Научная статья на тему 'Особенности загрязнения подземных вод соединениями группы азота на месторождения нерудного сырья'

Особенности загрязнения подземных вод соединениями группы азота на месторождения нерудного сырья Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
244
22
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Власова А. А., Туман О. М., Захаров А. В.

На примере Баженовского месторождения хризотил-асбеста рассмотрены особенности загрязнения подземных вод соединениями азота. Определены источники поступления соединений группы азота в дренажные воды карьера. Проведено опробование природных вод в границах зоны депрессии карьера. Качественный анализ состава соединений азота в природных водах месторождения позволил выделить пять типов вод с различными соотношениями соединений азота.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Власова А. А., Туман О. М., Захаров А. В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Особенности загрязнения подземных вод соединениями группы азота на месторождения нерудного сырья»

ИЗВЕСТИЯ УРАЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА

2004 СЕРИЯ: ГЕОЛОГИЯ И ГЕОФИЗИКА Вып. 19

V. ГИДРОГЕОЛОГИЯ, ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

УДК 550.46:556.314

A.A. Власова, О.М. Гуман, A.B. Захаров

ОСОБЕННОСТИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД СОЕДИНЕНИЯМИ ГРУППЫ АЗОТА НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ НЕРУДНОГО СЫРЬЯ

Азот - элемент с переменной валентностью. В геохимических образованиях его валентность может приобретать значения -3, 0, +1, +2» +3, +5. Это определяет многообразие его вероятных форм в подземных водах. В растворенном сосюянии азот может находиться в подземных водах в виде различных газов (NHj, N2, N2O, NO, NO», N2O3), анионов азотной (NOj") и азотистой (N02*) кислот, катиона NH«* [1].

Рассмотрим загрязнение подземных вод соединениями азота на примере Баженовского месторождения хризотил-асбеста. Карьерная выемка Баженовского месторождения хризотил-асбеста расположена преимущественно в пределах водоносного комплекса зон трещиноватости интрузивных и метаморфических пород ультраосновного состава, имеющего достаточно низкую водообильность. Центральная часть карьера на западе частично дренирует подземные воды водоносного комплекса зон трещиноватости интрузивных пород основного состава, а на востоке - подземные воды водоносного комплекса зон трещиноватости интрузивных пород кислого состава, повсеместно -водоносный комплекс рыхлых покровных отложений [2, 4].

Подземные воды района Баженовского месторождения относятся к категории незащищенных от возможности поверхностного загрязнения ввиду малой мощности покровных рыхлых отложений и натичия в пределах рассматриваемой территории естественных и искусственных обнажений коренных водовмещающих пород.

В связи с интенсивным освскнием территории (разработка месторождения, наличие обогатительных фабрик, завода по изготовлению взрывчатых веществ и многих других промышленных предприятий) состав подземных вод изменяется, причём основными макрокомпонентам и, загрязняющими подземную гидросферу, являются соединения азота.

В качестве источников поступления соединений группы азота в дренажные воды карьера могут быть:

• атмосферные осадки;

• утечки из городских канализационных сетей и водопроводных коммуникаций, расположенных в зоне депрессии карьера.

• подземные воды прилегающих территорий, в том числе сельскохозяйственных;

• взрывные работы, осуществляемые на Центральном и Южном карьерах.

Основные источники загрязнения атмосферных осадков азотом - это газодымовые выбросы промышленных предприятий, выбрасывающих в атмосферу NO, NO2, N20; взаимодействие азота и кислорода при работе автомобильных двигателей. По оценке JI.M. Лифлянд, в состав атмосферных осадков промышленных районов может входить до 60-70 % серной кислоты, до 30-50 % азотной, а доля соляной не превышает 5 %. Окислы азота в загрязнении атмосферы приобретают все большее значение. Особая роль принадлежит автомобильному транспорту. Выбросы оксидов азота при сгорании достигают 33 кг на 1 т дизельного топлива и 20 кг бензинэвого, в то время как при сгорании нефтяного топлива и угля в промышленных установках количеств) оксидов азота составляет от 4 до 14 кг на 1 т [1].

Для изучения состава атмосферных осадков в апреле 2004 г. выполнено опробование снегового покрова вокруг карьера Баженовского месторождения хризотил-асбеста. Результаты опробования приведены в табл. 1.

Вода нейтральная, рН изменяется от 6,90 до 7,35. По макрокомпонентному составу талая вода сульфатно-гидрокарбонатная и хлоридно-гидрокарбонатная, магниево-кальциевая. Доля КН/ составляет от 2 до 6 %-эквивалентов в общем солевом составе воды, доля N0}' и N02" незначительна.

Коммунально-бытовые стоки относятся к околонейтральным бескислородным, бессульфидным водам с высоким содержанием органических веществ и низкими положительными значениями ЕЬ с повышенным содержанием весьма токсичных низших форм азота и N0^. Причина низких значений окислительно-восстановительного потенциала этого типа азотсодержащих подземных вод заключается в расходовании кислорода на окисление органических веществ.

Таблица 1

Содержание соединений азота в снеговом покрове вокруг карьера Баженэвского месторождения хризотил-асбеста

Номер пробы и ее местоположение Содержание соединений азота, мг/л

No6m. N0, NO> NU/

Северо-западный борт карьера 1,00 <0.1 0.035 0.97

Между отвалом 1 и р. Рсфг 1.22 <0.1 0.075 1,14

Восточный борт Северо-Пролстарского карьера 1.17 <0.1 0.033 0.84

Восточный борт Цс1ггрального карьера 0.94 <0.1 0,039 0.90

Юго-восточный борт карьера 0.85 <0.1 0.10 0.75

Юго-западный борт карьера 1.98 <0.1 0.055 1.92

Волы сельскохозяйственных территорий относятся к околонсйтральнь:м кислородным с высокими значениями Eh. Преобладающей формой азота в околонейтральных кислородных подземных водах является NOj". Основная причина увеличения концентраций NOj' заключается в использовании нитратных удобрений, в процессах нитрификации других форм азота, например NH4\ Процесс нитрификации, заключающийся в бактериальном окислении аммиака до нитрата, многостадиен. Он может быть выражен следующей схемой: NHi —» NH2OH —♦ HNO —♦ N0/ —* N0,(1].

Водопритоки на Баженовском месторождении хризотил-асбеста формируются за счет дренирования подземных вод, заключенных в региональной и локальной системах трещин палеозойских пород, талых и дождевых вод, выпадающих на площади карьеров, утечек из водонесуших коммуникаций предприятий и жилого массива г. Асбеста, а также, возможно, за счет привлечения транзитного речного стока. Обводненность месторождения незначительна ввиду слабой фильтрационной Способности водовмещающих пород зоны выветривания и малой ее мощности.

Тальково-карбонатные и тальковые породы, широко развитые на контакте ультрабазитов с гранитоидами, в зонах разломоз и на контактах серпентинитов с дайками, яапяются слабопроницасмыми и даже водоупорными, в особенности по направлению, перпендикулярному сланцеватости. Так, непрерывная полоса тальк-карбонатных пород мощностью 150-400 м на контакте улмрабазитов и гранитоидов приводит к изоляции этих двух смежных водоносных комплексов, что подтверждается различным уровенным режимом и химическим составом подземных вед. Влияние водоотлива за пределы этой полосы распространяется очень слабо [4].

Наибольшую водообильность породы водоносного комплекса зок трещиноватости интрузивных и метаморфических пород ультраосновного состава имеют в пределах ра!вития даек диорит-аплитов, контролирующих зоны тектонических нарушений. С такими участками связано основное поступление воды в горные выработки месторождения.

При проходке горизонтальных дренажных выработок по серпентинитам поступление воды в них было незначительным, а иногда совершенно отсутствовало, но в местах пересечения даек отмечался интенсивный приток в виде непрерывных струй в течение нескольких суток. Борта карьеров обычно сухие, в основном вода фильтруется по прибортовой системе трещин, возникшей под воздействием массовых взрывов, и скапливается на дне карьера. Отмечаются выходы фильтрующейся воды в уступах вдоль тектонически нарушенных зон.

По условиям формирования подземных вод, их циркуляции, лигологическому составу вмещающих пород и водообильностн в пределах рассматриваемого района выделяется 5 водоносных комплексов:

1. Водоносный комплекс спорадически распространенных рыхлых покровных отложений четвертичного возраста, представленный иловатыми супесями и тонкозернистыми песками. Естественный состав вод - гидрокарбонатный кальциевый с минерализацией до 0,3 г/дм1.

2. Водоносный комплекс зон трешиноватости интрузивных пород основного состава, прсдставлснный габбро, габбро-норитами, габбро-амфиболитами, габбро-диабазами и габбро-диоритами. Естественный состав вод-гидрокарбонатный кальциево-магниевый с минерализацией до

0,5 г/дм3.

3. Водоносный комплекс зон трешиноватости интрузивных пород кислого состава, представлен гранитоидами, плагиогнейсами, гнейсами. Естественный состав вод - гидре карбонатный кальциево-магниевый или кальциево-натрневый с минерализацией до 0,3 г/дм\

4. Водоносный комплекс зон трешиноватости интрузивных пород ультраосновного состава и связанных с ними метаморфических образований представлен серпентинитами, перидотитами, пнроксенитами, тальк-карбонатными, тальк-хлоритовыми, тремолито-актинолитовымн и другими породами. Естественный состав вод - гидрокарбонатный кальциево-магниевый и магниевый с минерализацией до 0,7 г/дм\

5. Водоносный комплекс зон трешиноватости метаморфических и вулканогенных образований девона и силура, представленный серицит-кварцевыми, хлорит-кварцевыми, полсвошпат-кварц-серицитовыми сланцами с прослоями песчаников, диабазовыми порфиритами, диабазами, амфибилигами, гнейсами. ЕС1 ее 1 венный сис(ав вид - гидри карбонатный кальциево-магниевый с минерализацией до 0,3 г/дм5.

Взрывные работы на карьере являются еше одним источником посту пления соединений азота в водоносные горизонты. В настоящий момент на карьере применяют водоустойчивые эмульсионные ВВ (порэмит и гранэмит).

Следует отметить постоянное превышение норм ПДК по воде обьсктов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования для всех форм азота в водоотливах шахт "Центральная" и "Южная".

В Центральном и Южном карьерах осушение ведется через сеть водоспусюых скважин, пройденных из зон ведения работ в горизонтальные подземные выработки, расположенные под дном карьеров, с последующей откачкой воды на поверхность через стволы двух специатьныч дренажных шахт, расположенных на бортах карьера, - "Центральной-Новой" и "Южной".

С шахты Це»ггратьного карьера сброс воды осуществляется по 2 водоводам в р. Б. Рефт. С шахты Южного карьера сброс воды произзодится на расстоянии порядка 3 км по трем водоводам, а затем по открытой канаве через 1,5 км она попадает в р. Черемшанку - правый приток р. Б. Рефт.

Многолетний водоотлив привел к формированию депрессионной воронки площадью около 30,5 км2. В плане депрессионная воронка вокруг карьера имеет вытянутую субмеридионально (по простиранию пород) форму, согласующуюся с общим расположением открытых выработок и дренажной системой.

По фондовым материалам [3] дренажные воды отличаются содержаниями ионов >Ш/ до 10-15 %-экв/л и N0?" до 10-15 %-экв/л, а также наличием ионов N0/.

В границах депрессионной воронки на территории города Асбеста выполнено единовременное опробование природных вод для изучения в них содержаний соединений группы азота экспресс-методами. Комплекс аналитических определений следующий: I, рН, ЕЬ N11/, N02*, N03'.

При обследовании территории выделены группы подземных и поверхностных вод, отличающиеся по соотношению в них соединений азотной группы (см. рисунок). Доля каждого соединения азотной группы в обшей сумме азота рассчитываюсь по их содержанию в экз. форме.

В трещинных водах, отобранных из скважин коллективных садов, выходов подземных вод в карьере, преобладает нитратная форма соединений азота, что свидетельствует об отсутс~вии свежего загрязнения или удаленности источника загрязнения от места отбора проб. В большинстве проб содержание N1^* менее 20 %; и только вблизи отвалов и завода "Порэмит" доля К'Н/ увеличивается до 90 %, что указывает на натичис источников свежего загрязнения.

Поверхностные воды отличаются постоянным присутствием ионов N11/ до 30-40 % и появлением ионов N02* до 10 %.

Дренажные воды выделяются высокими процентами содержания ионов N02* (до 30 %) и N14/ (до 40 %). По разнице доли N4/ в трещинных водах западного борта карьера (собирающих сток с городской территории) и дренажных вод можно судить о количественной доле свежего загрязнения последних за счет взрывчатых веществ, хтя чего необходимо выполнить полный анатиз воды во всех точках опробования.

ICC*

»49-" е-" ДО»«* 9-: 9-э ^ е-» е-» V* о-ив-и^м»«»«»»^»»»»»-*»»»» »9 »юв-и^тшимацисюсшв Качественная характеристика природных и техногенных вод по содержанию соединений азота

В коммунальных водах стабильно преобладает \Н4* как показатель свежего загрязнения. В чистых трещинных водах, используемых для хозяйственно-гштьсвого водоснабжения (шахта "Водораздельная"), практически отсутствуют показатели свежего загрязнения

Качественный анализ состава соединений азота природных и техногенных вод представлен в

табл. 2.

Таблица 2

Качественная характеристика загрязнения природных и техногенных вод соединениями азота

Тип волы Содержание соединений азота в % от суммы соединений азота в мг-экв

NH,. NO;. NO,.

Трещинные воды:

источников хоз.-питьевого водоснабжения 0-15 0-2 84-:00

ПОДО! вольные 30-95 1-2 4-70

Поровые воды:

загрязненные 55-83 1-2 1545

неза|рязненные 0-8 0-2 9i-:oo

Поверхностные воды 8-40 1-9 51-91

Дренажные воды 36-43 30-34 27-31

Коммунальные воды 95-100 <1 <1

Таким образом, качественный анализ состава соединений азота в природных водах Наженовского месторождения хризотил-асбеста позволяет выделить пять типов воды с различными соотношениями соединений азота.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Крайнов С.П., Закутин В.П., Соломин Г.А. Соединения азота в подземных водах хозяйственно-питьевого назначения // Гидрогеология и инженерная геология: Обзор. М.: 13ИЭМС, 1989. 66 с.

2. Гуман О.М., Хохряков A.B. Проект локального мониторинга окружающей срелы ОАО "Ураласбест". Том 1. Екатеринбург, 2001.

3. Соколкшн С.Б. Оценка запасов подземных дренажных вод как попутного полезного ископаемого Баженовского месторождения хризотил-асбеста: Отчет о результатах работ научно-производственной геоэкологической фирмы "ГеоС" за 1995-1996 годы / НПГФ "ГеоС", Екатеринбург. 1996.

4. Чемякин В.И., Кощеев В.М. и др. Бажсновское месторождение хризотил-асбеста на Среднем Урале: Отчет по детальной разведке месторождения за 1980-1984 годы с подсчетом запасов хризотил-асбеста и строительного камня по состоянию на 01.01.84 / УПГО "Уралгеология". Асбест. 1984.

УДК (556.3:550.812):628.173

С.Н. Елохнна, К.С. Веприков

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ПОИСКОВО РАЗВЕДОЧНЫХ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ РАБОТ В ЮГО-ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ СВЕРДЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Юго-восточная часть Свердловской области по гсоструктурному и геоморфологическому признакам относится к району Зауралья. В административном отношении это Пышминский, Талицкий, Ирбитский, Камышловский. Ьайкаловский. Туринский и Тугулымский районы, наиболее неблагополучные по обеспечению населения питьевой водой. Водохозяйственные особенности района таковы, что централизованное и нецентрализованное хозяйственно-питьевое водоснабжение, в силу загрязненности поверхностных вод, базируется исключительно на ресурсах подземных вод.

В гидрогеологическом отношении район Зауралья принадлежит к Тобольскому артезианскому бассейну, в пределах которого ярусные гидрогеологические структуры имеют повсеместное развитие. В отличие от остальной территории Западно-Сибирской низменности, одним из областей которой является Зауралье, складчатый фундамент здесь занимает более высокие отметки, а олигоцен-миоценовая песчаная толща затегает гипсометрически выше ахтювиатьного водоносного горизонта и не имеет с ним гидравлической взаимосвязи.

На территории Зауратья перспективны для хозяйственно-питьевого водоснабжения три водоносных горизонта:

1. Ахтвиильный водоносный горизонт, приуроченный к долинам современной речной сеш. В силу незначительной мощности атлювиатьных отложений, особенно в Западном Зауратье, ахтювиатьный водоносный горизонт используются преимущественно для водоснабжения небольших потребителей.

2. Олигоценовый водоносный горизонт в отложениях куртамышской и наурзумской свит является первым от поверхности на водораздельных пространствах (ОВГ)-

Накопление континентатьных отложений куртамышской свиты происходило в нижнем-среднем олигоцене. Для свиты характерен невыдержанный фациатьиый состав. Контакт песчано-глинистых отложений свиты с подстилающими чеганскими глинами обычно резкий. Контакт может быть подчеркнут слоем кварцевого гравия [2]. Однако встречаются иные разрезы, в которых наблюдается постепенный переход от чгганских глин через курганские слои мощностью 5-7 м к отложениям куртамышской свиты. Мощность свиты в среднем 10-30 м, иногда достигает 80 м.

В верхнем олигоцене происходило накопление континентальных отложений наурзумской свиты, залегающих часто с размывом на ннжне-среднеолигоценовых породах. В нижних частях верхнего олигоцена преобладают разнозернистые пески и гравий с косой слоистостью, а в верхних -глины монтмориллонит-гидрослюдисто-каолинитового состава. Внешне наурзумскис отложения отличаются от куртамышских по наличию кристаллического каолинита в белых глинах, образующего «монетные» столбики, а также плохой ссртировкой обломочного материала и его преимущественно кварцевым составом. Мощность свиты не превышает 15 м.

Согласно материалам Уралгидроэкспедицни, олигоценовые континентапьные отложения занимают самое верхнее положение в стратиграфическом разрезе, слагая водораздельные участки. Отложения представлены преимущественно водоносными песками с прослоями светло-серых и шоколадно-коричневых глин. Пески кварцевые различной зернистости, но преобладают тонкозернистые с размером зёрен 0,25 - 0,05 мм, содержание которых достигает 75-90 %. Мощность

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.