Динамика формирования техногенных потоков рассеяния в гидросети Комсомольского горнопромышленного района Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

------------------------------------ © Ю.А Мамаев, Н.И Г рехнев,

Л.Т Крупская, 2007

УДК 504.064.036:550.4

Ю.А Мамаев, Н.И Грехнев, Л. Т Крупская

ДИНАМИКА ФОРМИРОВАНИЯ ТЕХНОГЕННЫХ ПОТОКОВ РАССЕЯНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ГИДРОСЕТИ КОМСОМОЛЬСКОГО ГОРНОПРОМЫШЛЕННОГО РАЙОНА *

Солнечным горно-обогатительным комбинатам осваивалось в разное время более 10 месторождений с комплексными оловянно-полиметалличес-кими рудами. В системе ГОКа функционировали 4 рудника («Солнечный», «Перевальный», «Придорожный» и «Молодежный»), 2 обогатительные фабрики, 3 хвосто-хранилища. Пройдено множество поверхностных и подземных горных выработок и других производственных объектов, сосредоточенных в бассейнах реки Силинка и ее притоков: Лев.Силинка и Холдами. В бассейне р. Лев. Силинка расположены коммуникации рудников «Солнечный», «Перевальный» и «Придорожный», а в бассейне р. Холдами - рудник «Молодежный», которые определяют состав и интенсивность сбросов загрязняющих химических веществ.

Литохимические аномалии в донных илах и гидрохимические -в поверхностных водотоках формируются в горнорудных районах и при естественных процессах механической и химической денудации, иногда с достаточно высокими концентрациями тяжелых металлов, которые геологи используют в качестве прямых поисковых признаков. Так, по данным ранних исследований в бассейнах рек Силинка и Холдами [1], выше техногенных источников загрязнения, в донных осадках выявлены весьма контрастные потоки рассеяния тяжелых металлов, достигающие максимальных значений по олову (400 г/т), меди (800 г/т), цинку (3000 г/т), свинцу (600 г/т). Полученные результаты почти в 10 - 30 раз превышают их региональные фоновые концентрации. Введение в эксплуатацию ме-

*Работа выполнена при поддержке инновационного проекта № 22-ИН-07

сторождений района привело к формированию гидро- и литохимических потоков с более высокой аномальностью. Это произошло, прежде всего вследствие выпуска шахтных вод, загрязненных вод из технологических отстойников и хвостохранилищ, дренажа породных отвалов, хранилищ некондиционных руд и плоскостного смыва с промплощадок.

Переходу химических элементов в водные потоки способствуют природно-климатические особенности Дальнего Востока с характерными 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. Эти обстоятельства и обусловили загрязнение рек Силинка и Холдами тяжелыми металлами до категории V-VII классов [2, 3] и переводу их в категорию природно-техногенных вод.

При написании данной статьи использованы фондовые материалы исследовательских групп ДВИМСа, проводивших изучение экологического состояния реки Силинка и ее наиболее крупных притоков - р. Лев. Силинка и р. Холдами в 1983-88 гг. и 1989-91 гг. [1, 2, 3], а также материалы собственных исследований в 1994-1995 г., 1999 г. и 2006 г. Эколого-геохимические исследования гидросети Солнечного района в 2006 г. включали комплексное опробование по разреженной сети реки Силинка с притоками Лев. Силинка и Холдами донных осадков, воды и содержащихся в ней объема и состава взвеси, с обязательным повторением фиксированных точек опробования 1990 г. Анализ проб проведен в Хабаровском инновационно-аналитическом центре при ИТиГ ДВО РАН. В процессе пробоподготовки использован метод кислотного разложения для дальнейшего масс-спектрометрического анализа с индуктивно связанной плазмой на приборе ICP-MS Elan DRC II PerkinElmer (аналитик В.Е. Зозулина).

По имеющимся данным [3], в районе поселков Горного и Солнечного воды р. Лев. Силинки относятся к категории «чрезвычайно грязных» с высокими концентрациями Zn и Cu, Pb, Cd и др., содержания которых стабильно превышают десятки фоновых уровней, а в отдельных пробах достигают 109-183 ПДК. При этом происходит повышение содержания всех катионов основного солевого состава. В результате техногенного загрязнения типичные для региона ультрапресные гидрокарбонатно-кальциевые природные во-

ды трансформируются в кислые сульфатные с повышенной минерализацией. Происходит увеличение на 1-3 порядка концентраций практически всего спектра тяжелых металлов, характерных для рудных тел осваиваемых месторождений. Анионный макрокомпо-нентный состав даже природно-техногенных вод р. Силинки в основном определяется группой сульфат-ионов ^О2"), насыщение которыми происходит за счет окисления и растворения сульфидных минералов в зоне гипергенеза с образованием сульфатов железа и водорода. В сумме определяемых анионов (СГ , НСО3 +СО3, SO4) на долю сульфат-иона приходится более 80-85 % и составляет в абсолютных значениях от 35 до 60 мг-экв/л. Дальнейшая реакция сульфат-иона с водой приводит к образованию сернокислотной обстановки, способствующей растворению большинства рудных элементов. Следует предполагать наличие в воде также значительного количества анионов группы азота ^Н4+, N0^, N0^), не улавливаемых применяемыми методами анализа, появление которых в воде обуславливается разложением аммиачной селитры, входящей в состав взрывчатых веществ.

Как известно, основными приемами оценки качества водных систем являются гидрохимическое исследование воды и литохимическое опробование материала донных осадков. Гидрохимическое опробование обычно фиксирует техногенные или природные “возмущающие” объекты, представленные источниками техногенного загрязнения или минерализованными участками коренных пород. Результаты гидрохимического опробования вод дают представление о загрязнении воды в момент отбора проб и характеризуются высокими статистическими параметрами распределения (дисперсия, коэффициент вариации и т.д.), тогда как опробование донных осадков отражает интегральный эффект, т.е. накопленную величину минеральных и химических загрязнителей и, как правило, представляет более устойчивые показатели. Совместное опробование воды, взвешенного материала и донных осадков позволяют получить наиболее информативную картину, отражающую характер изменения параметров в зависимости от гидрологического режима, полноводности гидросети и цикличности производственного и технологического режимов.

Анализ фактического материала, раскрывающего динамику формирования гидрохимического потока в жидкой и твердой фазах

(таблица и рисунок), свидетельствует о следующих выявленных важных закономерностях:

1) в сточных водах рудников максимальные концентрации элементов находятся в растворенной фазе, т.е. в ионной форме, и превышают содержания во взвесях на 1-2 порядка, что дополнительно подчеркивается высокими и дифференцированными по величине коэффициентами вариации (почти до 400);

2) в природно-техногенных водах р. Силинки соотношение концентраций элементов во взвесях и растворе не однозначно, но преобладают повышенные значения во взвеси для Fe, 2п, Си и РЬ; в растворенной же форме превышения отмечены только для Мп, 2п Cd. Повышенные значения V характерны лишь для марганца и свинца (см. табл.);

3) дифференцированные значения коэффициента вариации (от десятков до сотен единиц) в сточных водах рудников, особенно в растворенной фазе, отражают периодическое снижение аномальности стока в связи с изменчивостью количества атмосферных осадков и, соответственно, снижением дренажного стока из зоны окисления;

4) обогащение природно-техногенного потока р. Силинка взвешенным материалом происходит, вероятнее всего, за счет плоскостного смыва промплощадок и отвальных материалов рудников, т.к. вниз по течению наблюдается тенденция заметного увеличения как объема взвеси в фиксированном объеме воды, так и содержаний в нем некоторых элементов ^е,РЬ,Си).

Для анализа временной динамики литохимического потока рассеяния и возможности самоочищения реки с 1990 по 2006 год приводится сопоставление величин аномальности потоков рассеяния р. Силинка разных этапов опробования донных осадков ((1990 и 2006 гг.) по фиксированным участкам русла на всем протяжении реки, от верховий до устья (рис.). Учитывая интенсивность работы ГОКа в 1990 г., когда на полную мощность работали все рудники и горные участки, аномальный поток отмечался в интервале русла реки с 3-го по 30-й км с суммарной интенсивностью от 10 до 100 Кк.

Сопоставление интегральных аномальностей техногенного потока в донных осадках р. Силинка

—г

* і і і I

0 4 8 12 16 20 28 44 57

[□опробование 1990 г. Иопробование 2006 г.

Сравнение суммарных аномальностей техногенного потока в донных осадках р. Силинка на разных этапах опробования

В настоящее время большинство рудников законсервировано или прекратили свое существование по разным причинам, объемы добычи на Молодежном руднике сокращены ориентировочно на 80 %. Тем не менее, аномальность литохимического потока р. Силинка не только не снизилась, но, наоборот, увеличилась до 400 Кк, протяженность потока с интенсивностью свыше 10 Кк возросла по протяженности до 40 км (от 4 до 45 км). Наиболее устойчивая ассоциация химических элементов-загрязнителей в донных осадках также расширилась и включает Си, 2п, Cd, РЬ, As, Bi и др., заметно сокращаясь в нижней части реки до 2-3-х элементов (Си, 2п, Cd). Фиксируется в пробах, иногда в аномальных количествах, такой высокотоксичный элемент как ртуть, который ранее совсем не обнаруживался.

Это обстоятельство приводит к выводу о том, что не меньшую “экологическую” опасность по химическому загрязнению водных экосистем представляют законсервированные или просто останов-

ленные рудники и сопутствующие им объекты (отвалы, хвостохра-нилища и др.). Особенно это относится к хвостохранилищам, в которых происходят активные процессы окисления сульфидных минералов и растворение токсикантов. Доказательством этому являются наши исследования 1999 года. Выявлено, что с вытекающими из рекультивированного хвостохранилища Солнечной ОФ аномально загрязненными водами сбрасывается в р. Лев. Силинка 3,8 мг/л марганца, 1,0 меди, 0,34 свинца, 2,8 цинка, 8,4 цинка, железа, 0,06 кадмия и др., что составляет в сумме около 2,5 тонны высокотоксичных металлов в год. Ежесуточный их объем составляет свыше 50 м3 (около 20 тыс. м3 в год)

Многократным геохимическим опробованием наиболее высокий аномальный литохимический поток в донных осадках отмечается на участке реки между поселками Г орный и Солнечный, однако его максимум сосредоточен ниже выпуска сточных вод рудника «Солнечный» и ОФ (район пос. Горный). Вниз по течению аномальность потока постепенно снижается, и к устью реки, у г. Комсомольск-на-Амуре, аномальный поток в донных осадках снижается до фонового уровня, хотя вода р. Силинки продолжает сохранять умеренный характер загрязнения (III - IV класс).

Анализируя представленные материалы, можно заключить, что водотоки, принимающие технологические сбросы горного производства, подвергаются очень сильному загрязнению, где концентрации отдельных химических элементов в воде рек Лев.Силинка и Холдами достигали 19,5 мг/л (по меди), что превышает ПДК в 19500 раз. Необходимо отметить также, что поверхностные водотоки данного района, изначально обогащенные химическими элементами, имеют высокий природный фон, превышающий, например по меди, ПДК в 40 раз, а по кадмию - в 2 раза.

В настоящее время контроль за загрязнением реки Силинка ведется лишь по 3-м лимитируемым компонентам (Си, Fe и нефтепродукты), что по нашему мнению совершенно недостаточно. В число контролируемых загрязнителей необходимо включение таких токсикантов, как ртуть, кадмий, цинк, марганец и др., вносящих весьма существенный вклад в суммарное загрязнение водных систем.

--------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бакшеева Л.К. и др. Изучить природные и техногенные потоки рассеяния тяжелых металлов в водах рудников Солнечного ГОКа: Отчет по теме. - Хабаровск: Фонды ДВИМСа, 1990.

2. Остапчук В.И., Грехнев Н.И. Методические рекомендации по крупномасштабному эколого-геологическому изучению и картографированию горнорудных районов юга Дальнего Востока: Отчет по теме. - Хабаровск: Фонды ДВИМСа, 1996.

3. Состояние природной среды и природоохранная деятельность в Хабаровском крае в 1996 году: Доклад Комитета охраны окружающей среды и природных ресурсов. - Хабаровск, 1997.

4. Грехнев Н.И., Кислицын Л.В., Остапчук В.И. Тяжелые металлы в геосистемах районов добычи и переработки оловяно-полиметаллических руд юга Дальнего Востока //Влияние горного производства на объекты природной среды. -Владивосток: Дальнаука, 1998.

— Коротко об авторах -------------------------------------------------

Мамаев Юрий Алексеевич - доктор технических наук, профессор, директор,

Грехнев Николай Иванович - кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник,

Крупская Людмила Тимофеевна - доктор биологических наук, заведующая лабораторией,

Институт горного дела ДВО РАН