрохи-

1. Крупская Л.Т., Ионкин К.В., Дер-бенцева A.M. и др. К вопросу оценки хвостохранилища как источника загрязнения объектов природной среды // Горный информационно-аналитический бюллетень. Дальний Восток, 2009. ОВ № 5,- С. 234-241.

2. Бубнова М.Б. Оценка состояния окружающей среды в районах добычи цветных и редких металлов на Дальнем Востоке //Горный информационно-аналитический бюллетень. Дальний Восток, 2009. ОВ № 5, - С. 303-315.

3. Маликов, В.С. Экологические основы формирования и функционирования региональной системы мониторинга окру-

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

мическим наблюдения устанавливают согласно ГОСТа для пунктов 1-й, 2-й и 3-й категории.

Время проведения экспедиционных работ и отбора почв не имеет значения. При развёрнутых стационарных наблюдениях отбор проб проводится в любое время года. В остальнык случаях - в сухой период, т. е. летом или в начале осени. Повторные наблюдения за уровнем загрязнения почв тяжелыми металлами ранее обследованных территорий осуществляются через 5-10 лет. Для целей исследования площадного загрязнения исследуемого района ТМ рекомендуется проводить их чаще -через 1-2 года.

Ёабораторно-аналитические исследования включают в себя проведение химических, количественны« и полуко-личественнык спектральнык анализов, газовую хроматографию, флюоресцентный, рентгеноспектральный и другие виды анализов в зависимости от поставленный задач.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

жающей среды на примере Воронежской области: Лисс. канд. биол. наук. - Воронеж, 2004.

4. Грехнев, Н.И., Остапчук В.И., Кислицин Ё.В. Тяжелые металлы в геосистемах районов добычи и переработки оловянно-полиметаллических руд юга Лальнего Востока // Влияние процессов горного производства на объекты природной среды. - Владивосток: Лальнаука, 1998. - С.12-31.

5. Остапчук, В.И., Грехнев Н.И. Методика эколого-геологических исследований рудных районов масштаба 1: 50000. - Хабаровск: ЛВИМС, 1995. 5Ш

Крупская Людмила Тимофеевна - доктор биологических наук, профессор, зав. лабораторией экологических проблем освоения минеральных ресурсов, eco@igd.khv.ru Бубнова Марина Борисовна - кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории экологических проблем освоения минеральных ресурсов, saksin@igd.khv.ru Институт горного дела ЛВО РАН (ИГЛ ЛВО РАН);

Новороцкая Александра Григорьевна - кандидат географических наук, научный сотрудник, Институт водных и экологических проблем ЛВО РАН, novorotskaya@ivep.as.khb.ru