CC BY
83
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
«наука. инновации. технологии», № 2, 2018
удк 550.46 Мовсесова В.В. [Movsesova V.V.]
Блужина А.С. [Bluzhina A.S.] Иваненко K.K[Ivanenko K.I.] Степанян А.[Stepanyan A.A.]
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УРОВНЯ
пылевой нагрузки
НА СНЕЖНый ПОКРОВ
В зоне влияния урупского
ГОРНО-ОБОГАТИТЕЛьНОГО КОМБИНАТА
Determination of the level of dust load of snow cover in the zone of influence of Urupsky mining and processing plant
В статье приведены расчеты пылевой нагрузки и общей нагрузки каждого из элементов: Zn, Cu, Pb, Cd, Ni, Co, Fe, Mn в районе расположения Урупского горнообогатительного комбината в соответствии с конусом выноса по розе ветров, характерной для данной местности. Определение металлов и взвешенных веществ в снежном покрове произведено в соответствии с ПНД Ф 11.1:2:4.214-06 «Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений массовой концентрации железа, кадмия, кобальта, марганца, никеля, меди, цинка, хрома и свинца в пробах природных и сточных вод методом плазменной атомно-абсорбционной спектрофотометрии» и ПНД Ф 14.1:2.110-97 «Методика выполнения измерений содержаний взвешенных веществ и общего содержания примесей в пробах природных и очищенных сточных вод гравиметрическим методом», расчеты нагрузок в соответствии с Методическими рекомендациями по оценке степени загрязнения атмосферного воздуха населенных пунктов металлами по их содержанию в снежном покрове и почве. Установлено, что процессы пыления хвостохранилища Урупского ГОКа оказывают несущественное влияние на состояние атмосферного воздуха по конусу выноса.
The paper presents calculations of the dust load and the total load of each of the elements: Zn, Cu, Pb, Cd, Ni, Co, Fe, Mn in the region of the location of the Urup ore mining and processing plant in accordance with the wind rose cone characteristic of the locality. The determination of metals and suspended solids in the snow cover was carried out in accordance with PND F 11.1: 2: 4.214-06 "Quantitative chemical analysis of waters. Method for performing measurements of the mass concentration of iron, cadmium, cobalt, manganese, nickel, copper, zinc, chromium and lead in samples of natural and waste water using the method of plasma atomic absorption spectrophotometry " and PND F 14.1: 2.110-97" Method for measuring the contents of suspended solids and the total content of impurities in samples of natural and treated wastewater by gravimetric method ", calculations of loads in accordance with the Methodological recommendations for assessing the degree of atmospheric air pollution of settlements by metals in accordance with their content in the snow cover and soil. It is established that the processes of dusting of the tailings dump of the Urupsky GOK have an insignificant influence on the state of atmospheric air by the cone of removal.
Ключевые слова: Урупский ГОК, хвостохранилище, снежный покров, суммарный показатель загрязнения, суммарный показатель нагрузки. Key words: Urupsky GOK, tailing pond, snow cover, total pollution index, total load index.
Введение
Горно-обогатительный комбинат (ГОК) - комплексное горное предприятие по добыче и переработке твёрдых полезных ископаемых. По данным Управления охраны окружающей среды и водных ресурсов Карачаево-Черкесской республики в зоне действия ЗАО «Урупский ГОК» существует высокая техногенная нагрузка на поверхностные водные объекты, река Уруп загрязнена как стоками горнодобывающего производства. Помимо влияния на водный объект Урупский ГОК оказывает влияние и на состояние атмосферного воздуха, посредством пыления, несмотря на активное применение коагулянтов и флокулянтов в целях постепенного оседание твёрдой фазы хвостов. В настоящее время всё чаще в качестве объекта мониторинга состояния атмосферы используют снежный покров как интегральный показатель загрязненности атмосферы на территориях, характеризующихся наличием устойчивого снежного покрова в течение длительного времени. В отличие от атмосферного воздуха, снежный покров является более объективным, стабильным и репрезентативным объектом анализа [1, 2], поскольку до весеннего снеготаяния загрязняющие вещества оказываются законсервированными в нем [1] и накапливаются с последующим снегопадом [3].
Для оценки влияния пыления хвостохранилища Урупского ГОКа на экологическое состояние атмосферного воздуха (по снежному покрову) в соответствии с розой ветров, были отобраны и проанализированы пробы снега на различном расстоянии от тела хвостохранилища.
Материалы и методы
исследований
Хвостохранилище Урупского ГОКа находится на территории Урупского района Карачаево-Черкесской республики. Общая площадь объекта - 97,2 га, количество накопленных отходов - 6,3 млн кубических метров. Для оценки уровня загрязненности различных участков снежного покрова в районе влияния хвостохранилища были выбраны контрольные точки отбора. Отбор проб снежного покрова произведен на территории, прилегающей к хвостохранилищу 1 очереди Урупского ГОКа расположено в 5 км западнее ст. Преградная по дороге Р 256 Майкоп-Карачаевск. В табл. 1 представлена информация об отобранных пробах снежного покрова.
Схематичное изображение расположения точек отбора проб снежного покрова представлено на рис. 1.
Как видно из рисунка 1 точки отбора проб снежного покрова были выбраны в соответствии с характерной розой ветров.
Как видно из табл. 1 и рис. 1 пробы № 1-5 отобраны в юго-восточном направлении на следующих расстояниях: L1 = 1000 м, L2 = 700 м, L3 = 500 м, L4 = 200 м, L5 = 200 м. Проба № 6 отобрана в юго-западном направлении на расстоянии L6 = 200 м, пробы № 7,8 отобраны в северо-восточном направлении
Таблица 1. СВЕДЕНИЯ О МЕСТЕ ОБОРА ПРОБ, КОЛИЧЕСТВЕ КЕРНОВ,
МАССЕ ПРОБ И ВЫСОТЕ СНЕЖНОГО ПОКРОВА
Дата № пробы Место отбора Количество кернов, шт Масса пробы, кг Высота снежного покрова, см
1 1 км 3 2,7 6
2 700 м 3 2,5 6
15.02.2017 3 500 м 3 2,7 6
4 200 м 3 3 5
5 Угол/дно 3 2,7 5
6 200 м от 3 2,5 5
7 Плато старого 3 2,7 6
8 150 м от действующего 3 2,5 6
9 контроль 4 3 7
на расстоянии L7 8 = 200 м, фоновая проба отобрана в северо-западном направлении на расстоянии L9 = 200 м.
В каждом пункте отобрана одна интегральная проба, состоящая из нескольких кернов. Объем одной пробы 2,5-3,0 литров талой воды. Керны отбирались на расстоянии 5-10 метров друг от друга и располагаются по углам треугольника. При отборе пробы, как и положено, снегоотборник вдавливается до упора в снежный покров, снежная масса уплотняется поршнем, сне-гоотборник извлекается из снежного покрова, нижняя торцевая поверхность керна тщательно очищалась от грунта и растительных включений и снежная масса выдавливалась поршнем в полиэтиленовый пакет, на который предварительно навешена бирка с номером пробы.
В работе использованы значения валовых форм тяжелых металлов, установленных при исследованиях в научно-учебной лаборатории «Экоанали-тическая лаборатория» СКФУ методом атомно-абсорбционной спектрофото-метрии на атомно-абсорбционном спектрометре с атомизацией в пламени ЮЕ 3300 (ThermoScientific, США) после мокрого озоления талой воды, полученной при таянии снежного покрова азотной кислотой. При проведении лабораторных анализов проб почвы использованы методика: ПНД Ф 11.1:2:4.214-06 «Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений
Рис. 1.
Карта-схема расположения контрольных точек отбора проб (источник https://yandex.ru/maps). _
массовой концентрации железа, кадмия, кобальта, марганца, никеля, меди, цинка, хрома и свинца в пробах природных и сточных вод методом плазменной атомно-абсорбционной спектрофотометрии» [4] и ПНД Ф 14.1:2.110-97 «Методика выполнения измерений содержаний взвешенных веществ и общего содержания примесей в пробах природных и очищенных сточных вод гравиметрическим методом» [5].
На основе полученных результатов физико-химических исследований снежного покрова, для оценки влияния пыления хвостохранилища Урупско-го ГОКа на прилегающей территории, по Методическим рекомендациям по оценке степени загрязнения атмосферного воздуха населенных пунктов металлами по их содержанию в снежном покрове и почве [6], рассчитаны следующие показатели:
Расчет пылевой нагрузки проводится по формуле: Рп = Р /($4), мг / (м2 х сут), где Р — масса пыли в пробе, $ — площадь шурфа, * — время (в сутках), прошедшее с момента установления снежного покрова.
Суммарный приход твердого вещества используется в дальнейшем при определении поступления конкретных химических элементов в ландшафты воздушным путем. На его основе рассчитывается, прежде всего, общая нагрузка, создаваемая поступлением элементов в окружающую среду: Р = Сх Р
общ. п,
где Р— среднесуточная пылевая нагрузка (в кг/км2),
С — концентрация элемента в снеговой пыли (в мг/кг).
Кроме того, рассчитывается коэффициент относительного увеличения общей нагрузки элемента К : К = Р, /Р.
* р р общ. ф,
при Рф = СфХРф где Сф — фоновое содержание исследуемого
элемента; Рпф — фоновая пылевая нагрузка; Рф — фоновая нагрузка исследуемого элемента. Суммарный показатель нагрузки: 2р = £Кр — (п — 1), где п - число учитываемых аномальных элементов с Кр больше 1.
Существует градация по Zр:
— 1000 - низкая степень загрязнения, неопасный уровень заболеваемости;
— 1000-5000 - средняя степень загрязнения, умеренно опасный уровень заболеваемости;
— 5000-10000 - высокая степень загрязнения, опасный уровень заболеваемости;
— < 10000 - очень высокая степень загрязнения, чрезвычайно опасный уровень заболеваемости.
Суммарный показатель загрязнения 2с (СПЗ), характеризующий эффект воздействия группы элементов. Показатель рассчитывается по следующей формуле: 2с = £ Кс — (п — 1),
где Кс — коэффициент концентрации, который рассчитывается
как отношение содержания элемента в исследуемом объекте С к его фоновому содержанию Сф: Кс = С / Сф, причем Кс > 1; п — число учитываемых аномальных элементов. Существующая градация по величине суммарного показателя загрязнения:
— 64 - низкая степень загрязнения, неопасный уровень заболеваемости;
— 64-128 - средняя степень загрязнения, умеренно опасный уровень заболеваемости;
— 128-256 - высокая степень загрязнения, опасный уровень заболеваемости;
— < 256 - очень высокая степень загрязнения, чрезвычайно опасный уровень заболеваемости.
Результаты исследований и их обсуждение
В каждой из отобранных проб снежного покрова методом атомной спектрометрии определены 8 металлов и взвешенные вещества. В табл 2 представлена информация о содержании изученных химических элементов в установленных точках отбора и коэффициент концентрации элемента на изучаемой территории.
Как видно из таблицы 2, полученные значения содержаний тяжелых металлов и взвешенных веществ в отобранных пробах снежного покрова имеют небольшие значения. Зеленым цветом в табл. 2 выделены коэффициенты концентрации, значения которых больше 1. В пробе № 1 - это коэффициент концентрации по №, Fe, Мп и взвешенным веществам. В пробе №2 -это Кс по Zn, РЬ, Cd, Со, Fe, Мп и взвешенным веществам. В пробе №3 - это значения по Cd, №, Со, Fe, Мп и взвешенным веществам. В пробе № 4 - это значения по Cd, Со, Мп и взвешенным веществам. В пробе № 5 - это значения по РЬ, №, Со, Fe, Мп и взвешенным веществам. В пробе № 6 - это значения по Zn, № и взвешенным веществам. В пробе № 7 - это значения по Zn, №, Fe, Мп и взвешенным веществам. В пробе № 8 - это значения по всем изученным веществам, за исключением меди.
Для расчета общей нагрузки каждого элемента использовались значения общего количества пыли, выпадающего на единицу площади в единицу времени или так называемая пылевая нагрузка (рис. 2).
Согласно рис. 2, наименьшее значение, как и ожидалось, имеет фоновая проба, пылевая нагрузка в пробах, отобранных в юго-восточном, юго-западном и северо-восточном направлениях незначительна, за исключением пробы на №1.
На рис. 3 приводятся значения общей нагрузки каждого изученного элемента, выраженная через диаграмму, отображающую изменения процентного вклада каждого значения с течением времени.
Как видно из рис. 3 количество каждого элемента, выпадающего на единицу площади в единицу времени имеет небольшие значения. При анализе диаграммы, отображающей изменения процентного вклада каждого значения с течением времени становится ясно, что наибольшим вкладом с течением времени будут обладать фоновые концентрации.
В этой связи, с течением времени, в юго-восточном направлении в местах расположения проб № 1-5 наблюдается наименьший вклад элементов с течением времени, с небольшой дифференциацией, носящий следующий характер: при удалении от тела хвостохранилища изменения процентного вклада каждого значения с течением времени, как и ожидалось, сокращается.
Такая же картина характерна для проб, отобранных в юго-западном и северо-восточном направлении.
Ввиду полиэлементного состава снежного покрова нами рассчитаны суммарные показатели загрязнения: показатель загрязнения и суммарный по-
Таблица 2. СОДЕРЖАНИЕ ИЗУЧЕННЫХ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
В УСТАНОВЛЕННЫХ ТОЧКАХ ОТБОРА И КОЭФФИЦИЕНТ КОНЦЕНТРАЦИИ ЭЛЕМЕНТА НА ИЗУЧАЕМОЙ ТЕРРИТОРИИ
№ пробы Химические элементы
Zn мг/л Кс ^ мг/л Pb мг/л Кс Cd мг/л Кс N1 мг/л Кс
1 0,002 0,23 <0,03 0,019 0,27 0,014 0,91 0,022 1,03
2 0,058 5,8 <0,03 0,321 4,58 0,023 1,50 0,021 0,99
3 <0,01 <0,03 <0,01 0,026 1,70 0,052 2,46
4 0,005 0,5 <0,03 <0,01 0,022 1,42 0,007 0,34
5 <0,01 <0,03 0,281 4,01 0,012 0,76 0,109 5,12
6 0,074 7,4 <0,03 <0,01 0,006 0,39 0,025 1,10
7 0,135 13,5 <0,03 <0,01 0,010 0,67 0,083 3,89
8 0,153 15,3 <0,03 0,106 1,51 0,027 1,74 0,072 3,36
9 ф 0,01 0,03 0,01 0,015 0,021
№
Химические элементы
пробы Ос мг/л Кс Fe мг/л Кс №п мг/л Кс Взв. в-ва мг/дм3 Кс 2с
1 0,004 0,37 0,859 1,84 0,058 2,39 224 4,00 6,26
2 0,02 1,72 0,529 1,13 0,04 1,65 98 1,75 28,32
3 0,022 1,86 0,751 1,61 0,069 2,84 92 1,64 7,11
4 0,034 2,93 0,398 0,85 0,037 1,52 76 1,36 4,24
5 0,018 1,55 0,683 3,29 0,048 1,98 110 1,96 12,91
6 0,011 0,97 0,565 1,21 0,021 0,85 78 1,39 8,1
7 0,009 0,77 0,576 1,23 0,032 1,32 120 2,14 18,08
8 0,022 1,86 0,584 1,25 0,019 0,78 112 2,00 21,02
9 ф 0,012 0,467 0,024 56
казатель нагрузки для этого применен рассчитанный коэффициент относительного увеличения общей нагрузки каждого элемента (табл. 3).
Суммарный показатель загрязнения в каждой точке отбора ниже 32 (самый низкий уровень равен 32). Таким образом, по суммарному показателю загрязнения, согласно представленным критериям в Методике, снежный покров не может быть охарактеризован ни по одному из уровней загрязнения.
Хим. элемент Общая нагрузка элемента - Р общ., мг/(км2 х сут.)
№1 №2 №3 №4 №5 №6 №7 №8 фон
Zn 0,129 0,135 0,009 0,137 0,385 0,410 0,013
РЬ 0,097 0,758 0,733 0,282 0,093
Cd 0,074 0,054 0,057 0,039 0,030 0,011 0,029 0,071 0,020
№ 0,117 0,049 0,114 0,013 0,284 0,047 0,237 0,190 0,028
Со 0,023 0,047 0,047 0,0612 0,047 0,021 0,0256 0,057 0,015
Fe 4,553 1,2326 1,637 0,716 1,783 1,045 4,642 1,553 0,621
Мп 0,307 0,093 0,150 0,067 0,125 0,038 0,091 0,051 0,032
Рис. 3. значения общей нагрузки каждого изученного элемента,
выраженные через диаграмму, отображающую изменения процентного вклада каждого значения с течением времени.
Таблица 3. СУММАРНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
И СУММАРНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ НАГРУЗКИ
№1 №2 №3 №4 №5 №6 №7 №8
Zc 3,26 27,57 6,47 3,88 11,95 7,71 16,94 20,02
Суммарный показа- < 32 < 32 < 32 < 32 < 32 < 32 < 32 < 32
тель загрязнения
Zp 238,02 23,97 10,38 3,41 22,42 9,79 39,06 45,09
суммарный показа- < 1000 < 1000 < 1000 < 1000 < 1000 < 1000 < 1000 < 1000
тель нагрузки
Суммарный показатель нагрузки, характеризует выпадение металлов, его значения в каждой из точек отбора меньше наименьшего значения 1000. Как и в случае с суммарным показателем загрязнения, согласно представленным критериям в Методике, снежный покров не может быть охарактеризован ни по одному из уровней нагрузки.
Выводы
Учитывая тот факт, что снежный покров является депонирующей средой и значения обоих показателей не подходят ни под одну из градаций уровней загрязнения атмосферного воздуха, можно утверждать о минимальном уровне воздействия хвостохранилища Урупского ГОКа на атмосферный воздух. Применяемые методы снижения воздействия на атмосферный воздух прилегающей территории являются эффективными и существенно снижают процессы пыления.
Библиографический список
1. Шумилова М.А., Садиуллина О.В., Дружакина О.П. Об особенностях анализа снега при мониторинге окружающей среды на примере г Ижевска // Носкова Т.В., Эйрих А.Н., Дрюпина Е.Ю., Серых Т.Г., Овчаренко Е.А., Папина Т.С. 212 Ползуновский вестник № 3 2014 Вестник Удмуртского университета. Физика. Химия. 2012. Вып. 1. С. 109-112.
2. Систер В.Г., Корецкий В.Е. Инженерно- экологическая защита водной системы северного мегаполиса в зимний период: учеб. пособие. М.: Моск. гос. ун-т инж. экологии, 2004. 190 с.
3. Таловская А.В. Оценка эколого-геохимического состояния районов г. Томска по данным изучения пылеаэрозолей: авто-реф. дис. ... канд. геол.-минер. наук. Томск, 2008. 23 с.
4. ПНД Ф 11.1:2:4.214-06 «Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений массовой концентрации железа, кадмия, кобальта, марганца, никеля, меди, цинка, хрома и свинца в пробах природных и сточных вод методом плазменной атомно-абсорбционной спектрофотометрии».
5. ПНД Ф 14.1:2.110-97 «Методика выполнения измерений содержаний взвешенных веществ и общего содержания примесей в пробах природных и очищенных сточных вод гравиметрическим методом».
6. Методические рекомендации по оценке степени загрязнения атмосферного воздуха населенных пунктов металлами по их содержанию в снежном покрове и почве (утв. главным государственным санитарным врачом СССР от 15.05.1990 n 5174-90).
References
1. Shumilova M.A., Sadiullina O.V., Druzhakina O.P. Ob osoben-nostyakh analiza snega pri monitoringe okruzhayushhej sredy' na primere g. Izhevska (On the features of the analysis of snow in monitoring the environment by the example of Izhevsk) // Noskova T.V., E'jrikh A.N., Dryupina E.Yu., Sery'kh T.G., Ovcharenko E.A., Papina T.S. 212 Polzunovskij vestnik # 3 2014 Vestnik Udmurtsk-ogo universiteta. Fizika. Khimiya. 2012, Vy'p. 1. S. 109-112.
2. Sister V.G., Koreczkij V.E. Inzhenerno- e'kologicheskaya zashhita vodnoj sistemy' severnogo megapolisa v zimnij period: ucheb. po-sobie (Engineering and environmental protection of the northern metropolitan water system in winter: training. allowance). M.: Mosk. gos.un-t inzh. e'kologii, 2004. 190 s.
3. Talovskaya A.V. Oczenka e'kologo-geokhimicheskogo sostoyaniya rajonov g. Tomska po danny'm izucheniya py'leae'rozolej (Evaluation of the ecological and geochemical state of Tomsk regions according to the data of the study of dust aerosols): avtoref. diss. kand. geol.- miner. nauk. Tomsk, 2008. 23 s.
4. PND F 11.1:2:4.214-06 «Kolichestvennyj himicheskij analiz vod. Metodika vypolneniya izmerenij massovoj koncentracii zheleza, kadmiya, kobal'ta, marganca, nikelya, medi, cinka, hroma i svinca v probah prirodnyh i stochnyh vod metodom plazmennoj atomno-absorbcionnoj spektrofotometrii» (Quantitative chemical analysis of waters. Method for performing measurements of the mass concentration of iron, cadmium, cobalt, manganese, nickel, copper, zinc, chromium and lead in natural and waste water samples using plasma atomic absorption spectrophotometry).
5. PND F 14.1:2.110-97 «Metodika vypolneniya izmerenij soderzhanij vzveshennyh veshchestv i obshchego soderzhaniya primesej v probah prirodnyh i ochishchennyh stochnyh vod gravimetricheskim metodom» (Methods for performing measurements of suspended matter and total impurity content in samples of natural and treated wastewater by gravimetric method).
6. Metodicheskie rekomendacii po ocenke stepeni zagryazneniya at-mosfernogo vozduha naselennyh punktov metallami po ih soder-zhaniyu v snezhnom pokrove i pochve (Methodological recommendations for assessing the degree of pollution of atmospheric air in populated areas with metals by their content in the snow cover and soil) (utv. glavnym gosudarstvennym sanitarnym vrachom SSSR ot 15.05.1990 n 5174-90).
