CC BY
103
УДК 504.5:553.492.1 (470.13)
ИССЛЕДОВАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ И МОНИТОРИНГ ВОЗДЕЙСТВИЯ ИСТОЧНИКОВ ЗАГРЯЗНЕНИЯ НА ТЕРРИТОРИИ СРЕДНЕ-ТИМАНСКОГО БОКСИТОВОГО РУДНИКА ОАО «БОКСИТ ТИМАНА»
О.В. АФАНАСЕНКО1, А.В. БАРМИН1, М.А. ПОТАПОВА2, В.Н. ЗЕМЛЯНСКИЙ2
гООО «Геолог-1», г.Ухта
2Ухтинский государственный технический университет, г.Ухта
На территории Средне-Тиманского бокситового рудника (СТБР) и прилегающих к нему площадях ведется геоэкологический мониторинг, включающий сбор и анализ информации о техногенных воздействиях предприятия на окружающую среду и принятие мер для их предотвращения. Главными источниками поступления загрязняющих компонентов в почвы и донные осадки естественных и искусственных водотоков с указанием химических элементов являются: бокситовая руда и вмещающие ее горные породы при взрывных работах на карьерах, транспортировке, хранении и погрузке бокситов; промышленная зона с бытовыми и промышленными отходами, в том числе и нефтепродуктами. Для улучшения экологической обстановки на территории СТБР рекомендуется обустроить все промышленные водоохранные объекты.
Ключевые слова: бокситовый рудник, геоэкологическая безопасность, мониторинг, промышленные объекты
O.V. AFANASENKO, A.V. BARMIN, M.A. POTAPOVA, V.N. ZF.MI.YAN-SKY. RESEARCHES OF GEOECOLOGICAL SAFETY AND MONITORING OF INFLUENCE OF POLLUTION SOURCES IN TERRITORY OF MIDDLE-TIMAN BAUXITE MINE OF STOCK COMPANY «BUAXITE OF TIMAN»
The geoecological monitoring including collection and analysis of the information on technogenic influences of the enterprise on environment and taking measures for their prevention is conducted in territory of Middle-Timan bauxite mine and the areas adjoining it. The main sources of polluting components in soils and bottom sediments of natural and artificial water currents with indication of chemical elements are: bauxite ore and rocks containing it at explosive works in open-cast mines, transportation, storage and loading of bauxites; an industrial zone with household and industrial wastes, including mineral oil. For improvement of ecological situation in territory of Middle-Timan bauxite mine it is recommended to equip with the necessary facilities all industrial water protective objects.
Key words: bauxite mine, geoecological safety, monitoring, industrial objects
В 70-80-х гг. ХХ в. на Среднем Тимане открыта, разведана и поставлена на баланс в Государственном комитете по запасам (ГКЗ) крупнейшая в Евразии Ворыквинская группа месторождений бокситов, расположенных в 160-170 км к северо-западу от г.Ухты и классифицирующихся как глиноземное, абразивное и огнеупорное сырье. Ворыквинская группа объединяет такие месторождения бокситов, как Вежаю-Ворыквинское, Верхне-Щугорское и Восточное. Наиболее крупным из них является Вежаю-Ворыквинское (более 51 % общих запасов), расположенное в междуречье Ворыквы и Вежаю, которое определено как базовое месторождение с первой очередью промышленного освоения. С этой целью в 1992 г. было создано ОАО «Боксит Тимана» и в 1998 г. на площади Вежаю-Ворыквинского месторождения начата деятельность Средне-Тиманского бокситового рудника (СТБР).
На территории СТБР и прилегающих площадях с первых шагов существования рудника ведется эко-
логический мониторинг, включающий сбор и анализ информации о техногенных воздействиях предприятия на окружающую среду и принятие мер для их предотвращения. Работы по исследованию состояния окружающей среды ведутся Институтом биологии Коми научного центра УрО РАН, ООО «Геолог-1», ООО «Комигеология». Проводятся исследования химического состава почв, снежного покрова, грунтов зоны аэрации, поверхностных и подземных вод, растительного покрова в зоне влияния СТБР.
В настоящее время на площади техногенно-нарушенных 30-40 лет назад в ходе геологоразведочных работ ландшафтов происходит задерновы-вание дорожной колеи, зарастание молодым березняком всех профилей, буровых площадок, временных стоянок, что соответствует первой стадии регенерации природной экосистемы [1].
Объектами мониторинга геологической среды в 2007 г. на территории деятельности СТБР, проводимого ООО «Геолог-1», являлись:
• подземные воды водоносных горизонтов и комплексов, выделенных в пределах Вежаю-Ворык-винского месторождения;
• поверхностные воды постоянных водотоков (р. Ворыква, ручьи Черный и Болотный);
• поверхностные воды временных (сезонных) водотоков, берущих начало с техногенно-нарушенных территорий, и воды зарегулированного поверхностного стока антропогенного происхождения (нагорные и дренажные канавы, водопропуски и т.д);
• атмосфера (состояние снежного покрова и климатические характеристики);
• почвы, почвообразующие грунты;
• донные отложения водотоков как постоянных, так и временных;
• воды болотных массивов.
Для получения необходимых сведений о состоянии геологической среды были проведены следующие виды работ:
- площадные геолого-экологические, включающие в себя комплекс гидрогеохимических, литогеохимических, атмогеохимических исследований и санитарно-экологическое обследование территории деятельности СТБР;
- стационарные наблюдения за режимом подземных вод;
- гидрологические и гидрохимические наблюдения за режимом поверхностных вод;
- метеорологические наблюдения;
- лабораторные работы;
- камеральные работы.
Наблюдательная сеть состояла из 44 гидрорежимных скважин на все водоносные горизонты, распространенные на территории месторождения (не-расчлененный четвертичный комплекс (О); средневерхнедевонский терригенный комплекс (02-03), подразделяющийся на: средне-верхнекыновский вулканогенный и субинтрузивный горизонт (й3 кп2.3), па-шийский-нижнекыновский терригенный горизонт (й3 р§-кп1), среднедевонский-нижнекыновский горизонт образований коры выветривания (й2-й3 кп1); ворык-винский-павьюгский карбонатный горизонт (К3 vr+pv); водоносная зона трещиноватости четласских метаморфических пород (К2 6ВД, двух гидрологических и 12-ти гидрохимических постов для наблюдений за химическим составом поверхностных вод, метеорологического поста круглогодичного наблюдения, площадок атмо- и литогеохимического опробования. Для изучения качественного состава поверхностного стока с техногенно-нарушенных территорий отбирались пробы воды из водотоков с постоянным руслом, зарегулированного стока и болотных массивов.
В 2007 г. гидродинамические условия наблюдаемых водоносных горизонтов находились в естественном состоянии. Химический состав подземных вод района отличается однообразием и характеризуется гидрокарбонатным типом с преобладанием ионов магния или кальция, что указывает на формирование их в процессе углекислотного выветривания. Основное питание подземных вод осуществляется путем инфильтрации атмосферных осадков через четвертичный покров непосредственно в основной горизонт карбонатных пород верхнего рифея на площади его регионального пи-
тания, а частичное - путем инфильтрации осадков через толщу четвертичных, вулканогенных, терри-генных образований и через породы коры выветривания в основной водоносный горизонт доломитов на площади Вежаю-Ворыквинского месторождения. В формировании температурного режима подземных вод принимали участие естественные факторы (климатические, гидрологические, геолого-геоморфо-логические), основная роль из которых принадлежит климатическим факторам. Разработка месторождения проводилась без применения глубинного водоотлива. Влияние водоотбора в объеме на более 100 м3/сутки из водозаборных скважин промплощадки № 2, эксплуатирующих рифейский горизонт, и дренажа, перехватывающего и отводящего подземные воды кыновского горизонта с расходом в весеннее время 1,6 л/с (138 м3/сутки), локализовалось в ближайших окрестностях и не сказалось на гидродинамическом режиме подземных вод.
В двух скважинах из четырех, расположенных на территории полигона твердых производственных и бытовых отходов (ПТиБО), пробы отбирались три раза в год (кроме зимней межени), в одной из них -только в паводок, одна не опробовалась в течение всего года из-за недостаточного количества воды в скважине. В наблюдательной скважине № 9н отбор проб осуществлялся два раза в год (в период весеннего подъема уровня и в конце питания). Остальные скважины опробовались один раз в год в конце сезона питания (октябрь), две скважины - в период весеннего паводка.
Влияние разработки Вежаю-Ворыквинского бокситового месторождения на водоносные горизонты дочетвертичных отложений в отчетном году не выявлено. Гидрохимический режим подземных вод не отличался от естественных условий. Лабораторные исследования подземных вод заключались в определении макро- и микрокомпонентного составов, специфических загрязняющих компонентов химическим и спектральным анализами. На площади антропогенного воздействия объектов рудника наблюдалось ухудшение состояния грунтовых вод, которое проявлялось в увеличении мутности, содержания нефтепродуктов, железа, перманганат-ной окисляемости. Повышенные концентрации железа и марганца в четвертичном горизонте, содержание которых в последние несколько лет не увеличивается, по всей вероятности, связаны как с природными, так и с техногенными факторами.
При отсутствии водопонижения и весьма незначительном карьерном водоотливе р. Ворыква и руч. Черный находятся в естественном природном состоянии. Деятельность Средне-Тиманского бокситового рудника не оказывает влияния на гидрологический режим основных водотоков района, колебания уровней и расходов воды в которых целиком зависят от климатических факторов [2].
Экологическое состояние поверхностных вод как временных, так и постоянных водотоков на территории деятельности СТБР характеризуется следующим образом.
Изменения химического состава поверхностных вод постоянно действующих водотоков находились в интервале многолетних годовых коле-
баний. Большинство определяемых в течение года микрокомпонентов содержались в концентрациях, допустимых для рыбохозяйственных водоемов. В отдельных пробах в различные периоды года фиксировались концентрации марганца, кобальта, молибдена, цинка и алюминия, превышающие допустимые нормативы. Исключением являлась медь, концентрации которой в подавляющем большинстве отобранных проб превышали предельно допустимые нормы в 1,3-16 раз. Повышенные содержания меди в поверхностных водах, зафиксированные в отчетном году, скорее всего, связаны с зараженностью атмосферных осадков медью.
Радиационная безопасность воды основных водотоков по показателям общей альфа- и бета-радиоактивности соответствует требованиям допустимых уровней НРБ-99 (Нормы радиационной безопасности.,.,1999) и СанПиН 2.1.4.1074-01. Повышенные показатели цветности, перманганатной и бихроматной окисляемости, железа в поверхностных водах основных водотоков имеют природное происхождение. При этом их максимальные значения наблюдались в периоды интенсивного смыва с водосборной площади (весна, осень).
Состояние временных водотоков, существующих в короткий период интенсивного снеготаяния и ливневых дождей, по ряду показателей (кислотность воды, перманганатная окисляемость, химическое потребление кислорода (ХПК), содержание нефтепродуктов, взвешенных веществ, металлов (железа, марганца, цинка, меди, алюминия) не соответствовало рыбохозяйственным нормативам.
По сравнению с 2006 г. во временных водотоках зафиксирован рост содержания взвешенных веществ в 1,9-21,1 раза. Концентрации нефтепродуктов в большинстве пунктов наблюдения остались на уровне 2006 г.
Содержания ионов аммония, органических и взвешенных веществ, нефтепродуктов, алюминия, марганца и цинка в основном (58-100% проб) превышали ПДК в два-пять раз. Медь и железо в большинстве проб (58-77%) содержались в концентрациях, превышающих допустимые содержания в пять и более раз. По результатам спектрального анализа в 40-50 % проб концентрации титана и ванадия превышали ПДК соответственно в 1,1-6 и 2,2-15 раз.
Несмотря на кратковременность существования, паводковый поверхностный сток представляет серьезную угрозу как основным водотокам рыбохозяйственного назначения, болотным массивам, так и подземным водам, естественная защищенность которых от поверхностного загрязнения на территории деятельности СТБР недостаточная. Во временных водотоках (дренажные канавы, водопро-пуски) средние содержания никеля, бериллия, марганца, железа, кобальта, меди выше в 1,19 - 1,55 раза, чем в постоянных водотоках.
Вещественный состав снежного покрова отражает характер загрязнения приземной атмосферы и является косвенным индикатором экологического состояния территории. Изучение пылевых выпадений производилось путем отбора проб снега в конце зимнего периода перед интенсивным снеготаянием с последующим раздельным анализом снеговой воды,
полученной при оттаивании, и твердого минерального осадка (нерастворимой фракции).
По результатам проведенных в 2007 г. атмосферогеохимических исследований состояния снежного покрова на территории деятельности СТБР установлено, что площадь воздействия технологических объектов рудника на приземную атмосферу по сравнению с 2006 г. выросла на 8,6 км2 и составила
29.6 км2 . Расширение площади произошло по всем направлениям. Устойчивое загрязнение поверхности площади рудника прослеживалось на расстоянии не менее 1000-1500 м от основных источников (бокситовых карьеров, центрального шихтовального двора (ЦШД)), увеличиваясь в восточном направлении до 1800-3200 м, вдоль железной и автомобильной магистрали, внутрирудничных автомобильных дорог - в полосе шириной не менее 800 м.
После снеготаяния часть воды скапливается в горных выработках (карьерах), складках микрорельефа и подстилающем растительном слое, постепенно инфильтруясь через трещиноватое дно карьеров и почву в водоносные горизонты. Остальная вода с помощью дренажной системы отводится в пониженные участки рельефа, представленные, как правило, болотными массивами, или непосредственно в русло поверхностных водотоков.
Большая часть нерастворимого осадка (пылевой фракции) после снеготаяния оседает на поверхности почвы, оказывая влияние на микроком-понентный состав последней.
Источниками газопылевых выбросов на территории СТБР в отчетном году являлись карьеры № 2 и 3, отвалы вскрышных пород, межпромысло-вые технологические автодороги, подъездная железная дорога, центральная шоссейная дорога, работающая техника и буровзрывные работы.
Площадь пылевого загрязнения составляет
29.6 км2.
В пыли, накопленной в зимний период, превышение фоновых содержаний в два раза отмечено по следующим металлам: марганцу, никелю, кобальту, титану, ванадию, хрому, молибдену, цирконию, галлию, бериллию, меди, свинцу, цинку, кадмию, церию, иттербию, скандию, олову, фосфору, стронцию, барию, алюминию, кремнию, железу. Вблизи основных технологических объектов рудника концентрации этих металлов выше фоновых значений в четыре и более раз.
По сравнению со среднефоновыми значениями в зоне влияния объектов рудника в снеговой воде зарегистрировано превышение средних содержаний следующих компонентов: железа - в 1,3 раза, ионов аммония - 1,5, нитритов - 1,7, нитратов -1,3, меди - 1,4, алюминия - 3,9, марганца - 1,25, кобальта - в два раза.
Литогеохимические исследования включали как изучение вторичных ореолов рассеяния, так и потоков рассеяния. Объектами опробования являлись соответственно лесные подзолистые почвы и донные отложения различных типов водотоков на пунктах систематических наблюдений (ПСН). Все пробы (135 проб почв и 51 проба донных осадков) направлялись в физико-химическую лабораторию ООО «Геолог-1» на спектральный и химический анализы. Химический анализ почвы проводился на
определение нефтепродуктов методом хлороформных и гексановых вытяжек (15 проб), а также на определение металлов (И, А1, Си, РЬ, 2п) количественным методом (135 проб).
Главными источниками поступления загрязняющих компонентов в почвы и донные осадки естественных и искусственных водотоков с указанием химических элементов, накопление которых возможно в зоне влияния этих источников, являются следующие:
1.Бокситовая руда и вмещающие ее горные породы (базальты, псаммолиты, алевролиты, пели-толиты) при взрывных работах на бокситовых и базальтовых карьерах, транспортировке, хранении и погрузке бокситов.
2.Промышленно-селитебная зона с бытовыми и промышленными отходами, включая газовые и пылевые выбросы от транспорта и рабочих установок, является поставщиком в окружающую среду нефтепродуктов, РЬ, 2п, Си, СЬ, V, Мо, Бп, Ад.
По данным полуколичественного спектрального анализа при сравнении средних содержаний микрокомпонентов в почвах по итогам двух лет выявлена динамика роста концентраций некоторых химических элементов. Наиболее интенсивно накапливались свинец и алюминий. Их содержания увеличились соответственно в 1,39 и 1,26 раза по сравнению с 2006 г. Незначительно увеличились концентрации бария, марганца, бериллия и молибдена. Накопление всех металлов в почвах участка фиксируется в зоне непосредственного ведения работ и действующих транспортных путей или поблизости от них.
В 2007 г. увеличились интенсивность и площадь загрязнения почв свинцом с сохранением уровня превышения над предельно тимой концентрацией (ПДК). По сравнению с уровнем 2006 г. доля насыщения почв свинцом с концентрациями выше ПДК существенно возросла - 51,1 % против 29,2. Встречаемость остальных нормируемых химических элементов с содержаниями выше ПДК в 2007 г. меньше, чем в предыдущем, а концентрации таких элементов, как кобальт, цинк и олово вообще не превышают нормативных величин.
По данным химического анализа определена высокая корреляционная связь между алюминием, титаном, медью и цинком. Эта геохимическая ассоциация определена как бокситовая. Области с повышенными концентрациями алюминия и титана в почве приурочены к бокситовым карьерам. За отчетный год накопления алюминия и титана в почвах не происходило, незначительно увеличились содержания свинца и цинка, а меди - уменьшились. Концентрации нефтепродуктов в лесных подзолистых почвах малы и не превышают ПДК.
Исследования донных отложений водотоков проводились с целью выявления в них повышенных концентраций химических элементов и определения степени возможного влияния рудника на поверхностную гидросферу вследствие плоскостного смыва, переноса и аккумуляции микрокомпонентов русловыми илисто-глинистыми осадками. Опробо-
ванию были подвергнуты донные осадки илистоглинистого состава, иногда с незначительной примесью песчаного материала.
В донных осадках отмечается накопление свинца и бария, средние концентрации которых увеличились в 1,29 раза по сравнению с 2006 г. Меньше стало кобальта, титана, циркония, иттербия. Концентрации остальных химических элементов находились примерно на уровне предыдущего года (Сср2007/Сср2006 = 0,62-1,06).
По результатам литогеохимических исследований, проведенных в 2007 г., установлено, что общая площадь воздействия технологических объектов СТБР на почвы и донные отложения увеличилась на 5,9 км2 и составила 25,3 км2 против 19,4 км2 в 2006 г.
Для улучшения экологической обстановки на территории деятельности СТБР, в соответствии с проектными решениями первой очереди строительства рудника, рекомендуется обустроить в водоохранном отношении все промышленные объекты, для чего нужно продолжить строительство соответствующих сооружений. [2]. Так, площадка под размещение локальных очистных сооружений (ЛОС) для очистки промышленно-дождевых сточных вод шихтовального склада расположена к юго-западу от него. На площадке сооружены: пруд-накопитель и пока только фундамент под объекты очистных сооружений. Для защиты водного бассейна, например, от сточных вод вахтового поселка, расположенного на территории СТБР, необходимо принять меры по их очистке. Так будет выглядеть схема водоотведения от источника загрязнения:
Эффективная очистка бытовых сточных вод возможна на биологической станции типа ККВ.9, разработанной на основе использования микроор-ганизмов-обрастателей, обитающих на специальных пластмассовых носителях. Процесс очистки обладает при этом высокой устойчивостью, благодаря саморегуляции.
Литература
1. Огородникова Г.П., Афанасенко В.Н. Отчет по объекту «Гидрогеологическая и инженерно-
геологическая съемка с геоэкологическими исследованиями и картографированием масштаба 1:50000 территории деятельности Средне-Тиманского бокситового рудника на листах Q-39-126-Г-г; 127-В-в,г; 139-А-а,б». Ухта: ООО «Геолог-1», 2004. 244 с.
Афанасенко О.В. Информационный отчет «Организация и ведение мониторинга геологической среды на Вежаю-Ворыквинском месторождении бокситов в 2007 году». Ухта: ООО «Геолог-1», 2008. 212 с.
Рис. Схема водоотведения, включающая станцию биологической очистки.
