CC BY
58
УДК 504.4.054
© Д.В. Ульрих, М.Н. Брюхов, С.С. Тимофеева, 2015
Д.В. Ульрих, М.Н. Брюхов, С.С. Тимофеева
ВЛИЯНИЕ ОТХОДОВ ОБОГАТИТЕЛЬНОЙ ФАБРИКИ НА ВОДНЫЕ ОБЪЕКТЫ ЧЕЛЯБИНСКОЙ ОБЛАСТИ
Рассмотрены пути поступления загрязняющих веществ с обогатительных фабрик в водные объекты Челябинской области. Изучен химический состав воды ручья Рыжий, формирующегося за счет ливневых стоков с территорий старых шламонако-пителей, прилегающих к обогатительной фабрике в городе Карабаш. Исследовано качество воды в притоках реки Миасс, показан высокий уровень содержания сульфатов в ручье Рыжий и реке Аткус (выше впадения в Аргазинское водохранилище). Содержание тяжелых металлов (железо, медь, цинк, свинец, никель) в ручье Рыжий достигает 150 (железо) - 45 (медь) мг/л, рН воды варьирует в диапазоне от 7 до 3 в зависимости от времени года. Предложена технология очистки стоков с помощью ветландов. Рассмотрены преимущества использования данной технологии в очистке поверхностных сточных вод.
Ключевые слова: ливневые и талые воды, тяжелые металлы, шламонакопитель, пиритовые отложения, ветланды, очистные сооружения.
Южный Урал находится в зоне недостаточного увлажнения и по своему географическому положению имеет ограниченные водные ресурсы. Особенно тяжелое положение создалось в Челябинской области, где густота речной сети довольно низка и составляет в среднем 0,03 км на кв. км территории. На одного жителя области приходится в 16 раз меньше поверхностного стока, чем в России. По количеству воды на одного жителя Челябинская область занимает последнее место.
Существенное влияние на состояние и качество водных ресурсов данного региона оказывает Карабашский промышленный узел. Город Карабаш и его окрестности относятся к старейшим Уральским горнорудным районам, промышленное освоение которого началось еще в XVIII в. Здесь с начала XX в. ведется добыча и переработ-колчеданного месторождения Кара-башского промузла сформировались огромные объемы отходов, так называемые хвостохранилища, представля-
ющие собой тонкодисперсный материал алюмосиликатного и сульфидного состава. Отходы до 1958 г. сбрасывались в р. Сак-Элга на рельеф местности, в результате чего в пойме создалась «залежь» техногенных грунтов «хвостов» на площади 110-115 га. В процессе хранения и «старения» сульфидсодержащих отходов изменился, и продолжает изменяться, состав первичных минералов, появились новообразованные фазы, сформировались зоны определенного строения с характерным химическим составом твердой фазы, поровых и грунтовых вод.
Негативные экологические последствия деятельности обогатительной фабрики в настоящее время проявляются в том, что по городу протекает ручей Рыжий, формирующийся за счет ливневых и талых вод с территории, прилегающей к комбинату и старых шламонакопителей. Ручей впадает в реку Сак-Элга и далее р. Миасс, основной источник питьевого водоснабжения в данном регионе (рис. 1).
Начало ручью дают потоки с Золотой горы, питающихся талыми и дождевыми водами. В отдельные периоды они пересыхают. Роль подземных вод в питании незначительна. Химический состав не постоянен: рН достигает величины равной 2,0, концентрация сульфатов - 2,5 г/дм3.
Шламонакопитель оказывает влияние на подземные воды. Анализ воды из скважин показал, что содержание сульфатов достигает 5 г/дм3, железа -198 мг/дм3 и меди 68 мг/дм3.
С 1932 по 1956 г. по руслу реки Сак-Элга комбинатом сбрасывались пиритовые отложения обогатительной фабрики. Площадь их составляет около 100 га, протяженность 9 км, глубина залегания до 1,5 км. Пиритовые отложения расположены в 0,2 км от устья реки Сак-Элга и выше по течению. Состав пиритовых отложений: БЮ2 - 38,7%; БОб - 13,0%; Ре -12,4%; А1203 - 10,0%%); Си - 0,2%; 7п - 0,08%; БаБ04 - 3,4%.
Нами выполнены исследования качества воды в притоках реки Миасс (рис. 2).
Данные, представленные на рис. 2 свидетельствуют о том, что суммарное максимальное загрязнение, привноси-
Рис. 1. Впадение ручья Рыжего в реку Сак-Элга
мое в реку Сак-Элга и соответственно реку Миасс, впадающей в Аргазин-ское водохранилище, обеспечивает именно ручей Рыжий.
Результаты, представленные на рис. 3, 4, свидетельствуют о достаточно стабильном качестве стока р. Рыжий вне зависимости от его водности и времени года по большинству показателей. Однако от водности ручья,
Рис. 2. Качество воды в притоках реки Миасс
Рис. 3. Содержание железа и меди в ручье Рыжий за 2014 год (г. Карабаш), мг/л
I Ц|П!К и Свинец ■ Никель ■ Нефтепродукты Л|>И Рис. 4. Показатели качества воды в ручье Рыжий за 2014 год (г. Карабаш), мг/л
связанной со значительным притоком талых вод (апрель) или минимальным поступлением в ручей подотвальных вод (февраль) в значительной мере зависит водородный показатель (рН) воды, который от февраля к маю изменяется от рН = 7 до рН = 3.
На основании выполненного анализа современного состояния качества воды в р. Рыжий при разработке технологии очистки воды р. Рыжий, следует решить задачу стабилизации рН воды до 6,0-9, довести показатели качества воды до нормативных: по железу, меди, свинцу, никелю и нефтепродуктам.
Проблему очистки ручья можно решить за счет применения современных биотехнологий путем создания водно-болотных угодий (ветландов). В 1971 г. была принята международная Рамсарская конвенция, согласно которой к водно-болотным угодьям относится широкий круг местообитаний,
в том числе болота, поймы, реки и озера, приморские участки, занятые солеными болотами и манграми, подводные морские луга, коралловые рифы и морские акватории глубиной не более шести метров при отливе, а также антропогенные объекты, включая отстойники сточных вод и водохранилища. Россия присоединилась к этой конвенции в 1994 г. и утвержден список из 35 Рамсарских угодий России общей площадью около 10 млн га.
В соответствие с современными представлениями ветланды оказывают экосистемные услуги, по которыми понимают все те выгоды, которые человечество получает от экосистем. Среди многочисленных экосистемных услуг выделяют: снабжающие (пища, вода, лес, сырье), регулирующие (воздействие на климат, контроль над наводнениями, стихийными бедствиями, качество водных ресурсов и пр.), культурные (рекреационные ресурсы,
эстетические и духовные ценности природы) и поддерживающие услуги (почвообразование, фотосинтез, круговорот азота, очистка от загрязнений и пр.) [1, 2].
Взаимодействие физических, биологических и химических компонентов водно-болотных угодий, таких как почва, вода, растения и животные, позволяют водно-болотным угодьям выполнять множество жизненно важных функций, например: накопление и хранение воды; защита от штормов и наводнений; укрепление береговой линии и сдерживание эрозии; пополнение запасов подземных вод (проникновение воды из водно-болотного угодья вниз в подземный водоносный горизонт); выход подземных вод (движение воды вверх и ее превращение в поверхностную воду в водно-болотном угодье); очистка воды; удерживание питательных веществ; отложение осадков; удерживание загрязняющих веществ; стабилизация местных климатических условий, в особенности
1. Бобылев С.Н., Захаров В.М. Эко-системные услуги и экономика. - М.: ООО «Типография ЛЕВКО» - Институт устойчивого развития/Центр экологической политики России, 2009. -72 с.
2. Тишков А. А. Экосистемные услуги природных регионов России. - М.: Наука, 2004. - 156 с.
3. Tanner C.C. Plants as ecosystem engineers in subsurface-flow treatment wetlands. Water Science and Technology 44(11-12), 2001. pp 9-17.
количества атмосферных осадков и температуры.
Нами предлагается создать искусственно сооруженные ветланды в устье ручья Рыжий. Это дешевая альтернатива очистки сточных вод с применением местных ресурсов [3, 4]. С эстетической точки зрения системы имеют ландшафтный дизайн по сравнению с обычными очистными сооружениями. Система обеспечивает рациональное использование местных ресурсов, что является природоохранной биологической системой очистки сточных вод. Искусственно созданные ветланды можно построить за более низкую стоимость по сравнению с другими очистными сооружениями. Система функционирует на основе возобновляемых источниках энергии: солнечной и кинетической энергии, энергии растительности болот и микроорганизмов, которые являются активными участниками процессов очистки вод. Эффективность очистки стоков составляет около 95% [5].
_ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. Lim P.E., Wong T.F., Lim D.V. Oxygen demand, Nitrogen and Copper removal by free-water-surface and subsurface-flow constructed wetlands under tropical conditions. Environment International 26, 2001. pp 425-431.
5. Ahmad M.N., Lim P.E., Koh H.L., Shutes R. B.E. Constructed wetlands for runoff treatment and modeling. In: Proceedings of a workshop on the Asian wetlands: bringing partnerships into good wetland practices (eds Ahyaudin A., Salmah C.R., Mansor M., Naka-mura R., Ramakrishna S., Mundkur T.), 2002. pp. 121-126. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_
Ульрих Дмитрий Владимирович - кандидат технических наук, доцент, e-mail: ulrich.dm.25@mail.ru,
Брюхов Михаил Николаевич - соискатель, e-mail: mich74@mail.ru,
Южно-Уральский государственный университет (НИУ);
Тимофеева Светлана Семеновна - доктор технических наук, профессор,
зав. кафедрой, e-mail: timofeeva@istu.edu,
Иркутский государственный технический университет.
UDC 504.4.054
RATIONALE FOR TECHNIQUE OF OPERATIONAL SAMPLING APATITE-STAFFELITE ORES OF KOVDORSKY DEPOSIT
Ul'rikh D.V.1, Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, e-mail: ulrich.dm.25@mail.ru, Bryukhov M.N.1, Applicant, e-mail: mich74@mail.ru,
Timofeeva S.S.2, Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of Chair, e-mail: timofeeva@istu.edu,
1 South Ural State University (National Research University), 454080, Chelyabinsk, Russia,
2 National Research Irkutsk State Technical University, 664074, Irkutsk, Russia.
The article discusses pathways of contaminants from processing plants to water bodies in the Chelyabinsk Region. The chemistry of water in the Ryzhy stream filled by rainfall discharges from the area of old slurry reservoirs nearby the Karabash processing plant is analyzed. The study of the water quality in the Miass river tributaries exhibits higher content of sulfates in the Ryzhy stream and Atkus river (up the inflow in the Argazin-sky water basin). Heavy metal content (iron, copper, zinc, lead, nickel) in the Ryzhy stream ranges between 150 mg/l in terms of iron and 45 mg/l in terms of copper; pH varies from 7 to 3 depending on season. The author offers the sewage water treatment technology using wetlands. Advantages of the suggested surface sewage water treatment are considered.
Key words: rainfall and melt water, heavy metals, slurry reservoirs, pyrite deposits, wetlands, treatment works.
REFERENCES
1. Bobylev S.N., Zakharov V.M. Ekosistemnye uslugi i ekonomika (Ecosystems services and economy), Moscow, OOO «Tipografiya LEVKO» - Institut ustoichivogo razvitiya/Tsentr ekologicheskoi politiki Rossii, 2009, 72 p.
2. Tishkov A.A. Ekosistemnye uslugi prirodnykh regionov Rossii (Ecosystems services of natural regions in Russia), Moscow, Nauka, 2004, 156 p.
3. Tanner C.C. Plants as ecosystem engineers in subsurface-flow treatment wetlands. Water Science and Technology 44(11-12), 2001. pp. 9-17.
4. Lim P.E., Wong T.F., Lim D.V. Oxygen demand, Nitrogen and Copper removal by freewater-surface and subsurface-flow constructed wetlands under tropical conditions. Environment International, 26, 2001. pp. 425-431.
5. Ahmad M.N., Lim P.E., Koh H.L., Shutes R.B.E. Constructed wetlands for runoff treatment and modeling. In: Proceedings of a workshop on the Asian wetlands: bringing partnerships into good wetland practices (eds Ahyaudin A., Salmah C.R., Mansor M., Nakamura R., Ramakrishna S., Mundkur T.), 2002, pp. 121-126.
НОВИНКИ ИЗДАТЕЛЬСТВА «ГОРНАЯ КНИГА»
