CC BY
133
чей вклад в общий негативный эффект максимален.
Расчеты, выполненные по выше изложенной модели для условий Оленегорского ГОКа, показали, что удельный вклад участков с превышением концентрации неорганической пыли над ПДК,
1. Охрана окружающей среды: Учеб. для горн. и геолог. спец. вузов; Под ред. С.А. Брылова и К. Штродки. - М.: Высш. Шк., 1985.
2. Алымов В.Т., Крапчатов В.П., Тарасова Н.П. Анализ техногенного риска. М: Круглый год. 2000.
составляющей 1,5, 2,0, 2,5 и 3,0 соответственно равен 52 %, 41 %, 6 % и 1 % (рис. 4).
Таким образом, основной объем природоохранных мероприятий следует сосредотачивать на участках, где превышение концентрации неорганической пыли над ПДК составляет 1,5 -2.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Гендлер С.Г., Кузнецов В.С. Выбор критерия для обоснования природоохранных мероприятий при открытой разработке месторождений полезных ископаемых. Журнал «Безопасность жизнедеятельности», № 8, 2003, с. 13 -15.
— Коротко об авторах --------------------------------------------------------
Гендлер С.Г. - профессор, доктор технических наук,
Кузнецов В. С. - аспирант кафедры геоэкологии,
Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет).
© А. С. Федотова, 2006
УДК 622.333 А. С. Федотова
СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ОТВАЛАХ, ОБРАЗОВАННЫХ ВСКРЫШНЫМИ ПОРОДАМИ НА УГОЛЬНЫХ РАЗРЕЗАХ
Семинар № 7
Сегодня, когда основой мировой экономики является топливо сжигающая энергетика, экологическая ситуация в мире все более усугубляется. Главным источником энергии сейчас служит нефть, на которую приходится 30 % коммерческого энергопотребления; природный газ выступает как экологически предпочтительная альтернатива нефти; одну из ключевых ролей в производстве электроэнергии продолжает играть уголь.
В нашей стране уголь остается самым дешевым энергоносителем, и потребность в углях постоянно возрастает. По оценкам
экспертов мировая потребность в угле к 2010 году повысится по сравнению с нынешней в два раза. Наряду с этим можно прогнозировать ухудшение качества окружающей среды.
Связанное с добычей угля извлечение из недр больших объемов горных пород и размещение их в отвалы захватывают нарушением значительные регионы, как по площади, так и по глубине. Под отвалы отторгаются десятки тысяч гектаров земли во многих районах пригодной для сельскохозяйственной деятельности. Непосредственно на поверхности карьеров,
внешних и внутренних отвалов происходят процессы пылеобразования, что приводит к загрязнению почвы, воздуха, подземных и поверхностных вод.
Интенсивное использование ресурсов полезных ископаемых Читинской области приводит к неблагоприятной экологической ситуации в регионе. По данным Харитонова Ю.Ф. к настоящему моменту в области накоплено большое количество отходов в виде пород вскрыши, хвостов обогащения забалансовых руд, шлаков, кеков и т.д. Все техногенные скопления горнопромышленного комплекса разделены им на две группы. К первой относятся породы вскрыши, ко второй - отходы бедных и некондиционных руд, хвосты продуктов обогащения руд и продукты химической переработки.
Основная масса техногенных скоплений первой группы образована деятельностью угледобывающих предприятий (91,4 %). Количество ее отходов в массовом выражении составляет 2268,7 млн т или в процентном соотношении 86,4 % от общей массы отходов горнопромышленного комплекса. Практически вся эта масса представлена породами внешней и внутренней вскрыши. Из общей величины отходов угледобывающих предприятий наибольший процент приходится на долю Харанорского угольного разреза (90,6 %) [1].
Одним из составляющих компонентов природного комплекса, подвергающегося более интенсивному техногенному воздействию при эксплуатации угледобывающих предприятий, является почва. Именно эта часть биосферы оказывается в менее выгодном положении, поскольку воспринимает на себя как механические нагрузки, так и химическое загрязнение. Поскольку почва является связующим компонентом биосферы и обеспечивает благоприятное течение большого и малого круговоротов, то опасность ее загрязнения становится очевидной.
Нарушение почвенного покрова при разработке угольных месторождений и
добыче угля многосторонне и разнообразно. При открытой добыче происходит нарушение почвенного слоя горными выработками, промышленными площадками, внешними отвалами, транспортными,
энергетическими и другими коммуникациями. Велика вероятность химического загрязнения почв, оказавшихся в зоне действия предприятий угледобычи. Химические агенты способны проникать в тело почвы различными путями, основными из которых являются водные и воздушные миграционные потоки. Загрязняющие вещества способны переносится вместе с частицами пыли, сдуваемой ветрами с отвалов вскрышных пород. Мелкодисперсные частицы пыли, а вместе сними, возможно, и токсичные элементы переносятся на десятки километров при ведении буровзрывных работ. Интенсивность накопления токсичных химических элементов в почвах прилегающих к предприятиям угледобычи территорий определяется их концентрацией в породах вскрыши. Вероятность химического загрязнения почв повышается в том случае, если разрабатываемые горные породы содержат высокие концентрации токсичных элементов.
Рапетух В.К. подчеркивает, что
вскрышная толща на ряде угольных месторождений содержит в себе неблагоприятные для растений породы, обладающие фитотоксичными свойствами. По результатам ряда исследований он приходит к выводу о том, что горные породы имеют критический для развития растений показатель кислотности (рН), большое количество токсичных ионов железа и алюминия, присутствие свободной серы. Так, например, им отмечается наличие токсичных пород в Подмосковном, Челябинском, Кузнецком угольных бассейнах. [2] Аналогичное заключение выводится Архиповым Н.А., который отмечает, что отвалы неиспользуемых горных пород неблагоприятны для роста растительности из-за высокой кислотности и избыточного содержания в них солей, свободных металлов и серы. Однако некоторые авторы все-
таки приходят к выводу о том, что для большинства месторождений наличие токсичных элементов в разрабатываемых породах не характерно [1, 3, 4].
В июне 2003 были проведены исследования отвалов вскрышных пород Хара-норского угольного разреза на предмет содержания в них тяжелых металлов. Было определено валовое содержание меди, никеля, кобальта, марганца, цинка, свинца, кадмия в поверхностном слое почвы (0-10 см), а также показатель кислотности почвенной среды (рН) и содержание органического вещества (%). Пробы отбирались в зависимости от «розы ветров», характерной для региона, в трех направлениях - юго-западном, южном и юговосточном; в следующих точках:
- контур карьера,
- 300 м от контура карьера,
-1000 м от контура карьера (рисунок). Контрольный образец был взят на расстоянии 10000 м от разреза в северном направлении (№ 10). Дополнительно, без учета «розы ветров», были отобраны образцы: с отвала, отсыпанного во время отбора проб (.№ 11); с отвала, возраст которого около 30 лет (№ 12) и с отвала, возраст которого около 70 лет (№13).
Схема отбора проб: п - карьер 0 - точки отбора проб, где проводилось определение валового содержания никеля, определение показателя рН, определение содержания органического вещества
- точка отбора проб, где проводилось определение валового содержания тяжелых металлов (Со, Си, С^ N1, РЬ, 2п, Мп), определение показателя рН, определение содержания органического вещества
Результаты проведенных анализов показали, что содержание тяжелых металлов на-
ходится в пределах установленных нормативных значений (табл. 1). Было зарегистрировано незначительное превышение ориентировочно допустимых концентраций (ОДК) по никелю в некоторых образцах (табл. 2). Содержание органического вещества увеличивается с увеличением расстояния от карьера и в контрольном образце принимает значение, близкое к фоновому. Реакция почвенного раствора изменяется в широких пределах - от слабо щелочной (6, 8) до щелочной (8, 7), но в контрольном образце принимает значение, характерное для рассматриваемого типа почв (7).
Тяжелые металлы при фоновых значениях именуются микроэлементами, поэтому, анализируя полученные результаты, необходимо рассмотреть особенности накопления микроэлементов в почвах. Исследования многих авторов доказывают, что содержание микроэлементов зависит главным образом от содержания органического вещества. Определяющими показателями содержания микроэлементов в почве является их содержание в почвообразующей породе.
Почвы Забайкалья формируются на почвообразующих породах, обедненных микроэлементами. Согласно исследованиям Абашеевой (1986), материнские породы Забайкалья отличаются низким содержанием марганца, меди, цинка, кобальта. Химический состав почвообразующих пород вследствие слабо протекающих процессов биоло-гического и химического выветривания изменяется мало. Этот факт определяет низкие их содержания в почвах. При этом концентрации элементов варьируют в широких пределах в зависимости от гумусированности почв, гранулометрического состава, наличия мерзлоты.
На интенсивности накопления микроэлементов положительно сказыва-ется тяжелый механический состав, высокая емкость поглощения, высокое содержание гумуса. В песчаных, супесчаных, легкосуглинистых почвах небольшие колебания ила по горизонтам резко влияют на распределение микроэлементов. Слоистость и смена механического состава ведут к накоплению микроэлементов. Многие исследователи отмечают важное значение органического вещества, особенно гуми-
новых кислот, в накоплении микроэлементов. Так, например, Гольдшмидт В.М. связывает концентрацию кобальта, бериллия, цинка, кадмия олова, свинца в почвенном гумусе, с захватом соединений элементов органическим веществом почвы.
Каштановым почвам, попадающим в зону ведения работ Харанорского угольного разреза, присущи следующие свойства. Содержание гумуса в них колеблется от 1,5-2,0 % (низкое) - в песчаных и супесчаных; до 2,0-3,0 % (очень низкое) - в легкосуглинистых; иногда содержание гумуса достигает 4,0 %. Реакция среды нейтральная (pH 7), емкость поглощения 1729 мг. экв. на 100 г почвы.
Среднее содержание никеля в почвах по Виноградову (1957) равно 0,004 %. Также известно, что плодородные почвы содержат никеля больше, чем почвы с малым содержанием органического вещества. Количество никеля увеличивается с увеличением содержания гумуса в почвах более чем на 3 % [3]. Малое количество никеля в почвах можно объяснить такими факторами как легкий механический состав, низкое содержание гумуса, повы-
Таблица 1
Содержание тяжелых металлов в отвалах разреза «Харанорский» (мг/кг).
м Zn Cd Pb Mn
Факт. содержание 22,32 11,31 25,6 0,06 10,03 13,17 285,7
ОДК 20,0 33,0 55,0 0,5 не уста-новл. 32,0 1500
Примечание: определение тяжелых металлов проводилось в образце № 2.
Таблица 2
Содержание никеля в образцах с превышением норм ОДК.
Показатель * Фоновое содержание № 10 № 4 № 5 № 9 № 12 ОДК (N0
Содержание никеля, мг/кг 22,5 22,32 21,24 21,36 21,99 27,60 20, 0
Содержание органического вещества, % 1,3 3,08 1,31 2,16 2,59 1,33 -
Показатель рН 7,0 6,9 6,9 8,1 8,7 8,3 -
Примечание: * Значение принято по данным Абашеевой (1986 г.)
шенная кислотность почв. Наибольшую подвижность никель проявляет в кислой среде, при присутствии карбонатов его подвижность снижается.
Каштановые супесчаные почвы при содержании гумуса 1,3 % накапливают никеля 22,5 мг/кг. Лугово-каштановые легкосуглинистые при содержании гумуса 2,2 % - 19,0 мг/кг [3]. Отмечено фоновое содержание никеля в супесчаных каштановых почвах в пределах 27,0 мг/кг [4].
В нашем случае при содержании органического вещества от 1,3 % до 3,8 % содержание никеля колеблется от 21,24 мг/кг до 27,60 мг/кг. Анализируя данные таблицы 2, можно предположить, что загрязнения почв никелем не происходит, т. к. его концентрация находится в пределах фоновых значений. В контрольном образце содержание никеля при нейтральной реакции среды и при содержании органического вещества 3,8 % составляет 22,32 мг/кг, что является ниже фонового на 0,18. Высокое содержание объясняется, вероятно, повышенным содержанием органического вещества по сравнению с фоновым. В образцах № 4, № 5, № 9 все показатели вполне сопоставимы с фоновыми и приблизительно равны им. Совершенно иная ситуация в образце № 12, где содержание никеля превышает значение ОДК, фоновое значение и значение контрольного образца. Причем сопутствующие показатели (рН и содержание органического вещества примерно равны фоновым). Учитывая данные Мотузовой Г.В. о содержании никеля в каштановых почвах можно также предположить превышение содержание никеля в рассматриваемом образце, т. к. фактическое значение 27,6 мг/кг находится за пределами фонового 27 мг/кг, т. е. превышение никеля в одном из рассматриваемых образцов очевидно.
Что касается остальных химических элементов, концентрация которых определялась, то можно отметить, что содержание меди, цинка не превышает норм ОДК и соответствует фоновым концентрациям. Содержание кадмия и свинца не противо-
речит действующим нормативам. Отмечено небольшое превышение фоновых концентраций кобальта. Учитывая тот факт, что данных ОДК для кобальта не установлено, можно предполагать повышенное содержание кобальта в нарушенных почвах разреза «Харанорский».
Таким образом, апробация отходов, образованных в результате деятельности разреза «Харанорский» и анализ полученных результатов по содержанию тяжелых металлов в них позволяет сделать вывод о том, что интенсивного накопления тяжелых металлов в рассматриваемых почвах не происходит. Это объясняется такими факторами как легкий механический состав почв, преобладание частиц крупных фракций, невысокое содержание органического вещества, малая емкость поглощения. Большое влияние оказывает низкое содержание микроэлементов в горных породах.
Однако, несмотря на то, что содержание тяжелых металлов в почвах нарушенных земель рассматриваемых предприятий остается в норме, опасность первичного загрязнения остается высокой. Первичное загрязнение, т. е. создание отвалов и карьеров приводит к образованию антропогенного ландшафта, точнее одной из его разновидностей - техногенного ландшафта. Поскольку рекультивация земель в данный период времени не ведется, то большие площади земель так и остаются непригодными для использования. Учитывая данные некоторых авторов о возможности распространения загрязнений посредством техногенных потоков опасность химического загрязнения также остается высокой. Чтобы иметь более ясную картину о геохимической миграции элементов, необходимо учитывать подвижные формы учитываемых элементов. В данной работе исследовалось валовое содержание микроэлементов в отходах производства, поэтому определенно точных выводов о путях миграции сделать нельзя, можно лишь предположить проникновение загрязнений в грунтовые воды посредством процессов фильтрации, попадание загрязняющих
веществ в растения через их корневую зей в организмы животных и человека. систему, а посредством трофических свя-
1. Харитонов Ю.Ф., Васильев Д.А. и др. Эколого-экономическая оценка горнопромышленного комплекса Читинской области. //Жур. Ресурсы Забайкалья. Спец. Вып., 2002, с.42 - 47.
2. Открытая разработка угольных место-
рождений./ Сб. научн. тр. - Кемерово: изд-во Кузбасского Политехнического Института, 1987.
с.145.
3. Шпирт М.Я. Безотходная технология: утилизация отходов добычи и переработки твердых горючих ископаемых. - М.: Недра, 1986, с.45.
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. Клер В.Р. Изучение и геолого-
экнономическая оценка качества углей. - М.: Недра, 1975, с. 112.
5. Абашеева Н.Е. Агрохимия почв Забайкалья. - Новосибирск: Знание, 199, с 179.
6. Мотузова Г.В. Соединения микроэлементов в почвах: системная организация, экологическое значение, мониторинг. - М.: Эдиториал УРСС, 1999. с.99.
— Коротко об авторах -------------------------------------
Федотова А.С. - аспирантка, Читинский государственный университет.
