Обоснование общей модели рекультивации поверхности хвостохранилища ЦОФ Солнечного ГОКа ООО «Востоколово» Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

------------------------------------- © Ю.А. Мамаев, Л.Т. Крупская,

Б.Г. Саксин, А.В. Крупский, 2007

УДК 622.004.67

Ю.А. Мамаев, Л.Т. Крупская, Б.Г. Саксин,

А.В. Крупский

ОБОСНОВАНИЕ ОБЩЕЙ МОДЕЛИ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ ХВОСТОХРАНИЛИЩА ЦОФ СОЛНЕЧНОГО ГОКа ООО «ВОСТОКОЛОВО»

Семинар № 10

Освоение ресурсов недр, составляющих первичную материальную основу цивилизации,

приобрело большие масштабы, в т.ч. в Дальневосточном регионе, где в перспективе объемы потребления

георесурсов будут только возрастать. Несомненно, горное производство

здесь становится все более ресурсоемким, нарушающим естественное состояние окружающей среды и способствующим развитию негативных

экологических последствий. Неконтролируемому развитию последних сопутствуют экономические причины, а также то обстоятельство, что природоохранные вопросы обычно решаются в локальной постановке, негативное воздействие изучалось по-факторно, без учета взаимодействия природных и техногенных систем. Кроме того, в пределах формируемых природно-горнотехнических систем в полном объеме не проводится горно-экологический мониторинг, не обеспечена правовая регламентация деятельности горных предприятий. Соответственно отсутствует контроль за соблюдением экологически безопасных границ и форм освоения минерального сырья. Все это способствовало тому, что в некоторых горнодобывающих районах Дальнего Вос-

тока перейден порог самозащиты природы, нарушилось ее динамическое равновесие. Подобным примером, является Комсомольский оловорудный узел, а именно: зона влияния ЦОФ Солнечного ГОКа в Хабаровском крае, где пылевое загрязнение атмосферного воздуха в горняцком поселке Солнечный и прилегающих ландшафтах, в т.ч. водных системах, достигло катастрофических масштабов. Оно связано с осушением хво-стохранилища ЦОФ, в котором сосредоточены большие объемы токсичных высоко сульфидосодержащих отходов обогащения (15,93 млн. мЦ. К сожалению, в настоящее время здесь нет ни технических, ни технологических, ни экономических возможностей для их переработки. Его географическое положение нельзя признать удачным. Этот объект расположен на первой надпойменной террасе, в долине р. Силинка в районе слияния р. Ё. Силинка с р. Холдоми (правый борт долины). У противоположного борта, в 3-3,5 км, находится п. Солнечный. Ниже по течению - сначала огороды и дачные участки, а затем -Комсомольск-на-Амуре. Линза подземных вод, которой снабжается город, связана с р. Силинка (Караванов, 1992).

При строительстве хвостохрани-лища данное обстоятельство было учтено путем сооружения в его основании слоя глины, мощностью 0,5 м. Предполагалось, что это позволит обеспечить незначительную фильтрацию загрязняющих веществ за пределы объекта. Для дополнительного перехвата фильтрационных вод, ниже по течению, на глубине 6 м, в долинных отложениях, сооружена дренажная галерея, протяженностью 544 м и сечением 1,2х1,6 м, призванная выполнять роль гидравлического затвора. Пылевому разносу вредных веществ с поверхности хвостохранили-ща препятствовало то, что практически вся она была влажной. Однако исследования сотрудников ДВИМС (Грехнев, 1998) по геохимическому изучению компонентов среды в долине р. Силинка показали наличие высоко аномальных донных потоков (десятки фонов) по свинцу, кобальту, цинку, меди, мышьяку, сурьме, висмуту. Аналогичные аномалии меньшей интенсивности прослежены ниже хвостохранилища, на расстоянии более 8 км. По данным исследователей, долина р. Силинка по экологической напряженности на Российском Дальнем Востоке занимает второе место после долины р. Рудная в Дальнегорском районе Приморского края. Тяжелое финансовое положение горнодобывающего предприятия в дальнейшем не позволило обеспечить содержание этого водохозяйственного объекта, и в 2001 году было принято решение о расформировании службы, отвечающей за безопасность его эксплуатации. Согласно этому постановлению произведено осушение хвостохранилища, что породило мощную дополнительную экологическую проблему - пылевой разнос токсичных веществ с его поверхности по долине р. Силинка и загрязнение боль-

ших площадей. В связи с изложенным целью исследования явилось научное обоснование общей модели рекультивации поверхности хвостохранилища для обеспечения экологической и социальной его безопасности.

На основании проведенных исследований предложено районирование поверхности хвостохранилища ЦОФ (рисунок). В нем сделан акцент на выделение участков, которые требуют с экологических позиций разной степени защиты, в виде технологических приемов проведения рекультивации. По нашему мнению, наиболее полно должна быть защищена пляжная зона. Здесь, ранее, за счет фракционирования «хвостов» по минералогическом составу, плотности и склонности частиц к истиранию, происходило преимущественное отложение тяжелых частиц, представленных рудными и некоторыми породообразующими минералами. Гранулометрический состав отложений зоны весьма неоднороден - это чередование слоев алев-ролитовых, пелитовых и песковых фракций. Именно здесь ообнаружены повышенные скопления сульфидных и др. рудных минералов (кварц, турмалин, ильменит, флюорит, пирит, халькопирит, сульфиды, сфалерит, арсенопирит, пирротин и др.). Изучение геохимических особенностей «хвостов» показало, что спектр токсичных элементов (табл. 1), которые определяют их аномальность (как по отношению к местному фону, так и по отношению к Кларку) фиксировался в аномальных значениях и в верхнем горизонте почв (профиль 2). Это с достаточной надежностью свидетельствует в пользу мощного влияния данного объекта на почвенный покров, главным образом, через мобилизацию химических элементов процессами ветровой эрозии поверхности. Судя по результатам (табл. 1), можно отходы

189

Схема районирования хвостохранилища ЦОФ Солнечного ГОКа и план опробования

Примечание: 1-11 - точки отбора проб

Таблица 1

Результаты химического состава «хвостов» хвостохранилиша ЦОФ Солнечного ГОК

Хвостохранилише Профиль - 2

средняя проба, 0-20 см 0-10 см 10-20 см

Ф К Ф К Ф К

Ве 1,87 0,187 4,2 0,42 4,58 0,458

Мп 5,57 1,59 7,16 2,05 7,38 2,12

Со 29,29 6,15 8,03 1,687 7,82 1,642

Си 87,32 150,185 7,32 12,59 4,85 8,34

Zn 5,54 8,482 6,71 10,27 6,31 96,46

Д5 341,28 266,2 60,79 47,42 45,31 35,34

Мо 2,79 1,215 2,17 0,945 2,09 0,91

Ад 1,53 5,8 0,89 3,4 0,45 1,7

БЬ 282,86 435,6 31,81 49 18,22 28,06

Нд 99 99 4 4 3 3

РЬ 56,53 81,75 20,72 29,96 13,56 19,61

В1 533,07 1540 6,88 19,89 5 14,44

где Сср. - среднее содержание химического элемента, Ф - содержание в почвах у озера Амут, принятое за фоновое, К - кларковое содержание элемента в почвах по А.П.Виноградову

обогащения однозначно отнести к высокотоксичным, но не по суммарному содержанию в них сульфидов, как это предусмотрено известной классификацией «Казмеханобр» (1989), а по фактическому содержанию в них токсикантов таких, как: мышьяк, висмут, сурьма, медь (превышение фона и Кларка в несколько сотен раз) и свинца, ртути, кобальта (превышение в несколько десятков раз). Изучение агрохимического состава «хвостов», как субстрата для последующей рекультивации поверхности хвостохра-нилища, позволило выявить общие и специфические характеристики (табл.

2). Их биотестирование по «ростовому тесту» свидетельствует о чрезвычайной токсичности верхнего слоя (020 см) намывных отложений. Практически ни в одной чашке Петри не проросли семена (более того образовалась плесень). В контрольном вари-

анте (субстрат - отстоявшаяся, прокипяченная и охлажденная вода) всходы появились.

Для обоснования способа защиты создаваемого корнеобитаемого слоя остановимся более подробно на экологическом влиянии сульфидной серы, общий объем которой в хвосто-хранилище составляет 21 тыс. т при среднем содержании 2,16 %. В связи с этим выполнена газовая съемка по секущим профилям. Анализ проб воздуха на определение взвешенных веществ, диоксида серы, аэрозолей сульфатов и сероводорода показывает, что наибольшее количество токсичной пыли, содержащей различные металлы, обнаружено в районе колодцев (точка 7), прудка (точка 6), озера (точка 2) и пляжа (точка 1). Максимальная концентрация, достигающая 96 ПДК, выявлена в точке 8. Средняя концентрация на всей тер-

Таблица 2

Общие и специфические характеристики «хвостов»

Наименование

Характеристика

Общие

Специфические

1. Рыхлое сложение с поверхности

2. Неблагоприятный механический состав (отсутствие илистых частиц)

3. Недостаток элементов зольного питания, отсутствие гумуса, азота

4. Неустойчивый водный режим

5.Токсичность

1. Отсутствие связности и эрозионная неустойчивость

2. Низкая влагоемкость, высокая фильтрационная способность

3. Микробиологическая стерильность

4. Щелочная реакция

5. Отсутствие процессов естественного зарастания

ритории исследуемого объекта превышала норму в 47 раз. Высокий уровень загрязнения пылью наблюдался в точках 4, 5, 10 соответственно: 45 ПДК, 65 ПДК, 62 ПДК.

Выявлено, что величина аэрозолей сульфатов оказалась выше фонового значения в 80 раз в точке 3. В остальных точках максимальные концентрации превышали фон от 16 до 47 раз.

Значительная концентрация сероводорода, 2 ПДК, обнаружена в точках 6 и 7. Здесь же отмечался и повышенный средний уровень (район прудка и колодцев). В период отбора проб ощущался запах сероводорода в точках 4, 6, 7, 11 и фиксировалось превышение нормы в несколько раз.

Полученные результаты позволили сделать вывод о том, что загрязнение воздушного бассейна на территории хвостохранилища ЦОФ Солнечного ГОКа относится к экстремально высокому уровню загрязнения. Неблагоприятная экологическая ситуация отмечалась по содержанию аэрозолей сульфатов. Кратность превышения максимальных концентраций загряз-

няющих веществ относительно фонового содержания, как показали наши исследования, колебалась от 16 до 80 раз. Из тела хвостохранилища выделяется и поступает к его поверхности большое количество сернистых газов. Характерный их запах ощущается постоянно при приближении к границам хвостохранилища.

Этот объект является особо опасным источником загрязнения атмосферного воздуха при ветрах южного, юго-восточного и юго-западного направлений.

Проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что субстрат («хвосты» обогащения) не пригоден для произрастания растений. Здесь необходимо создавать модель почвенного профиля, отвечающую биоклиматическим условиям, предусматривающую экранирование токсичных грунтов слоем из плотных глин, чтобы защитить корнеобитаемый горизонт от тела хвостохранилища, и нанесение потенциально плодородных пород на них только в границах пляжной зоны (площадью 34,25 га). В пределах прудковой зоны для сохранения дренажа сооружений

(площадью 7,25 га) необходимо перекрыть ее камнем, гравием или щебнем.

Концептуальная основа общей модели должна базироваться на следующих положениях:

1) природно-климатические условия и экологический потенциал ландшафта;

2) медико-социальная характеристика объекта;

3) современное состояние хвостохранилища , инженерно-геологическая характеристика, агрохимический состав «хвостов», степень токсичности и пригодности субстрата для рекультивации, миграции загрязняющих веществ с территории техногенного массива, показатели рН, а также микробиологический и гранулометрический составы субстрата (присутствие илистой фракции);

4) морфологическая характеристика объекта;

5) степень увлажнения;

6) газовый режим;

7) наличие местного материала для создания экранирующего слоя;

8) экономические затраты.

Исходя из этого, нами сформулированы следующие принципы создания общей модели рекультивации поверхности хвостохранилища ЦОФ «Солнечный ГОК», содержащего токсичные отходы:

1. Обеспечение сохранности существующей дренажной системы хвостохранилища, которая продолжает эффективно функционировать уже много лет после его осушения, путем сохранения доступа не только поступающих на поверхность дождевых и талых вод к водосборным колодцам, но и к существующим смотровым колодцам;

2. Создание экрана, препятствующего вымыванию токсичных химических элементов и вовлечению их в

естественный геохимических круговорот. Экранирование также предполагает защиту вновь создаваемого корнеобитаемого слоя как от непосредственного воздействия солей тяжелых и токсичных металлов, так и от сернистых газов, образующихся в теле хвостохранилища за счет преобразования сульфидных минералов;

3. Дифференцированный подход к защите различных частей поверхности хвостохранилища, исходя из известных закономерностей формирования намывных отложений, и обусловленных этим различий гранулометрического и минерального состава различных их частей по отношению к прудковой зоне;

4. Наличие в составе «хвостов» токсичных включений предполагает формирование усложненной струк-ту-ры рекультивационного слоя, обеспечивающего изоляцию не только токсичных пород, но и создание благо-приятных условий питания и влаги для растений в новых местообитаниях;

5. Учет общих и специфических характеристик «хвостов» (отходов обогащения), поскольку они являются субстратом для последующей рекультивации;

6. Воссоздание экосистем на хво-стохранилище путем изменения механического состава «хвостов» в пределах корнеобитаемого слоя и обогащения их органическими соединениями;

7. Лесомелиоративное обустройство территорий хвостохранилища, которое должно базироваться на подборе зональных видов древесных и кустарниковых пород растений, обладающих долговечностью, достаточно высокими темпами роста и декоративностью;

8. Использование видов травянистой растительности, не требователь-

Таблица 3

Сравнение различных способов укрытия поверхности хвостохранилиша

Методы Срок реализации, лет Срок службы, лет Стоимость, $млн.

1. СГАО Висмут 15-20 > 1000 150,0

2. Геотекстиль + щебень 2-3 20 1,5

3. Химическая стабилиза- 0,5 1 0,30

ция ежегодно 1 0,07

4. Вода постоянно

2-3 >1000 1,5-7,0

5. Укрытие золой и поро-

дой отвала 2-3 >10 0,4

6. Биорекулат

ных к экологическим факторам среды обитания, способных сформировать мощную корневую систему, скрепляющую песчаные частицы и развивать фотосинтезирующую поверхность, обеспечивающую поддержание оптимального газового состава атмосферы.

Анализ, обобщение и систематизация публикаций ученых из различных стран, в т.ч. России (Таужнянская, 1975; Биорекулат, 1998 и др.), позволили выявить различные способы экранирования пылящих поверхностей хвостохранилища. Необходимо учесть, что рассмотренные нами предложения разработаны компаниями, имеющими высокую научную квалификацию и международный опыт (табл. 3).

На основе проведенных исследований, направленных на поиск способов рекультивации поверхности хвостохранилища, содержащего токсичные грунты, можно отметить, что наиболее приемлемыми для условий СолнечногоГО-Ка являются три варианта:

1. Заливка водой;

2. Нанесение полимерного покрытия «Биорекулат» на поверхность хвостохранилища;

3. Укрытие горными породами, внесение буроугольных отходов или

золы (до 6 т/га) и посев многолетних бобово-злаковых травосмесей, затем полив их гуматами на пляжной зоне и нанесение на прудковую зону гравия и щебня.

Однако экономическая оценка возможных вариантов свидетельствует о том, что стоимость 1 варианта составляет 1,5 млн руб./год; второго - 12 млн руб.; общие расходы на третий вариант выражаются величиной 176 297,25 руб. (на всю площадь -54 га). Экономические расчеты позволяет сделать вывод о том, что третий вариант более предпочтителен. Он предполагает создание противо-фильтрационного слоя из глинистого материала мощностью 0,1-0,15 м. Затем производится укладка потенциального плодородного слоя мощностью 0,3-0,35 м, в качестве материала которого используются вскрышные породы: кора выветривания грано-диорита, базальта, алевролитов и др. Затем наносятся буроугольные отходы (или зола, или шлаки) в количестве 6 т/га. Рыхление дисковой бороной осуществляется на глубину 5 см, после чего производится посев бобовозлаковой травосмеси. По периметру хвостохранилища, его откосам с помощью гидромониторной установки проводится посев многолетних трав с

добавлением глины. После чего рекультивированные площади поливаются гуматами.

Таким образом, своеобразие эда-фических условий хвостохранилища требует сравнительно сложной технологии рекультивационных работ. Предлагаемая модель предусматривает учет современного состояния техногенного массива, общей и специфической характеристики «хвостов» обогащения, физико-химических процессов, происходящих в них, особенностей географических и климатиче-

1. Грехнев Н.И., Остапчук В. И. Тяжелые металлы в геосистемах районов добычи и переработки оловянно-полиметаллических руд юга Дальнего Востока. // Влияние процессов горного производства на объекты природной среды. Владивосток: Дальнаука, 1998. С. 12-32.

2. Таужнянская З.А. Стабилизация и рекультивация хвостохранилища за рубежом

ских условий, создание экранирующего слоя, обеспечивающего защиту подземных вод от выноса из хвостохранилища загрязняющих веществ атмосферными осадками, снижение пыления в условиях дефицита влаги, а также охрану корневых систем растений от возможного контакта их с токсичным субстратом. При этом рекультивационные работы должны выполняться с максимальным использованием местных материалов и зональных видов растительного сообщества.

------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

//Цветная металлургия. 1975. № 11. С. 1922.

3. Биорекулат-полимерное покрытие для восстановления растительного покрова нарушенных земель без нанесения плодородного слоя. Апатиты. 1998. 4 с. (Ин-форм. листок ГИ КНЦ. - М.: Изд. дом «Ноосфера». 1998).

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

Мамаев Юрий Алексеевич - доктор технических наук, профессор, директор, Крупская Людмила Тимофеевна - доктор биологических наук, заведующая лабораторией,

Саксин Борис Георгиевич - доктор геолого-минералогических наук,

Крупский Александр Валерьевич - инженер,

Институт горного дела ДВО РАН, г. Хабаровск.

А