CC BY
200
УДК 631.879.32
ВЛИЯНИЕ ОТХОДОВ УРАНОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕГО ПРЕДПРИЯТИЯ СТЕПНОГОРСКИЙ ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ЗАВОД НА ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ И ПОДЗЕМНЫХ ВОД
© А.Т. Хусаинов, Л.И. Софронова
Ключевые слова: радиоактивные отходы; радиоактивность; хвостохранилища; загрязняющие вещества.
Приведены результаты исследования влияния отходов переработки урановых и молибденовых руд, складируемых на хвостохранилищах Степногорского гидрометаллургического завода, на загрязнение поверхностных и подземных вод.
Установлено, что основными загрязнителями поверхностных вод водоемов природного и техногенного происхождения являются мышьяк, молибден и радий, содержание которых превышает предельно допустимые концентрации. Область загрязнения подземных вод фильтратом жидкой фазы хвостов выявлена в северо-восточном направлении на расстоянии 100-700 м от ограждающей дамбы хвостохранилища, основными загрязняющими компонентами ее являются сульфаты, молибден, мышьяк и фтор. Граница загрязнения грунтовых вод подземным стоком шириной 1 км не выходит за пределы санитарно-защитной зоны.
Казахстан занимает ведущее место в мире по запасам урановых руд, здесь сосредоточено около 25 % разведанных мировых запасов урана [1]. В последнее время на территории республики сложилась достаточно сложная радиоэкологическая обстановка. Это обусловлено широкомасштабным развитием уранодобывающих и ураноперерабатывающих предприятий. Одним из таких предприятий является гидрометаллургический завод (ГМЗ) ТОО Степногорский горнохимический комбинат (СГХК), центр которого находится в г. Степногорск.
Одной из главных проблем гидрометаллургического завода является накопление радиоактивных отходов в хвостохранилище, территория которого включает примерно 750 гектаров обводненного участка земли, представляющая собой гигантскую «котловину-озеро».
УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Степногорский гидрометаллургический завод помимо проектной продукции - урансодержащей руды -перерабатывает концентраты природного урана. Основными видами производственных отходов являются хвосты переработки этих руд, которые гидротранспортом подаются на хвостохранилище, где производится их складирование.
В хвостохранилище ГМЗ сбрасывается хвостовая пульпа уранового и медно-молибденового производства, которая в настоящее время складируется на карте № 2. Соотношение твердой и жидкой фазы в объединенной хвостовой пульпе составляет 1:5,7.
Твердая часть хвостовой пульпы осаждается, образуя хвостовые отложения (пляж), а жидкая фаза, отстаиваясь, образует прудок. Площадь прудка на карте № 2 составляет 191 га, на испарительной карте -170,7 га. Осветленная вода насосами плавучей насосной станции возвращается на завод и используется как водооборотная для разбавления пульпы и ее гидро-
транспорта. Хвостовые отложения почти на 33 % сложены из фосфогипса, по всему профилю содержат большое количество воднорастворимых солей (от 2,2 до 10 %). Общая активность радионуклидов во всех накопленных отходах составляет 6,8-1015 Бк. Химический состав воды в прудке испарительной карты идентичен химическому составу воды прудка карты № 2. На карте № 1 хвостохранилища также существует прудок площадью 25 га. Но так как сброс пульпы на карту прекращен, то его площадь постепенно сокращается и подпитывается только за счет поступления атмосферных осадков.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Вокруг хвостохранилища имеются до 170 режимнонаблюдательных скважин для комплексного наблюдения влияния хвостохранилища на подземные воды. Сточные воды сбрасываются с промышленной площадки в русло реки Аксу, после предварительной комплексной биологической очистки на санитарных очистных сооружениях. На территории установлена система перехвата дренажных вод с хвостохранилища.
Исследованиями установлено, что основными загрязнителями, которые оказывают воздействие на поверхностные и подземные воды, являются мышьяк,
80 60 + 40- >
20\ —
0
А А -її—
□ Радий, Бк/л
□ Молибден, мг/л О Мышьяк, мг/л
Карта 1 Карта 2Испарительная карта
Рис. 1. Содержание загрязняющих веществ в прудке хвосто-хранилища
молибден и радий. Содержание этих загрязняющих веществ в прудковой воде хвостохранилища приведено на рис. 1. Помимо прудков, существующих на картах, вблизи хвостохранилища имеется множество небольших водоемов. Водоемы имеют как естественное, так и техногенное происхождение, образованные утечками воды из инженерных коммуникаций, сбросом стоков на рельеф и другими причинами. Большинство техногенных водоемов приурочено к промышленной зоне ГМЗ. Эти водоемы незначительны по размерам и не являются источниками водоснабжения. Многие из них существуют только в весенний период во время таяния снежного покрова. Наиболее значительными естественными водоемами являются озера Маныбай и Сулукамыс.
Нами проводился анализ проб воды из самого хво-стохранилища и из поверхностных водоемов в районе промплощадки ГМЗ в направлении Маныбайского и Сулукамысского тальвегов. Для оценки степени загрязненности водоемов использовались значения предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ в питьевой воде (ПДК), которые составляют: мышьяка - 0,05 мг/кг, молибдена - 0,25 мг/кг, сульфат-иона - 500 мг/кг; радионуклидов: урана (238) -0,25 мг/кг, радия - 0,5 Бк/кг [2].
Состав воды в тальвеге Маныбайского направления преимущественно сульфатно-хлоридный, что является типичным для водоемов Северного Казахстана, а по значению рН соответствует классу нейтральных и слабощелочных вод.
В водоемах и водотоках Маныбайского направления максимальные значения вредных веществ составляли: по урану - 1,2 мг/л, - 0,67 ПДКв; по мышьяку -2,27 мг/л, - 45,4 ПДКв; по молибдену - 1,91 мг/л, - 7,6 ПДКв. Для водоемов хозяйственно-бытового назначе-
ния ПДК составляет: по урану - 1,8 мг/л; мышьяку -0,05 мг/л; молибдену - 0,25 мг/л.
Кроме этого, у западного берега озера Маныбай были взяты две пробы ила: одна из поверхностного слоя, другая - с глубины 10 см. В результате анализа было установлено, что удельная суммарная альфа-активность (УСАА) ила поверхностного слоя составляла 1,14-10-12 Ки/г, а УСАА ила более глубокого слоя -0,5-10-12 Ки/г.
Таким образом, в направлении озера Маныбай в воде водоемов наблюдается некоторое повышение концентрации урана и молибдена. Это связано с переносом растворимых солей урана и молибдена талыми водами ниже по тальвегу и их концентрированию в воде и в илах котловины озера Маныбай.
Водоемы тальвега Сулукамысского направления представлены преимущественно сульфатными и хло-ридно-сульфатными водами и относятся к классу нейтральных и слабощелочных.
Химический состав воды представлен в табл. 1.
В озере Сулукамыс кроме проб воды были отобраны пробы ила. В результате анализа было установлено, что УСАА отобранного ила составляла 3,89-10-11 Ки/г и по сравнению с данными 1994 г. (УСАА = 4,89-10-14 Ки/г) увеличилась. Это объясняется тем, что происходит процесс накопления а-активных веществ в илах водоемов.
Максимальные содержания загрязняющих веществ в воде водоемов тальвега Сулукамысского направления составляли: по мышьяку - 41,8 мг/л, что соответствует 856 ПДК; по молибдену - 49,0 мг/л, что соответствует 196 ПДК.
Снижение концентрации токсических веществ в поверхностных водоемах происходит за счет перехвата
Таблица 1
Химический состав воды поверхностных водоемов
№ п/п Местоположение точки отбора пробы ЕАа, Бк/л и, мг/л Ra, Бк/л Мо, мг/л А^ мг/л
Маныбайский тальвег
1 200 м к вост. от карты 2 4,9 0,19 0,13 13,57 1,47
2 400 м к вост. от карты 2 11,3 0,08 0,18 0,90 0,23
3 Водоем в карьере 3,5 0,11 0,22 <0,1 0,08
4 С-з сторона грейдера 7,8 0,37 0,06 0,92 0,14
5 С-в сторона грейдера 8,7 0,35 0,11 0,64 0,09
6 Озеро Маныбай 8,0 0,27 0,06 0,77 0,07
Сулукамысский тальвег
7 Озеро Сулукамыс, юг 0,5 <0,04 0,10 2,49 1,35
8 Озеро Сулукамыс, с-з 2,6 0,17 0,09 1,92 0,98
9 Карьер на сопке 0,5 <0,04 0,13 0,12 <0,02
10 400 м к сев. от дамбы 21,6 0,44 0,48 8,38 2,10
Промышленная зона ГМЗ
11 Карьер севернее ПНС 0,06 0,09 0,09 0,11 0,15
12 Бывший ш. водоотлив 2,6 0,15 0,19 0,30 0,06
13 100 м к зап. от ГМЗ 7,4 0,36 0,21 2,3 0,48
14 Около ж/д весов ГМЗ 134 5,1 0,13 6,05 0,41
15 С-з угол ГМЗ 10,8 0,44 - 1,50 0,28
16 350 м к сев. от ГМЗ 177 4,73 0,10 6,38 0,30
17 Водоем к вост. от ГМЗ 11,0 0,88 0,05 1,08 0,11
ПДК 1,8 0,5 0,25 0,05
фильтрационных вод из карт хвостохранилища дренажными системами и насосными станциями. Кроме этого, идет процесс вымывания паводковыми и дождевыми водами загрязняющих веществ (урана, мышьяка и молибдена) с поверхности и их вынос в наиболее пониженные формы рельефа.
Сравнение приведенных выше данных с результатами прошлых лет показывает, что первые укладываются в диапазон минимальных - максимальных значений многолетних наблюдений. Этот факт говорит об отсутствии влияния хвостохранилища на поверхностные водоемы после устройства в 1985 г. дренажной системы [3].
В последние годы заметно возросли концентрации загрязняющих веществ в прудковой воде карты 1 и испарительной карты, что связано с уменьшением объема воды за счет испарения. Анализируя в целом результаты наблюдений, можно отметить следующее: концентрации основных загрязняющих веществ, кроме урана, значительно выше в водоемах Сулукамысского тальвега, чем Маныбайского.
Это связано с тем, что до устройства дренажной системы фильтрующие из хвостохранилища воды распространялись в основном по Сулукамысскому тальвегу; на фоне больших разбросов значений, связанных преимущественно с различной степенью испарения водоемов, трудно установить зависимость изменения (уменьшения) содержания загрязняющих веществ со временем. Водоемы Сулукамысского тальвега, неоднократно полностью высыхая в засушливые годы, а затем, заполняясь в весенние периоды, тем не менее, постоянно характеризуются высокими концентрациями загрязняющих веществ; из всех водоемов Маныбайско-го тальвега повышенные содержания загрязняющих веществ, кроме урана, отмечаются лишь в трехчетырех, расположенных наиболее близко к хвосто-хранилищу. Далее ниже по тальвегу во всех водоемах одинаково низкие концентрации загрязняющих веществ, кроме урана, содержание которого здесь несколько повышено - до 0,6-0,7 мг/кг, что связано с ранее действовавшим сбросом шахтных вод.
Основной водоток района - река Аксу - протекает более чем в 10 км южнее площадки хвостохранилища и с учетом направления потока подземных вод (северовосточное) оказывается вне зоны влияния хвостохра-нилища.
На территории расположения хвостохранилища, согласно выполненным гидрогеологическим изысканиям, уровень подземных вод варьируется в широких пределах и составляет 0,7-12,8 м от поверхности земли. Водовмещающими породами являются зоны трещиноватости интрузивных нижнепалеозойских и силурийских отложений и зоны трещиноватости осадочновулканогенных средне-верхнеордовикских отложений, образующих единый водоносный комплекс. Обводненность пород зависит от степени трещиноватости. В целом трещиноватость развита до глубины 25-30 м. Общее направление потока подземных вод - на северо-восток, гидравлический уклон в среднем составляет 0,00176.
Подземные воды рассматриваемого района образуют единый горизонт, приуроченный к зоне трещиноватости палеозойских пород и элювиально-делювиальным отложениям. Питание водоносного горизонта происходит за счет атмосферных осадков.
Воды преимущественно пресные, минерализация до 1 г/л, но нередко солоноватые и соленые - до 3-10 г/л.
Подземные воды залегают, в зависимости от рельефа местности, на глубинах от 0 до 6-10 м. В понижениях рельефа, прилегающих к дамбам, они из-под дамб выклиниваются и, объединяясь с водами, фильтрующимися через тело дамб, поступают в дренажную систему и возвращаются в карты. По своему качеству воды в непосредственной близости от дамб относятся к сульфатно-натриевым, а по составу близки к прудковым водам хвостохранилища. С начала эксплуатации хвостохранилища полоса загрязнения подземных вод распространилась от дамб на расстояние 200-400 м.
На остальной территории, за пределами этой узкой полосы, существует единый горизонт подземных вод, приуроченный к зоне трещиноватости палеозоя и эл-лювиально-делювиальным отложениям. На возвышенных частях рельефа с активным водообменом - воды пресные или слабосолоноватые с минерализацией до 3 г/л хлоридно-сульфатно-натриевого состава. В понижениях рельефа с развитыми водоупорными горизонтами и затрудненным водообменом минерализация повышается до 25-30, местами 80-90 г/л. Высокая минерализация имеет естественный характер.
Для предотвращения загрязнения подземных вод и прилегающей территории фильтрационными водами при сооружении всех ограждающих дамб устроен про-тивофильтрационный экран (ПФЭ) из глины и суглинка. На всей площади дна чаши карт устроен ПФЭ из полиэтиленовой пленки толщиной 0,2 мм, стабилизированной капельной газовой сажей в количестве 2 %.
Для перехвата вод, профильтровавшихся через дамбы и под дамбы, с северной и восточной сторон хвостохранилища (по уклону рельефа) сооружена система защитного дренажа. Система состоит из трех дренажных насосных станций и закрытого дренажа из керамических труб протяженностью 5850 м, который служит для сбора и перепуска к насосным станциям дренажных вод. Для сбора и перепуска к насосным станциям поверхностных вод с территорий, непосредственно примыкающих к сухому откосу дамб, сооружена система поверхностного водосбора. Для предотвращения пыления обсыхающих пляжей проектом предусматривается содержание намытой твердой фазы пульпы под затоплением или в увлажненном состоянии.
На основании материалов инженерно-геологических, гидрогеологических и проектно-изыскательских работ установлено, что: граница загрязнения грунтовых вод, подземным стоком шириной 1 км, существовавшим до введения в строй дренажной системы, не выходит за пределы СЗЗ и не достигает урочищ Маны-бай и Сулукамыс. Область загрязнения подземных вод фильтратом жидкой фазы хвостов, обусловленная поверхностным стоком талых и дождевых вод, выявлена в северо-восточном направлении на расстоянии 100700 м от ограждающей дамбы хвостохранилища, и основными загрязняющими компонентами ее являются сульфаты, молибден, мышьяк, фтор. В настоящее время благодаря существующей дренажной системе производится перехват фильтрующей из хвостохранилища воды, загрязненной содержащимися в хвостовой пульпе веществами. В связи с чем дальнейшее распространение ореола загрязнения прекращено.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основными загрязнителями поверхностных вод водоемов естественного и техногенного происхождения, находящихся вблизи Степногорского гидрометаллургического завода, являются радий, мышьяк и молибден, среднее содержание которых в прудке хвостохранили-ща составляет, соответственно: 1,29 Бк/л; 22,97 мг/л; 49,63 мг/л, что значительно превышает предельнодопустимые концентрации. Область загрязнения подземных вод фильтратом жидкой фазы хвостов выявлена в северо-восточном направлении на расстоянии 100700 м от ограждающей дамбы хвостохранилища, и основными загрязняющими компонентами ее являются сульфаты, молибден, мышьяк и фтор. Дальнейшее распространение ореола загрязнения прекращено благодаря существующей дренажной системе.
ЛИТЕРАТУРА
1. Стегнар Петер. Урановые хвостохранилища: местные проблемы, региональные последствия, глобальные решения: материалы электронной дискуссии. 2009 г. 30 апреля.
2. Оценка воздействия на окружающую среду для металлургического завода и сернокислотного цеха ТОО СГХК. Астана: ТОО «ЭКОС», 2005.
3. Предварительная оценка воздействия на окружающую среду пункта захоронения радиоактивных отходов на хвостохранилище гидрометаллургического завода ЗАО «КАЗСАБТОН». Алматы: Государственное научно-производственное объединение промышленной экологии «Казмеханобр», 2002.
Поступила в редакцию 7 июля 2014 г.
Khusainov A.T., Sofronova L.I. INFLUENCE OF WASTES OF URANUS PROCESSING COMPANY STEPNOGOR HY-DRO-METALLURGIC PLANT ON POLLUTION OF SUPERFICIAL AND SUBTERRANEAN WATERS
In the article the investigation results of influence in elaborating uranium and ore deviation to superficial and subterranean pollution which is staching in Stepnogor gydro-mettallurgical work store is given.
It was established that the basic superficial pollution in reservoir origin was arsenic, radium which its maintenance exceeded acceptable concentration. The field of the filter subterranean pollution exposed 100-700 meter far from the dam barrier store in the north-west. Its basic pollution component was sulphate, arsenic, fluorine. The boundary of the subterranean bottom pollution did not come out 1 km at the sanitary protective zone.
Key words: radioactive waste; radioactivity; tailings; contaminants.
Хусаинов Абильжан Токанович, Кокшетауский государственный университет им. Ш. Уалиханова, г. Кокшетау, Акмоменская область, Республика Казахстан, доктор биологических наук, профессор, зав. кафедрой почвоведения, агрохимии и лесохозяйственного дела, e-mail: [email protected]
Khusainov Abilzhan Tokanovich, Sh. Ualikhanov Kokshetau State University, Kokshetau, Akmomen region, Republic of Kazakhstan, Doctor of Biology, Professor, Head of Soil Studies, Agrochemistry and Forest Business Department, e-mail: [email protected]
Софронова Людмила Ивановна, Кокшетауский государственный университет им. Ш. Уалиханова, г. Кокшетау, Акмоменская область, Республика Казахстан, кандидат биологических наук, старший преподаватель кафедры «Инженерные технологии», e-mail: [email protected]
Sofronova Lyudmila Ivanovna, Sh. Ualikhanov Kokshetau State University, Kokshetau, Akmomen region, Republic of Kazakhstan, Candidate of Biology, Senior Lecturer of “Engineering Technologies” Department, e-mail: [email protected]
