CC BY
28
ГИАБ. Горный информационно-аналитический бюллетень / MIAB. Mining Informational and Analytical Bulletin, 2020;(3-1):488-500 ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ / ORIGINAL PAPER
УДК 556.502 DOI: 10.25018/0236-1493-2020-31-0-488-500
ПРОБЛЕМЫ САМОРЕАБИЛИТАЦИИ ГИДРОСФЕРЫ И ОЧИСТКИ ШАХТНЫХ ВОД НА ПОСТЭКСПЛУАТАЦИОННОМ ЭТАПЕ (НА ПРИМЕРЕ ЛЕВИХИНСКОГО РУДНИКА, СРЕДНИЙ УРАЛ)
Л.С. Рыбникова1, П.А. Рыбников12
1 Институт горного дела Уральского отделения Российской академии наук (ИГД УрО РАН) 2 Ural State Mining University, Ekaterinburg, Russia
Аннотация: Формирование состава подземных и поверхностных вод гидросферы водосборов, которые нарушены горными работами, зависит как от природных, так и, в значительной степени, техногенных факторов. При этом техногенные факторы могут быть ведущими в течение продолжительного периода, исчисляемого иногда десятками и даже сотнями лет. После прекращения добычи возврат горнопромышленной территории в состояние, близкое к естественному, возможен, как показывает мировой опыт, в исключительных случаях, чаще всего, если геохимическая активность полезного ископаемого невысока, а процесс рекультивации и ревитализации планируется еще на этапе проектирования отработки. В старопромышленных районах большое значение приобретают процессы самовосстановления гидросферы, которые определяют время, в течение которого территория должна рассматриваться как объект накопленного вреда окружающей среде. В настоящее время на отработанных и затопленных в начале 2000-х годов медноколчеданных рудниках Свердловской области суммарный вынос соединений металлов шахтными водами в зонах разгрузки составляет сотни (марганец, цинк) и даже тысячи тонн в год (железо). Продолжительность самореабилитации гидросферы горнопромышленных территорий на постэксплуатационном этапе, т. е. длительность периода, в течение которого содержание основных загрязняющих компонентов (меди, цинка, железа, сульфат-иона) снижается до предельно-допустимых или фоновых значений, составляет десятки и даже сотни лет. В течение этого времени для предотвращения загрязнения подземной и поверхностной гидросферы требуется проведение дорогостоящих мероприятий по реализации системы очистки подземных и поверхностных вод старопромышленной территории. Исследования выполнены на основе данных наблюдений за химическим составом водных объектов территории отработанного Левихинского рудника с начала 2000-х годов. Ключевые слова: подземные и поверхностные воды, отработанные рудники, затопление, активные методы очистки, загрязнение, самовосстановления.
Благодарность: Исследования выполнены в рамках Программы фундаментальных научных исследований РАН, тема 0328—2019—005 в соответствии с планом 2019—2021 гг., и при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20—45—660014. Для цитирования: Рыбникова Л.С., Рыбников П.А. Проблемы самореабилитации гидросферы и очистки шахтных вод на постэксплуатационном этапе (на примере Левихинского рудника, Средний Урал) // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 3-1. — С. 488-500. DOI: 10.25018/0236—1493—2020—31-0-488-500.
© Л.С. Рыбникова, П.А. Рыбников. 2020.
Processes of hydrosphere self-rehabilitation and mine water treatment
in post mining period
L.S. Ribnikova1, P.A. Ribnikov1,2
1 The Institute of Mining of the Ural branch of the Russian Academy of Sciences, Ekaterinburg, Russia , 2 Ural State Mining University, Ekaterinburg, Russia
Abstract: The hydrosphere of catchments, which are disturbed by mining, is formed under the influence of not only natural, but also, to a large extent, man-made factors over a long period, sometimes tens or even hundreds of years. After the cessation of production, the return of the mining territory to a state as close to natural as possible is possible, as world experience shows, in exceptional cases, provided that the process of reclamation and revitalization is planned at the design stage of mining. In old industrial areas, the self-healing processes of the hydrosphere are of great importance, which determine the time during which the territory should be considered as an object of accumulated environmental damage. At present, the total removal of metal compounds by mine waters in the discharge zones at flooded copper-ore mines of the Sverdlovsk region amounts to hundreds (manganese, zinc) and even thousands of tons per year (iron). The duration of self-rehabilitation of the hydrosphere of mining areas at the post-operational stage, i.e. the duration of the period during which the content of the main polluting components (copper, zinc, iron, sulfate ion) is reduced to the maximum permissible or background values, is tens or even hundreds of years. During this time, in order to prevent pollution of the underground and surface hydrosphere, expensive measures are required to implement a system of purification of underground and surface waters of the old industrial territory. The research was carried out on the basis of observations of the chemical composition of water bodies in the territory of the abandoned Levikhinsky mine since the beginning of the 2000s.
Key words: ground and surface water, abandoned mines, flooding, active methods of purification, pollution, self-recovery.
Acknowledgements: the Research was carried out within the framework of the basic research Program of the Russian Academy of Sciences, theme 0328-2019-005 in accordance with the plan 2019-2021, and with the financial support of the RFBR in the framework of scientific project no.20-45-660014.
For citation: Ribnikova L.S., Ribnikov P.A. Processes of hydrosphere self-rehabilitation and mine water treatment in post mining period. MIAB. Mining Inf. Anal. Bull. 2020;(3-1):488-500. [In Russ]. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-31-0-488-500.
Введение
Добыча полезных ископаемых сопровождается интенсивным воздействием на гидросферу. Это вызвано проведением водопонижения, формированием депрессионных воронок, изменением направления и скорости движения подземных вод, образованием прудов-отстойников, сбросом дренажных вод в речную сеть.
Формирование состава подземных и поверхностных вод гидрос-
феры водосборов, которые нарушены горными работами, зависит как от природных, так и, в значительной степени, техногенных факторов. При этом техногенные факторы могут быть ведущим в течение продолжительного периода, исчисляемого иногда десятками и даже сотнями лет (например, угольные бассейны России, Германии, Англии, США; медно-колчеданные месторождения России, Испании, США). После прекращения
добычи возврат горнопромышленной территории в состояние, как можно более близкое к естественному, возможен, как показывает мировой опыт, только в исключительных случаях: при условии, что геохимическая активность полезного ископаемого невелика (по крайне мере, нет минералов, способные к окислению, например, сульфидов), а процесс рекультивации и ревитализации планируется еще на этапе проектирования отработки. К сожалению, в середине и в конце 20 века как в России, так и за рубежом большое количество отработанных месторождений оказалось брошенным и практически бесхозным, на нем не проводились необходимые природоохранные мероприятия. При этом на многих подобных месторождениях формируются кислые шахтные воды, загрязняющие как подземные, так и поверхностные воды [1—3].
Добыча полезных ископаемых на горноскладчатом Урале практически всегда сопровождается откачкой подземных вод. Так, в настоящее время в Свердловской области в поверхностные водные объекты сбрасывается 219,4 млн м3/год загрязненных дренажных вод, с шахтными и дренажными водами в поверхностные водотоки ежегодно поступает 116,4 тыс. т загрязняющих веществ. Расход сброса с рудников, эксплуатация которых уже завершилась, составляет около 4 % от общего объема сброса дренажных вод, при этом масса сброса с них достигает почти 10 % от суммарного объема сброса [4].
Целью работы является анализ влияния процессов самореабилитации гидросферы затопленных рудников на состояние гидросферы в старопромышленных районах, оценка эффективности методов очистки шахтных
вод на постэксплуатационном этапе. Исследования выполнены на основе данных наблюдений за химическим составом водных объектов территории отработанного Левихинского рудника с начала 2000-х годов.
Процессы самореабилитации гидросферы. В старопромышленных районах большое значение имеют процессы самовосстановление гидросферы, которые определяют продолжительность периода, в течение которого территория рассматривается как объект накопленного вреда окружающей среде. Анализ состояния гидросферы отработанных медноколчеданных месторождений Среднего Урала показал, что здесь в период отработки происходит целый ряд взаимосвязанных процессов, приводящих в итоге к формированию уникальной гидрогеохимической обстановки [5]. Добыча полезного ископаемого осуществляется только после снижения уровня подземных вод, т. е. увеличения мощности зоны аэрации до десятков и даже сотен метров. Технология обрушения кровли выработанного пространства является причиной роста трещиноватости пород, их измельчения, увеличения поверхности взаимодействия. Здесь при инфильтрации атмосферных осадков, обогащенных кислородом, происходит окисление сульфидных минералов и формируются различные минеральные новообразования (вторичные минералы): кристаллогидраты сульфатов, гидроксиды, гидроокислы. Аналогичные процессы наблюдаются в горных выработках (как открытых, так и подземных), отвалах, бортах карьеров, в рекультивированной части карьеров [3, 6]. Таким образом, в течение нескольких десятков лет формируется техногенная зона гипергенеза — сернокислотная кора выветривания.
После завершения добычи, как правило, водоотлив прекращается (или значи-
тельно сокращается), за 3 — 4 года происходит заполнение депрессионной воронки и подъем уровня подземных вод до отметок, близким к естественным или выше их [1]. На пониженных участках рельефа через бывшие горные выработки начинается разгрузка шахтных вод в виде техногенных водоемов, родников, которые дренируют большие площади и характеризуются повышенными расходами (до половины расхода шахтного водоотлива). Растворение вторичных минералов превращает такие зоны разгрузки в источники формирования подземных водами с повышенными содержаниями сульфатов, железа, металлов и других элементов в течение продолжительного периода. Продолжительность процессов самореабилитации горнопромышленных территорий зависит от ранее накопленного кислотного потенциала в техногенной зоне гипергенеза.
В пределах горнопромышленных ландшафтов отработанных и затопленных медноколчеданных рудниках формируется несколько типов подземных вод, которые приурочены к шахтным стволам, отвалам, зонам обрушения (табл. 1). Например, в настоящее
время на затопленном Левихинском медноколчеданном руднике (Свердловская обл.) концентрации практически всех компонентов (цинка, алюминия, железа, марганца, меди, кадмия, кобальта, серы) на несколько порядков выше предельно-допустимых значений, максимальные значения характерны для шахтных вод, разгружающихся на поверхность в техногенный водоем, сформированный в одном из провалов (рис. 1, табл. 2).
Временные закономерности изменения концентраций хорошо описывается экспоненциальной зависимостью С = е-ы, где С) — относительная концентрация компонента, С = (С,- - С^п) /(Стах -Ст^), С1 — текущая концентрация, С,^п, Стах — его максимальная и минимальная концентрации. При этом величина Ь варьируется в диапазоне 0,13-0,22 год-1, это значит, что в течение 5 — 6 лет концентрации компонентов уменьшаются 2 раза (это можно рассматривать как аналог периода полураспада). Уменьшение содержания компонентов в зоне разгрузки шахтных вод до предельно-допустимых будет происходить в течение десятков и даже сотен лет [5].
Таблица 1
Типы подземных вод в водных объектах Types of groundwater in water bodies
Место опробования Дата Формула Курлова
Шахтные воды (зона разгрузки) 20.02.2008 ^ S04100 и_ __ M59 0 4 pH3 ,86 59 '0 Mg 29 Fe 27 Al23 Zn10 Mn5
20.09.2013 SO 99 M18 0 4 pH3,58 18,0 Fe31Al28Mg28
21.07.2017 M141 S°498 pH 3,84 14,1 Al31Fe 27 Mg 22 Ca10
Подотвальные воды 20.09.2013 M616 S°4100 pH2,04 61,6 Al 38Fe 33Mg23
Шахтный ствол, глубина 50 м 20.09.2013 S°4 88CI10 ... M06-4-pH4,01 0,6 Ca42Mg26Al15
Зона, нарушенная
Т. 14
Cu = 20110 Zn=21700 • " Fe=12470 Mn=7100 ^^
|рными \ I ботами \|
i - - г \
Щк^Ж .
Ршж
7щ
шгшгш:-
г / \___„'
Зона разгрузки шахтных вод (техногенный / водоем)
Т. 15
£«={0930-" Zn=14500
Г *
Пруд- «с осветлитель
sfr
Г- if
\ itl
sli • Wl Т. 18
Т. 16 Cu = 104
Cu = 1070 Zn=94
Zn=10500 Fe=9
Fe=1020 Mn=17
Mn=3600 , (¡И \ - * Y >
Т. 1 Cu = 7 19 +
Zn= 4 »
Fe= 5
МП: =6
Т. 15 Си = 10930 Zn=14500 Fe=3230 Mn=4800
Puc. 1. Водные объекты территории отработанного Левихинского медноколчеданного рудника и кратность превышения компонентов ПДК для водоемов рыбохозйственного значения в точках опробования (среднее значение за 2018 г.): 1 — точка наблюдений, 2 — номер точки, компоненты и кратность превышения ПДК
Fig. 1. Water objects of the territory of the spent Levikhinsky copper-coal mine and the multiplicity of excess of MPC components for reservoirs offish-farming value at the testing points (average value for 2018): 1 - observation point, 2 - point number, components and multiplicity of MPC excess
Таблица 2
Содержание компонентов в водных объектах в районе Левихинского рудника по состоянию на 2009 и 2018 год
Content of components in water bodies in the area of the Levikhinsky mine as of 2009 and 2018
Показатели Содержание компонентов, мг/л (кроме рН)
рн медь цинк железо сухой остаток сульфаты марганец
ПДК рх [7]
6,5-8,5 0,001 0,01 0,1 - 100 0,01
Т. 14 шахтные воды
Среднее 2009 3,77 17,9 1 147 3 667 39847 17 925 307
Среднее 2018 3,67 20,1 217 1 247 13 613 7 626 71
Т. 15 пруд-осветлитель
Среднее 2009 2,84 10,4 424 577 12 283 5 970 157
3230
4800
Показатели Содержание компонентов, мг/л (кроме рН)
рн медь цинк железо сухой остаток сульфаты марганец
ПДК рх [7]
6,5-8,5 0,001 0,01 0,1 - 100 0,01
Среднее 2018 2,88 10,9 145 323 7 756 4394 48
Т. 16 сбросной канал
Среднее 2009 5,15 1,7 118 69 6 974 2 706 42
Среднее 2018 6,59 1,1 105 102 4358 3023 36
Т. 18 р, Тагил ниже сброса
Среднее 2009 6,96 0,091 1,62 1,32 377 127 0,49
Среднее 2018 6,82 0,104 0,94 0,93 304 104 0,17
Т. 17 р. Тагил выше сброса
Среднее 2009 7,09 0,019 0,06 0,54 370 59 0,11
Среднее 2018 7,33 0,019 0,04 0,52 190 33 0,06
1600 1200 800 400 0
2007, август 2010, август 2013, август 2016, август 2019, август Рис. 2. Содержание цинка и марганца в зоне разгрузки шахтных вод после затопления Левихинского рудника
Fig. 2. Zinc and manganese content in the discharge zone of mine waters after flooding of the Levikhinsky mine
Шахтные воды как источник загрязнения гидросферы. В пределах горнопромышленной территории поступление загрязняющих веществ в поверхностные водотоки происходит несколькими путями: (1) от точечных источников со сточными водами, возник-
новение которых связано с техногенной деятельностью, (2) с водами поверхностного (склонового) стока, формирующихся при таянии снегового покрова, во время дождей, (3) с подземными водами, загрязнение которых произошло на горнопромышленной территории.
Одним из основных источников1 загрязнения поверхностной гидросферы в пределах водосборов, на которых расположены отработанные рудники, является сброс очищенных сточных
1 При этом единственным, по которому имеется задокументированный количественный учет по форме 2-ТП (ВОДХОЗ).
вод из прудов-отстойников (рис. 1). Степень очистки шахтных вод после нейтрализации и осветления затопленного Левихинского рудника достаточно высока: от 85 — 90 % для сульфат-иона, марганца, цинка, меди до 98 % для железа (табл. 2). Тем не менее, содержание компонентов в воде освет-лительного пруда и на сбросе из него
10000 1000 100 10 1 0,1 0,01
2007, август 2010, август 2013, август 2016, август 2019, август от. 14 с т. 15 от. 16 о т. 18 о т. 17
Рис. 3. Содержание цинка в водных объектах района затопленного Левихинского рудника. Расположение точек отбора проб показано на рис. 1
Fig. 3. Zinc content in water bodies of the area of the flooded Levikhinsky mine. The location of the sampling points is shown in Fig. 1
100
10
1
0,1
0,01
0,001
2007, август 2010, август 2013, август 2016, август 2019, август
от. 14 от. 15 < т. 16 От. 18 от. 17
Рис. 4. Содержание меди в водных объектах района затопленного Левихинского рудника. Расположение точек отбора проб показано на рис. 1
Fig. 4. Copper content in water bodies of the area of the flooded Levikhinsky mine. The location of the sampling points is shown in Fig. 1
Таблица 3
Кратность превышения ПДК компонентов в водных объектах в районе Левихинского рудника по состоянию на 2009 и 2018 год
Multiplicity of components exceeding MPC in water bodies in the area of the Levikhinsky mine as of 2009 and 2018
Показатели Содержание компонентов, мг/л (кроме рН)
рн медь цинк железо сухой остаток сульфаты марганец
ПДК рх [7]
6,5-8,5 0,001 0,01 0,1 - 100 0,01
Т. 14 шахтные воды
Среднее 2009 1,7 17 900 114 700 36 670 179 30 700 307
Среднее 2018 1,8 20 110 21 700 12 470 76 7 100 71
Т. 15 пруд-осветлитель
Среднее 2009 2,3 10 400 42 400 5 770 60 15 700 157
Среднее 2018 2,3 10 930 14 500 3 230 44 4 800 48
Т. 16 сбросной канал
Среднее 2009 1,3 1 700 11 800 690 27 4 200 42
Среднее 2018 1 1 070 10 500 1 020 30 3 600 36
Т. 18 р, Тагил ниже сброса
Среднее 2009 1 91 162 13 1 49 0,49
Среднее 2018 1 104 94 9 1 17 0,17
Т. 17 Тагил выше сброса
Среднее 2009 1 19 6 5 1 11 0,11
Среднее 2018 1 19 4 5 0,5 6 0,06
имеет значительные превышения по сравнению с предельно-допустимыми, а степень загрязнения р. Тагил ниже сброса также высокая: в 2018 г. зафиксировано превышение ПДК по меди в 104 раза, цинку в 94 раз, марганцу в 17 раз, железу в 9 раз (табл. 3).
Высокая степень загрязнения воды р. Тагил является следствием целого комплекса причин. Во-первых, это экстремально высокие содержания компонентов в шахтных водах затопленного рудника. Немаловажное значение имеют такие факторы, как несовершенство очистки и вторичное загрязнение сточных вод осадками, накопленными в шламоотстойном пруду за десятилетия его эксплуатации. Можно констатировать, что после сброса очищенных шахтных вод качество поверхностных
вод р. Тагил значительно ухудшается: концентрации цинка в речной воде возрастают в 27 раз; марганца, меди в 5 раз; сульфатов, железа в 2,5 раза.
Обращает на себя внимание значительное превышение нормативов для речных вод выше сброса с Левихинского поля: до 20 раз для меди, около 5 раз для цинка, марганца, железа. Это связано по меньшей мере с двумя причинами. Во-первых, для рассматриваемого района характерен повышенный природный фон, например, в пробах воды р. Шайтанка (левобережный приток р. Тагил, выше участков расположения объектов добычи) превышение нормативов ПДК для водоемов рыбо-хозяйственного значения составляет для марганца 7 раз, цинка 4 раз, железа 3 раз. Кроме того, выше по течению р.
Тагил расположено несколько отработанных медных рудников (в частности, Ломовский, Карпушихинский, Белореченский), на которых также происходит разгрузка шахтных вод на поверхность, их очистка (которая не позволяет довести состав сточных вод до нормируемых показателей) и сброс в р. Тагил.
Существующие методы очистки и обработки шахтных вод. Методы очистки могут быть активными или пассивными. В свою очередь активные методы очистки подразделяются на химические и биологические. Химические методы используются не только для очистки кислых шахтных вод, но могут применяться для извлечения полезных компонентов. Они базируются на применении физико-химических, электрохимических технологий или их комбинации, в частности такие, как мембранные методы, обратного осмоса, гальванокоагуляци-онный, флотационный, сорбционный [3, 6, 8]. Биологические методы могут быть разделены на микробиологические и макробиологические, при этом только первый может использоваться как метод извлечения, а последний как правило представляет собой метод пассивной формы очистки воды.
Пассивные методы очистки — это фактически контролируемый процесс самоочистки, основным ограничением для их использования являются небольшие объемы и невысокая скорость сточных вод, необходимость выделения больших площадей для обустройства каскада прудов, невозможность регулирования температурного режима, осуществления контроля микробиологической деятельности. Однако пассивные методы значительно дешевле, чем активные, поэтому они активно развиваются в последние годы [9, 10].
Для очистки кислых шахтных вод активно используется баромембран-
ная технология — это сочетание мембранных и традиционных технологий. Достоинствами технологии являются отсутствие потребности в большом количестве реагентов, компактность основного оборудования, высокая степень очистки. Недостатками метода являются высокие энергозатраты и проблемы утилизации жидких отходов, необходимость проведения предварительной подготовки и очистки воды с помощью микрофильтрации (удаление взвешенных и коллоидных частиц), нанофильтрации (удаление органических веществ и снижение жёсткости), коагулирования (осветление для удаления основной массы взвешенных и коллоидных частиц) [11].
Процесс очистки кислых шахтных вод с использованием технологии ионного обмена показал свою высокую эффективность, однако эксплуатационные расходы на реализацию этого метода сильно зависят от минерализации воды и сдерживаются высокой стоимостью реагентов. Технология очистки требует специальных методов водопод-готовки: снижение окисляемости, удаление органических веществ. Проблемой является утилизации отработанных регенерационных растворов [11].
Очистка шахтных вод и извлечение ценных компонентов может выполняться путем осаждения сульфидов металлов при взаимодействии кислых вод с сероводородом (Н^), который продуцируется анаэробными бактериями [6]. Такие предприятия работают в нескольких местах по всему миру [10]. Завод BioteQ (проект Bisbee на юге Аризоны, США) имеет мощность 11 тыс. м3/сут, эффективность его работы доказана при высоких содержаниях металлов в исходной воде: концентрации Си = 350 мг/л; Fe = 550 мг/л. Капитальные затраты проекта составили около 2,5 млн $ США.
Нейтрализация кислых шахтных вод происходит после снижения рН и уменьшения растворимости загрязняющих веществ (в первую очередь металлов), для этого может быть использована негашеная известь, гидроксид натрия (каустическая сода) или известняк. Для осаждения нерастворимых или плохо растворимых осадков используются пруды-отстойники различной конструкции. Полученный осадок высушивается и в зависимости от токсичности может размещаться в выработанном пространстве или на специальных полигонах [12]. Эффективность нейтрализации повышается при использовании коагулянтов и флокулянтов.
Кислые шахтные воды, формирующиеся при отработке медноколче-данных рудников на Среднем Урале, до середины прошлого века без очистки отводились на рельеф (в болота) или сбрасывались в поверхностные водотоки. На ряде рудников (Дегтярский, Карабашский, Левихинский) было организовано извлечение меди (и соответственно частичная очистка шахтных вод) в процессе пропуска воды через железный скрап. По этой технологии на рудниках Уральского региона из шахтных вод было извлечено около 60 тыс. т меди [13]. Однако при таком способе очистки не снижается содержание цинка и других токсичных металлов, таких как кадмий, селен, теллур, мышьяк и др.
Позднее для очистки кислых шахтных вод стал использоваться метод нейтрализации, основанный на обработке рудничных и подотвальных вод известковым молоком. Это приводит к осаждению металлов, в первую очередь меди, цинка, кадмия, в виде их нерастворимых гидроксидов и основных карбонатов. После отстаивания в специальных прудах нейтрализованная осветленная вода сбрасывалась
в поверхностные водные объекты. Реализация этого метода обезвреживания стоков требует значительного количества извести, например, на действующем Учалинском ГОКе (Республика Башкортостан) используется около 30 т в сутки; столько же требуется сегодня для нейтрализации шахтных вод остановленного Левихинского рудника при том, что при отработке рудника использовалось почти в 10 раз меньше извести [14, 15]. В результате образуется несколько сот тысяч тонн шлама в год, что обуславливает необходимость устройства шламонакопителей большого объема.
Несмотря на отмеченные недостатки, нейтрализация кислых вод известковым молоком (или известковым раствором) как у нас в стране, так и за рубежом, является наиболее распространенным методом очистки больших объемов сточных вод.
Так, в Великобритании начиная с 1994 года было построено 53 установки по очистке шахтных вод отработанных угольных шахт. Это позволяет ежегодно предотвращать поступление в реки, ручьи и водоносные горизонты более 1800 тонн железа. При этом 33 установки предназначены для обработки существующих мест излива шахтных вод на поверхность, а 13 используются для поддержания уровня подземных вод и предотвращения новых неконтролируемых выходов загрязненных шахтных вод и формирования очагов разгрузки. Эти установки ежедневно обрабатывают более 140 тыс. м3/сут шахтных вод и помогают предотвратить загрязнение более 200 километров рек и ручьев [2].
Используемые на отработанных медноколчеданных рудниках Среднего Урала методы очистки (нейтрализация известковым молоком и отстаивание в осветлительном пруду) являются
недостаточно эффективными и требуют реорганизации и усовершенствования.
Выводы
Продолжительность самореабилитации гидросферы горнопромышленных территорий на постэксплуатационном этапе, т. е. длительность периода, в течение которого содержание основных загрязняющих компонентов (меди, цинка, железа, марганца) снизится до предельно-допустимых или
фоновых значений, составляет десятки и даже сотни лет. В течение этого времени для предотвращения загрязнения подземной и поверхностной гидросферы требуется проведение дорогостоящих мероприятий по реализации активной (с использованием реагентов) и пассивной (путем создания каскадной системы для активизации естественных процессов) системы очистки подземных вод старопромышленной территории.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Рыбникова Л.С. Рыбников П.А. Гидрогеологические исследования в горном деле на постэксплуатационном этапе // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 2018. № 4. С. 25-39.
2. Abandoned mines and the water environment. Science Report. Environment Agency, Bristol, 2008. 40 p.
3. Wfolkersdorfer C. Water management at abandoned flooded underground mines. Fundamentals. Tracer tests. Modelling. Water treatment. Springer, 2008. 465 p.
4. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Свердловской области в 2016 году». Екатеринбург: ООО «Типография Для Вас», 2017. 330 с.
5. Рыбникова Л.С. Рыбников П.А. Закономерности формирования качества подземных вод на отработанных медноколчеданных рудниках Левихинского рудного поля (Средний Урал, Россия) // Геохимия. 2019. Т. 64. № 3. С. 282-299. (L.S. Rybnikova and P.A. Rybnikov. Regularities in the Evolution of Groundwater Quality at Abandoned Copper Sulfide Mines at the Levikha Ore Field, Central Urals, Russia. Geochemistry International, 2019, Vol. 57, no 3, pp. 298-313).
6. Nordstrom D.K., Bowell R.J., Campbell K.M., Alpers C.N. Challenges in Recovering Resources from Acid Mine Drainage // Mine Water and Circular Economy. IMWA 2017. Wolkersdorfer C., Sartz L, Sillanpaa M., Hakkinen A. (Editors). Lappeenranta, Finland. 2017. pp. 595-602.
7. Нормативы качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативы предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения. Приложение к приказу Министерства сельского хозяйства РФ от 13 декабря 2016 г. N 552 (с изменениями от 12 октября 2018 г.).
8. Орехова Н.Н., Шадрунова И.В. Образование и комплексная переработка при-родно-техногенных вод при эксплуатации медно-цинковоколчеданных месторождений. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2015. 185 с.
9. Khokhryakov A.V., Fadeichev A., Tseytlin E.M. Analysis of environmental issues of mining enterprises basing on integral environmental hazard index // Inzynieria Mineralna. Volume 15, Issue 1, January-June 2014. pp. 283-285.
10. Nodwell M., Kratochvil D. Sulphide precipitation and ion exchange technologies to treat acid mine drainage. ICARD 2012. 9 International Conference on Acid Rock Drainage, Ottawa, ON. 2012.
11. Кондрашкин А.В., Кузовков С.В. Рудник и родник. Технологические подходы к очистке карьерных и подотвальных вод при добыче руд цветных металлов // Инженерная защита. 2015. №7. С. 88-93.
12. Fifth Five-Year Review for Iron Mountain Mine Superfund Site Redding, California. US EPA. San Francisco. 2013. 252 p.
13. Корнилков С.В., Антонинова Н.Ю., Рыбников П.А., Дмитриев А.Н. Технолого-экономические аспекты переработки техногенно-минеральных образований горнорудных предприятий // Труды Конгресса с международным участием и Конференции молодых ученых «Фундаментальные исследования и прикладные разработки процессов переработки и утилизации техногенных образований». Екатеринбург: УрО РАН,
2017. С. 34-38.
14. Рыбникова Л.С., Рыбников П.А. Экологический ущерб и ценность гидроминерального сырья в недрах отработанных медноколчеданных рудников Среднего Урала // Сергеевские чтения. Материалы годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии. Пермь, 2019. С. 527—532.
15. Совершенствование технологии нейтрализации шахтных вод Левихинского рудника / Козин В.З., Колтунов А.В., Морозов Ю.П., Осинцев В.А., Русский В.В., Перестро-нин И.Н., Тюрина Г.Л. // Изв. ВУЗов. Горный журнал. 1997. №11-12. C. 211-214. ЕПЗ
REFERENCES
1. Rybnikova L.S., Rybnikov P.A. Hydrogeological research in mining at the post-operational stage. Geoecologija. Inzhenernaja geologija. Gidrogeologija. Geocriologija.
2018. no 4. pp. 25-39. [In Russ]
2. Abandoned mines and the water environment. Science Report. Environment Agency, Bristol, 2008. 40 p.
3. Wolkersdorfer C. Water management at abandoned flooded underground mines. Fundamentals. Tracer tests. Modelling. Water treatment. Springer, 2008. 465 p.
4. Gosudarstvenniy doklad «O sostojanii I ob okhrane okruzhajushchey sredi Sverdlovskoy oblasti v 2016 godu» State report «on the state and environmental protection of the Sverdlovsk region in 2016». Ekaterinburg: OOO «Tipographija Dlja Vas», 2017, 330 p. [In Russ]
5. Rybnikova L.S., Rybnikov P.A. Regularities of formation of underground water quality in the spent copper-coal mines of the Levikhinsky ore field (Middle Urals, Russia). Geokhimija. 2019. V. 64. no 3. pp. 282—299. (L.S. Rybnikova and P.A. Rybnikov. Regularities in the Evolution of Groundwater Quality at Abandoned Copper Sulfide Mines at the Levikha Ore Field, Central Urals, Russia. Geochemistry International, 2019, Vol. 57, no 3, pp. 298—313). [In Russ]
6. Nordstrom D.K., Bowell R.J., Campbell K.M., Alpers C.N. Challenges in Recovering Resources from Acid Mine Drainage. Mine Water and Circular Economy. IMWA 2017. Wolkersdorfer C., Sartz L, Sillanpaa M., Hakkinen A. (Editors). Lappeenranta, Finland. 2017. pp. 595 — 602.
7. Normativi kachestva vodi vodnoh ob'ektov rybokhozijstvennogo znachenija, v tom chile normativi predel'no dopustimih concentracij vrednih veshzestv v vodnih ob'ektah rybokhozijstvennogo znachenija [Water quality Standards of water bodies of fisheries significance, including standards for maximum permissible concentrations of harmful substances in the waters of water bodies of fisheries significance]. Prilizhenije k prikazu Ministerstva sel'skogo hozajstva RF ot 13 dekabrja 2016 g. (s izmenenijami ot 12 oktjabrja 2018 g. [In Russ]
8. Orekhova N.N., Shadrunova I.V. Obrezovanije i kompleksnaja pererabotka prirodno-tekhnogennih vod pri ekspluatatsiji medno-tsinkovokolchedannih mestorozhdenij [Formation and complex processing of natural and technogenic waters during the exploitation of copper-zinc-silted deposits]. Magnitogorsk: Izd-vo Magnitogorsk. Gos. Tekhn. Un-ta im. G.I.Nosova, 2015. 185 p. [In Russ]
9. Khokhryakov A.V., Fadeichev A., Tseytlin E.M. Analysis of environmental issues of mining enterprises basing on integral environmental hazard index. Inzynieria Mineralna. Volume 15, Issue 1, January-June 2014. pp. 283 — 285. [In Russ]
10. NodweLL M., KratochviL D. Sulphide precipitation and ion exchange technologies to treat acid mine drainage. ICARD 2012. 9 International Conference on Acid Rock Drainage, Ottawa, ON. 2012.
11. Kondrashkin A.V., Kuzovkov S.V. Rudnik I Rodnik. Technological approaches to the treatment of quarry and sub-basement waters in the production of non-ferrous metal ores. Inzhenernaja zashchita. 2015. no7. pp. 88—93. [In Russ]
12. Fifth Five-Year Review for Iron Mountain Mine Superfund Site Redding, California. US EPA. San Francisco. 2013. 252 p.
13. Kornilkov S.V., Antoninova N.Ju., Rybnikov P.A., Dmitrijev A.N. Tekhnologo-ecjnjmicheskije aspect perereabotki tekhnogenno-mineralnih obrazovanij gornorudnih predprijatij [Techno-economic aspects of processing of technogenic-mineral formations of mining enterprises]. Trudi Kogressa s mezhdunarodnim uchastijem I Konferenciji molodih uchenih «FundamentaLnije issledovanija I prikladnije razrabotki processov pererabotki I utilizaciji tekhnogennih obrazovanij». Ekaterinburg: UrO RAN, 2017. pp. 34—38. [In Russ]
14. Rybnikova L.S., Rybnikov P.A. Ecologicheskij ushcherb I ysennost gidrominerflnogo syrja v nedrah otrabotannih mednokolchedannih rudnikov Srednego Urala. Sergeevskije chtenija [Ecological damage and value of hydromineral raw materials in the subsoil of spent copper-coal mines of the Middle Urals]. Materiali godichnoj sessiji Nauchnogo covetaRAN po problemam geoecologiji, inzhenernoj geologiji i gidrogeologiji. Perm, 2019. pp. 527 — 532. [In Russ]
15. Kozin V.Z., Koltunov A.V., Morozov Ju.P., Osintsev V.A., Russkij V.V., Perestronin I.N., Tjurina G.L. Improving the technology for neutralizing mine waters of the Levikhinsky mine. Izv. VUZov. Gornij zhurnal. 1997. no 11-12. pp. 211-214. [In Russ]
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Рыбникова Людмила Сергеевна1 — докт. геол.-минерал. наук, главный научный сотрудник лаборатории экологии горного производства, Luserib@maiL.ru, Рыбников Петр Андреевич1,2 — канд. геол.-минерал. наук, заведующий лабораторией геоинформационных и цифровых технологий в недропользовании, доцент кафедры инженерной экологии, ribnikoff@yandex.ru,
1 Институт горного дела Уральского отделения Российской академии наук (ИГД УрО РАН), 620075 г. Екатеринбург, ГСП-219, Мамина-Сибиряка 58,
2 Уральский государственный горный университет, 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30.
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Ribnikova L.S.1, Dr. Sci. (GeoL. Mineral.), chief researcher, the Laboratory of mining ecology, Luserib@maiL.ru,
Ribnikov P.A.1,2, Cand. Sci. (Eng.), head of the Laboratory of geoinformation and digital technologies in subsoil use, ribnikoff@yandex.ru,
1 Institute of Mining UB RAS, 620075, Russia, Ekaterinburg, Mamin-Sibiryakst., 58,
2 UraL State Mining University, 620144, Ekaterinburg , Kuybyshev st., 30.
Получена редакцией 21.11.2019; получена после рецензии 13.03.2020; принята к печати 20.03.2020. Received by the editors 21.11.2019; received after the review 13.03.2020; accepted for printing 20.03.2020.
