CC BY
51
---------------------------- © А.Г. Новороцкая, Л.Т. Крупская,
Н.И. Грехнев, Г.П. Яковенко,
2007
УДК 502 (031)
А.Г. Новороцкая, Л. Т. Крупская, Н.И. Грехнев,
Г.П. Яковенко
О РЕЗУЛЬТАТАХ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ НА ГОРНЫХ ОБЪЕКТАХ СОЛНЕЧНОГО ГОКа
Длительная эксплуатация рудных месторождений цветных металлов приводит к образованию огромных объемов отходов горных пород и хвостов обогащения, сосредоточенных в отвалах и хвостохранилищах. Они способствуют загрязнению природных систем. Снижается качество среды обитания в горняцких поселках. Так, в п.г.т. Солнечный ухудшение ситуации связано с пылевым и газовым загрязнением воздуха. К сожалению, он расположен в непосредственной близости от хвостохранилища центральной обогатительной фабрики (ЦОФ), в пределах развития аэрогенного ореола рассеяния. В связи с этим целью работы явилось изучение потоков аэрогенных осадков природного или техногенного происхождения и прогноз изменения состояния экосистем.
Исследования проводились на территории Солнечного ГОКа, в течение 2005-2006 гг. В качестве объектов исследования выбраны атмосферный воздух и снежный покров (СП) в пределах участка хвостохранилища ЦОФ. Опробование снежного покрова осуществлялось по методике В.Н. Василенко [1]. Отбиралась усредненная проба СП из нескольких снегомерных колонок с помощью снегомера ВС-43. Измерялась высота (И) СП, рассчитывалась плотность ^) и влагозапас (Р). В процессе изучения проблемы применялись современные инструментальные и традиционные физикохимические и химические методы.
Изучение химического состава (в количестве 20 проб) СП проведено на участке хвостохранилища, а атмосферного воздуха - с выходом за его пределы на расстояние 500 м. (276 проб). Для выявления зон загрязнения и оценки гидрохимического состава СП использована система геохимических индикаторов естественных и
антропогенных процессов [2]. Климатическая характеристика холодного периода года дана по метеорологической станции (Комсомольск-на-Амуре), ближайшей к местам отбора проб, по материалам, предоставленным ДВ УГМС за 2004-2005 гг. и среднемноголетним данным [3, 4] (Справочник по климату, 1968; Научноприкладной справочник по климату СССР, 1992). В целом, характеризуя климат района исследований, следует отметить некоторые его особенности: 1) период устойчивого снегового покрова составляет около 3,6-4,6 месяцев; 2) количество осадков в виде снега -около 175 мм; 3) господствующее направление ветров - северное и южное, с повторяемостью соответственно 39 % и 42%; количество штилей выражается величиной менее 20%.
Результаты исследования свидетельствуют о том, что в процессе освоения оловорудных месторождений района значительно ухудшается качество среды обитания. Происходят не только разрушения природных систем и нарушения процессов роста и воспроизводства растений, изменения потока вещества и энергии в системе почва-растение и биоразнообразия, но и химическое загрязнение экосистем на прилегающих участках за счет возникающих техногенных атмохимических потоков. Все эти изменения в окружающей среде требуют комплексной оценки и прогноза. В связи с этим возникает необходимость создания и развития системы экологического мониторинга в исследуемом районе для обеспечения экологической безопасности и рационального использования природных ресурсов. Экологический мониторинг направлен на решение задач, обозначенных в Постановлении Совета Министров РФ от 24.11.93 г. № 1229 «О создании Единой государственной системы экологического мониторинга», «Положении о Федеральном горном и промышленном надзоре России», утвержденном Указом Президента РФ от 12.02.93 г. № 234, и законах РФ «Об охране окружающей природной среды» и «О недрах» в редакции от 08.03.95 г. № 27-Ф-3.
В процессе мониторинга отдано предпочтение экономичным, надежным и достаточно простым методам анализа, а именно: интеграции химического и биологического методов. Чтобы его система была оперативной, необходимы показатели диагностики негативных изменений природных систем. Для условий Дальнего Востока наиболее актуальной является проблема контроля за изменением объектов природной среды посредством изучения главного пере-
носчика на большие расстояния атмосферного воздуха и снежного покрова в зоне влияния, например, хвостохранилища ЦОФ Солнечного ГОКа. Характеристика химического состава воздушной среды и величин концентраций в ней примесей на этом участке в феврале и июле 2005 г. представлена в табл. 1.
Описание загрязнения атмосферного воздуха по отдельным показателям приводится ниже.
Взвешенные вещества включают пыль, золу, сажу, дым, и другие твердые вещества. Они образуются в результате пыления горных пород и руд при буро-взрывных работах (БВР), при транспортировке и дроблении руд на ЦОФ и при сжигании всех видов топлива. Кроме того, источником запыления является ветровая эрозия намывной дамбы, особенно при ветрах со скоростью 5 м/с и более.
Для территории хвостохранилища характерно наличие токсичной пыли, содержащей тяжелые металлы. Наибольшие изменения наблюдаются в районе колодцев (№ 7), прудка (№ 6), озера (№ 2) и пляжа (№ 1). Максимальная концентрация взвешенных веществ (до 96,4 ПДК) зафиксирована в точке № 8 при слабом ветре до 3-5 м/с; средняя (7,1 мг/м3)- по всей территории, что превышает ПДК в 47,3 раза. Следует отметить, что во всех отобранных пробах повторяемость концентраций выше нормы оказалась равной 100 %. Минимальное значение превышения содержаний пыли над ПДК составляет 1,2 раза.
Взвешенные частицы при проникновении в органы дыхания человека приводят к нарушению системы дыхания и кровообращения. Вдыхаемые твердые частицы влияют, как непосредственно на респираторный тракт, так и на другие органы за счет токсичного воздействия различных компонентов, входящих в состав твердых частиц.
Диоксид серы поступает в атмосферу при сгорании топлива, содержащего серу. Главным же источником серы в атмосферном воздухе являются газовые эманации хвостохранилища, выбросы местных электростанций и котельных.
По данным ВОЗ, воздействие диоксида серы в концентрациях выше предельно допустимых может приводить к существенному увеличению различных болезней дыхательных путей,
251
Таблица 1
Концентрации примесей в атмосферном воздухе на участке хвостохранилища (июль 2005 г.) и на расстоянии 0,5 км от к западу от него (февраль 2005 г.)
№
Концентрация, мг/м
точки Взвешенные вещества Диоксид серы Аэрозоли сульфатов Сероводород
отбора 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3
1 1,1 11,6 4,2 0,024 0,061 0,042 0,017 0,082 0,046 0,001 0,007 0,004
2 0,6 11,6 4,4 0,030 0,057 0,042 0,022 0,147 0,066 0,001 0,005 0,002
3 0,9 10,7 4,0 0,020 0,058 0,035 0,012 0,403 0,101 0,001 0,004 0,002
4 2,1 22,8 9,1 0,016 0,063 0,034 0,024 0,234 0,084 0,001 0,009 0,004
5 1,2 8,2 4,8 0,006 0,066 0,039 0,022 0,093 0,038 0,002 0,007 0,004
6 0,9 29,8 8,0 0,014 0,036 0,026 0,024 0,219 0,090 0,001 0,010 0,007
7 0,8 18,2 7,8 0,014 0,041 0,027 0,021 0,093 0,052 0,001 0,010 0,006
8 6,8 48,2 15,4 0,019 0,041 0,031 0,033 0,148 0,097 0,001 0,002 0,001
9 3,0 9,4 4,7 0,008 0,047 0,026 0,010 0,103 0,053 0,001 0,002 0,002
10 2,3 21,9 9,4 0,024 0,050 0,029 0,033 0,160 0,098 0,001 0,005 0,003
11 2,3 10,4 6,2 0,004 0,050 0,023 0,005 0,187 0,077 0,001 0,009 0,005
В 0,6 48,2 7,1 0,004 0,066 - 0,005 0,403 0,073 0,001 0,010 0,003
целом
За пре-
делами х/х-ща - 0,1 0,1 0,042 0,047 0,045 0,008 0,012 0,010 - 0,001 0,001
ПДК ср. 0,5 0,15 0,5 0,05 - - 0,008 -
сут.
Примечание: прочерк - данные отсутствуют; значения колонок: 1 - минимальная, 2 - максимальная, 3 - средняя концентрации.
воздействовать на слизистые оболочки, вызывать воспаление носоглотки, бронхиты, кашель, хрипоту и боли в горле. Особенно высокая чувствительность к диоксиду серы наблюдается у людей с хроническими нарушениями органов дыхания, с астмой.
Аэрозоли сульфатов образуются за счет разложения сульфидных минералов и дегазации их в приземные слои атмосферы. На фоновых участках аэрозоли формируются за счет выветривания почв, и их содержание обычно изменяется от 2 до 20 мкг/м3. Более высокие и аномальные концентрации сульфатов обусловлены сильным воздействием антропогенных источников, к которым относятся хвосты обогащения оловянных и олово-полиме-таллических руд сульфидной формации.
ПДК для аэрозолей сульфатов в атмосферном воздухе отсутствует, поэтому в качестве условной фоновой величины принимается наименьшая концентрация сульфатов, обнаруженная на изучаемой территории - 0,005 мг/м3 (фоновое значение). Максимальная концентрация аэрозолей сульфатов отмечается в центральной части хвостохранилища (точки 3, 4, 6, 8, 10, 11) и превышает фоновый уровень в 80,6 раз, к периферии - значение Кк снижается до 16-46 единиц.
Сероводород является органическим компонентом почв и входит в состав гумусовых веществ, образующихся в результате превращений органических остатков, поступающих в почву после отмирания растений. Некоторые бактерии используют для окисления органических соединений кислород сульфатов, выделяя при этом газовую составляющую в виде сероводорода. Поэтому в период пробоотбора запах сероводорода ощущался в точках с аномальным содержанием аэрозолей сульфатов и в местах расположения прудков и колодцев.
В целом же, содержания сероводорода в воздухе приземной атмосферы не велико и лишь в 10 % проб достигает 1,0-1,25 ПДК. В остальных пробах - на уровне 0,5 - 1,0 ПДК.
Оценка состояния атмосферного воздуха по результатам опробования может быть сведена к следующим выводам:
1. Степень загрязнения воздушного бассейна над хвостохрани-лищем ЦОФ и примыкающим к нему участкам можно отнести к экстремально высокому уровню. Содержание нерастворимой фазы превышает ПДК в 50 и более раз, что соответствует критериям экс-
тремально высокого загрязнения (ЭВЗ), принятым в Российской Федерации;
2. Неблагоприятная экологическая ситуация отмечается и по превышению концентраций аэрозолей сульфатов. Кратность превышения аномальных концентраций на всей территории хвосто-хранилища относительно фонового содержания колеблется от 1б,4 до 80,б раз;
3. Участок хвостохранилища является опасным источником загрязнения атмосферного воздуха и при преобладающих ветрах южных направлений может оказывать негативное влияние на состояние воздушного бассейна пос. Солнечный. Учитывая же токсичность элементов, входящих в состав пыли, негативное воздействие на приземную атмосферу, как и на всю экосистему, многократно увеличивается;
4. Необходимо выполнение природовосстановительных мероприятий, а именно: проведение биологических способов рекультивации поверхности хвостохранилища.
Эколого-геохимическая характеристика воздушного бассейна, полученная с помощью опробования снежного покрова (табл. 2), составлена на основе химического анализа жидкой фазы СП. Проведенное определение комплекса химических элементов (Cu, Pb, Cd, Mn, Ni, Со, Cr, Sb) в водорастворимой фазе снеговой пробы свидетельствует о том, что спектр тяжелых металлов входит в состав оловянно-полиметал-лических руд большинства осваиваемых месторождений. Практически все из них относятся к 2-му и 3-му (за исключением Mn - 4 кл.) классам опасности. При сопоставлении их содержаний с временными нормами ПДК (ПДКвр) максимальные коэффициенты отмечаются для ионов меди, которые для всех случаев наблюдений составляют от 11 до 130 единиц при средней величине этого коэффициента 70 по опробованию в феврале и 40 единиц - в апреле (табл. 2). Наибольшие концентрации ионов меди в СП отмечены в пробах, отобранных в феврале, поскольку последовавшие затем апрельские обильные снегопады привели к разубоживанию содержаний ТМ в снеговых пробах (табл. 2, рис. 1). Так, свинец в пробах СП, отобранных в апреле, не был обнаружен за исключением одной, хотя его концентрации в февральских пробах составили от 0,000б до 0,0098 мг/дм3 (среднее - 0,0028 мг/дм3).
254
Таблица 2
Микроэлементный состав снежного покрова на территории хвостохранилища ЦОФ Солнечного ГОКа, февраль, апрель 2005 г. (водорастворимая фаза, мг/дм3)____________
№ точки Месяц от- Концентрация, мг/дм3
бора Си рь са Мп N1 Со Сг 8Ь сум.
1 II 0,014 н.о. 0,009 0,003 н.о. 0,0021 н.о. 0,0039 0,032
IV 0,020 н.о. 0,006 0,018 н.о. 0,003 0,001 н.о. 0,048
2 II 0,065 0,0007 0,001 0,009 н.о. 0,0017 0,0038 н.о. 0,081
IV 0,011 н.о. 0,006 0,017 н.о. 0,003 0,001 н.о. 0,038
3 II 0,081 0,0098 н.о. 0,036 н.о. 0,0035 н.о. н.о. 0,130
IV 0,011 н.о. н.о. 0,006 н.о. 0,011 н.о. н.о. 0,028
4 II 0,130 0,0013 н.о. 0,024 н.о. 0,0035 н.о. н.о. 0,159
IV 0,030 н.о. 0,002 0,077 н.о. н.о. н.о. н.о. 0,109
5 II 0,020 0,0006 0,001 0,017 н.о. 0,0030 0,0004 н.о. 0,042
IV 0,030 н.о. 0,002 0,093 0,005 0,004 н.о. н.о. 0,134
II 0,189 0,0079 0,003 0,069 н.о. 0,0015 н.о. н.о. 0,270
6 IV 0,012 н.о. 0,003 0,016 н.о. н.о. 0,002 0,003 0,036
IV 0,040 н.о. н.о. 0,032 0,003 н.о. 0,001 н.о. 0,076
7 II 0,062 н.о. 0,002 0,032 н.о. 0,0028 0,0010 0,0200 0,120
8 IV 0,020 н.о. н.о. 0,016 н.о. н.о. н.о. н.о. 0,036
9 IV 0,180 н.о. 0,002 0,049 0,009 0,0015 н.о. н.о. 0,242
10 IV 0,020 н.о. 0,001 0,035 0,0005 0,002 н.о. н.о. 0,059
8 II 0,084 н.о. 0,003 0,033 н.о. 0,0028 0,0011 0,0063 0,130
7 IV 0,060 н.о. 0,001 0,068 н.о. н.о. 0,003 н.о. 0,132
11 IV 0,029 0,001 0,001 0,037 0,001 0,002 0,002 0,020 0,093
* II 0,073 0,0028 0,003 0,024 н.о. 0,0025 0,0017 0,0093 0,109
* IV 0,041 н.о. 0,003 0,0388 0,004 0,0035 0,002 0,012 0,088
ПДКвр 0,001 0,006 0,005 0,010 0,010 0,010 0,02(У!)
Примечание: н.о. - не обнаружено (ниже порога измерения), * - средневзвешенное значение
го
I-
I
ф
I
о
№пробы
Рис. 1. Содержание тяжелых металлов в пробах СП, февраль 2005 г
Содержание ионов кадмия незначительное, не превышающее уровень ПДК для воздушной среды. В единичных пробах отмечено незначительное превышение ПДК, в пределах 1,0 - 1,8 раз.
По марганцу обнаружено значительное увеличение (до 6,9 ПДК) содержаний в основной массе проб, как в серии февральского, так и апрельского опробования. Усредненное значение превышений значений над ПДК по всему массиву проб составляет 2,4 раза в феврале и 3.9 раза - в апреле (рис. 2).
Содержание кобальта в СП - 0,0017-0,0035 (среднее - 0,0025) мг/дм3 в февральской пробе и 0,0015-0,011 (среднее - 0,0035) мг/дм3 в апрельской. В образцах СП, отобранных в феврале, никель не обнаружен, хотя в апреле его концентрации составили от 0,0005до 0,009 мг/дм3. Хром выявлен в 50% проб СП (февраль) -0,0004-0,0038 (среднее - 0,0017) мг/дм3 и 0,001-0,003 (среднее -0,0035) мг/дм3 (в апреле).
На основе проведенной оценки показателей загрязненности воздушной среды в районе влияния хвостохранилища Солнечного ГОКа предложены основные методологические принципы организации экологического мониторинга на горных объектах и прилегающих поселениях с широким применением современных физико-химических методов. Исследования, проведенные на основе опробования и химического анализа ТМ в снеговом покрове и приземной атмосфере, позволили определить степень пылевого и газового загрязнения воздушного бассейна в зоне влияния хвостохранилища ЦОФ Солнечного ГОКа. На этом основании выполнено прогнозирование экологической обстановки в населенных пунктах и прилегающих к горным объектам территориях, необходимых при выборе мест для систематизированных биологических исследований, а также при планировании жилого строительства и медико-биологической оценки заболеваемости населения.
Таким образом, полученные результаты дали возможность оценить общее экологическое состояние районов с повышенной техногенной нагрузкой путем сопоставления модулей поступления веществ с их фоновыми значениями. Найденные концентрационные ряды макрокомпонентов талых вод свидетельствуют о формировании поликомпонентного состава СП фоновых районов за счет регионального переноса гидрозолей и дисперсных твердых осадков аэрогенного генезиса.
го
а
н
X
<и
X
о
0,200
0,180
0,160
0,140
0,120
0,100
0,080
0,060
0,040
0,020
0,000
—■— Си
—А— Мп
_Г\
1 \ Щ
\ Л А .
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
№пробы
№пробы
Рис. 2. Содержание тяжелых металлов в снежном покрове, мг/дм3, апрель 2005 г.
Концентрационные ряды для микроэлементов фоновых районов находятся в соответствии с концепцией о разноуровневом обогащении металлами аэрозолей по сравнению с формирующими их почвами.
Итак, наиболее информативными показателями при такой оценке являются следующие компоненты химического состава: величины рН и суммарной минерализации, концентрации токсичных химических компонентов, показатели относительной кислотности (рН/рNH4), коэффициенты концентрации над уровнем ПДК или значений фона, стабильность или нестабильность типа химического состава.
-------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Василенко В. Н., Назаров И. М., Фридман Ш. Д. Мониторинг загрязнения снежного покрова. - Л.: ГИМИЗ, 1985. - 182 с
2. Новороцкая А.Г. Химический состав снежного покрова как индикатор экологического состояния Нижнего Приамурья: Автореф. дис... канд. географ. наук. -Хабаровск, 2002. - 24 с.
3. Справочник по климату СССР. Вып. 25. Ч. ГГ-ГУ. - Л.: Гидрометеоиздат. , 1966-1968
4. Беспамятное П., Кротов Ю. А. Предельно-допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. - Л.: Химия, 1985. - 528 с.
5. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Серия 3. Вып. 25, 26. -СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. - 560 с.
6. Руководство по контролю загрязнения атмосферы РД 52.04.2-186-89. -М., 1991.-693 с.ЕШ
— Коротко об авторах --------------------------------------------------
Новороцкая А.Г. - кандидат географических наук, старший научный сотрудник, Институт водных и экологических проблем ДВО РАН, Крупская Л.Т. - доктор биологических наук, зав. лабораторией,
Грехнев Н.И. - кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник,
Институт горного дела ДВО РАН,
Яковенко Г.П. - зав. лабораторией УГМС по Хабаровскому краю.
