CC BY
282
© А.С. Ушаков С.В. Чмыхалова, 2011
УДК 502/504
А.С. Ушаков С.В. Чмыхалова
ВЫЯВЛЕНИЕ ФАКТОРА ВЛИЯНИЯ ОТХОДОВ ГОРНООБОГАТИТЕЛЬНЫХ КОМБИНАТОВ НА СОСТОЯНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА С УЧЕТОМ ИХ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА
Проведен обзор биохимического значения элементов, выделяемых горно-обогатительными комбинатами, с точки зрения здоровья населения и развития растений. Показано, что экологически токсичные элементы, в основном тяжелые металлы, несомненно, представляют значительную угрозу для региона.
Ключевые слова: добыча, окружающая среда, ландшафт, радиогеохимическое излучение, хвостохранилище.
"ИЛ оссийская Федерация в настоя-
-ИГ щее время является ведущей горнодобывающей державой, занимающей первое место в мире по количеству видов добываемых полезных ископаемых и третье (после США и Китая) по общему объему добычи. В сложившейся финансово-экономической ситуации, на фоне снижения стоимости углеводородного сырья, горная промышленность нашей страны становится одним из важнейших факторов ее экономического развития.
Разработка месторождений полезных ископаемых сопрягается с антропогенным воздействием на окружающую среду, и как следствие этого воздействия, со здоровьем населения, проживающего в индустрииально-развитых регионах. К таким регионам можно отнести Курскую магнитную аномалию (КМА) — главную базу железорудной промышленности России и крупнейшего производителя строительных материалов.
На территории Курской Магнитной Аномалии залегают практически неисчерпаемые запасы железных кварцитов, добычей которых занимается три горнообогатительных комбината (Михайлов-
ский, Стойленский и Лебединский ГОКи), используемых открытый способ их извлечения.
Начиная с 50-х годов прошлого столетия масштабы добычи и переработки минерального сырья в регионе КМА постоянно росли, а соответственно увеличивались темпы и масштабы деградации ландшафтов, загрязнения окружающей среды и других негативных последствий горного производства.
Антропогенное воздействие горнодобывающих предприятий проявляется через набор факторов: выбросы поллю-тантов, сброс загрязненных сточных вод, изъятие земель из сельскохозяйственного оборота, изменение естественного режима химизма вод и т.д.
Открытая разработка полезных ископаемых с использованием взрывного способа отбойки руды в районе горнометаллургического комплекса КМА наносит существенный урон природной среде. Технологические процессы при добыче и переработке железорудного сырья сопровождаются
60000 -|
50000 -------------------------------------------------------------
40000 -------------------------------------------------------------
30000 ----------------------------------- ---------------
20000 ----------------------------------- -------------------------
10000 ----------------------------------- -------------------------
0 -І------------------------,-------------------------,---------------
2005 2006 2007
Объем отгруженных товаров собственного производства добывающей промышленности КМА, млн руб.
Индексы производства добывающей промышленности КМА (в процентах к предыдущему году)
Состояние окружающей среды в зоне освоения минеральных богатств КМА
выбросом в атмосферу пыли, тяжелых металлов, продуктов взрывных работ и т.д. Загрязнение атмосферы, природных вод и верхней части почвенного покрова экологически вредными веществами нарушает естественный процесс геоэкологической саморегуляции природной среды и может привести к быстрой и необратимой ее деградации, а также к негативному воздействию на здоровье населения региона.
В районе разработки железорудных месторождений сформировалась зона аномального запыления почв эллипсовидной формы размером до 40 км по длинной оси. В центральной части зоны
выпадает более 4000 кг/га в год пыли. Содержание тяжелых металлов (кобальт, никель, хром, ванадий и др.) превышает природный фон в некоторых местах в 100 раз.
Под влиянием системы гидрозащиты карьеров нарушен режим подземных вод в радиусе до 40 км по верхнему водоносному горизонту и до 80 км по кристаллическому. Имеется также еще множество фактов свидетельствующих о крайне негативном геоэкологическом воздействии предприятий горно-
металлургического комплекса КМА на окружающую среду. Предварительное радиогеохимическое изучение вскрышных и рудовмещающих пород, железных руд и продуктов их переработки показали, что они содержат высокие концентрации естественных радионуклидов и являются источниками аномально высоких ионизирующих излучений, т.е. железорудные месторождения КМА являются радиационноопасными. Дополнительно радиоэкологическая ситуация осложняется еще и тем обстоятельством, что территория КМА располагается в зоне влияния «чернобыльского радиоактивного следа» и включает обширные площадные аномалии Cs-137.
До начала промышленного освоения района речные воды по качеству были близки к питьевым и широко использовались населением в хозяйственнобытовых целях.
Подземные воды района до нарушения их режима полностью отвечали тре-
бованиям ГОСТ 2874—82 и СанПиН 2.1.4.559-96, «питьевые воды». В настоящий период в них присутствуют азот аммонийный, нитраты, нитриты, ТМ, техногенная органика и нефтепродукты. Общая минерализация подземных вод увеличилась в 3 раза, содержание в них сульфатов в 5-6 раз. В питьевой воде г.г. Ст. Оскола и Губкина в отдельных пробах установлено присутствие до 6 ПДК железа, до 1,5 ПДК марганца, до 3 ПДК солей ТМ. В 23,7 % проб отмечается микробное загрязнение.
В сточных водах карьеров присутствуют взвешенные вещества в количестве до 800 мг/л, аммоний солевой — 2 ПДК, нитраты — 0,5 ПДК. нефтепродукты — 3 ПДК. медь и цинк — 8 ПДК, железо — 5-8 ПДК. Высоки показатели микробного загрязнения.
Анализы питьевой воды (ЦАЛ ГП «Невскгеология») показали, что содержание в ней урана в 40 раз, а тория в 3 раза больше, чем в воде г. Санкт-Петербурга. Вероятной, но не единственной причиной установленного факта является влияние мощной депрессион-ной воронки и подпитка подземных вод загрязненными ЕРН дренажными и сточными водами. Проведенные параллельно с анализом питьевой воды исследования водных хвостов обогащения установили, что концентрация урана в них достигает 579х10-4 мг/л, радия — 43х10-10 мг/л, что в 100 раз превышает фон по урану и в 14 раз по радию. Проведенные расчеты, основанные на содержании ЕРН в отстойных водах хвостов и их объеме (порядка 70 млн. м3 в год), показали, что ежегодно из хвосто-хранилищ в водную систему района выносится 4 т урана и 35 т тория. Этот объем радиоэлементов относительно свободно достигает водоносных горизонтов в связи с тем, что хвостохрани-лища располагаются в пределах влияния
зон повышенной проницаемости земной коры.
Минералогические исследования хвостохранилищ показали, что первичные минералы и породы, поступающие в виде отходов обогащения, в результате хранения претерпевают за довольно не продолжительное время решительные изменения, приводящие к новообразованию, главным образом, сульфатов, карбонатов и гидрооксидов.
Анализ распределения новообразованных минеральных ассоциаций в некоторых хвостохранилищах показал, что преобразования в них происходили полистадийно и синхронно в процессе следующих стадий:
• растворение гипогенных минералов,
• химическое окисление
• гидролиз.
Все они характеризуются определенными физико-химическими условиями и типоморфными ассоциациями новообразованных минералов.
Немаловажную роль в загрязнении окружающей среды играют дренажные воды хвостохранилищ. Просачиваясь сквозь дамбы и ложе сооружений, они отравляют окружающие территории и близлежащие водотоки. Так, например, установлено, что дренажные воды хво-стохранилищ при впадении в реки изменяют рН вод, в более кислую сторону и насыщают их А1(ОН)2+, А13+, С02, С032-, Са(С03), Са(НС03)+, Са2+, СаС1 +, СаС12, CaSO4, Cd2+, С1-, Си2+, Fe2+, Fe3+, H2AsO4-, HAsO42-, НС03-, HSO4-, К+, КС1, KSO4-, Mg(CO3), Mg(HCO3)+, Mg2+, МпС1+, Мп04, MnSO4, N2, N02-, №+, ШС1, 02, РЬ2+, РЬС1 +, S042- и Zn2+. Некоторые элементы при благоприятных условиях, вероятно, выпадают в осадок, а остальные, следуют дальше по течению, нанося вред окружающей среде.
Сточные воды хвостохранилищ при попадании в водоемы значительно увеличивают суммарную минерализацию относительно фоновых показателей и насыщают воды Pb, Zn, Mg2+, SO42-, Cd, Fe и Al.
Таким образом, из хвостохранилищ в природную среду поступает поток различных элементов. Многие из них относятся, согласно ГОСТу 17.4.1.02-83 [1985], к первому и второму классам опасности и являются приоритетными загрязнителями, оказывая негативное воздействие на близлежащие территории.
Исследования показали, что хвосто-хранилища являются потенциальными источниками загрязнения окружающей среды вредными элементами, газами и тяжелыми металлами. Попав в атмосферу, почву или в водоемы, загрязнители не остаются на месте, а включаются в природный круговорот веществ и удаляются очень медленно, при выщелачивании, потреблении растениями, эрозии и дефляции. Период полуудаления (или удаление половины от начальной концентрации) составляет очень продолжительное время: для цинка — от 70 до 510 лет, для кадмия — от 13 до 110, для меди — от 310 до 1500 и для свинца — от 740 до 5900 лет.
Таким образом, жилые комплексы и водные объекты на тысячелетия попадают в зону интенсивного загрязнения окружающей среды. А это, несомненно, отражается на здоровье местных жителей.
Характер экотоксичности некоторых элементов и их влияние на здоровье населения
В настоящее время известно, какое важное биохимическое значение имеют элементы с точки зрения здоровья населения и развития растений. Тяжелые ме-
таллы в избытке несомненно ядовиты для всего живого.
Медь — канцероген, гонадотоксична. В соединениях раздражает слизистые оболочки верхних дыхательных путей и желудочно-кишечного тракта. При хронической интоксикации вызывает функциональные расстройства нервной системы, нарушение функции почек и печени.
Свинец — политропный яд, вызывающий патологические изменения в нервной системе, в крови и в сосудах. Приводит к легочным заболеваниям у детей. Свинец гонадо- и эмбриотоксичен, в растворах при содержании более 0.8 мг/л является канцерогеном. Неорганические соединения свинца (РЬ2+) нарушают обмен веществ в организме и являются ингибиторами ферментов крови и ткани. Свинец способен усиливать развитие заболеваний группы анемий. Болезни периферической нервной системы (цефалгия, ишалгия, миалгия) связывают с избытком свинца в почвах и водах. Свинец накапливается в костях, волосах, тканях аорты, печени и почек, вызывая паралич нервной системы, анемию и спазмы кишечника. При избытке его в крови он может замещать кальций в костях животных и человека.
Олово. Физиологическая роль олова до сих пор считается неясной. Одни, полагают, что в целом оно не опасно — слабо растворимо, слабо сорбируется и быстро выводится из организма. Другие, относят его к очень токсичным и относительно доступным элементам. Некоторые искусственные полуорганические соединения, главным образом, алкильные с короткой цепочкой, активно сорбируются кишечником и могут вызвать острую и даже летальную интоксикацию. Кроме того, при многолетнем воздействии аэрозолей оксидов олова на
человеческий организм наблюдались случаи возникновения пневмокониоза.
Цинк относится к мутагенным, гона-до- и эмбриотоксичным элементам. Длительное воздействие (5-20 лет) его соединений приводит к желудочнокишечным расстройствам, увеличению числа ОРЗ, кариесу зубов, изменению морфологического состава крови, повышению заболеваемости детей.
Мышьяк и его соединения обладают высокой токсичностью. В первую очередь они оказывают воздействие на нервную систему, стенки сосудов, увеличивают проницаемость и паралич капилляров, развивают некробиотические поражения в печени, почках, сердце и кишечнике. Кроме того, они вызывают нарушения жирового и углеводородного обмена, дерматиты у детей и рак кожи. Высокие концентрации мышьяка в почвах приводят к гибели растений.
Кобальт — аллерген и канцероген. Вызывает дерматиты, а при длительном воздействии — бронхиты, анемию и гипотонию. Известны случаи нарушения функции щитовидной железы. Избыток кобальта в растениях вызывает появление на листьях омертвелых пятен.
Кадмий является политропным ядом. Хроническая интоксикация приводит к потере обоняния, головным болям и носовым кровотечениям. При этом отмечается повышение смертности при сердечно-сосудистых заболеваниях, воздействиях на желудочно-кишечный тракт, поражениях центральной и периферической нервных систем, болезнях печени, почек, скелетной мускулатуры и костных тканей.
Бор в избыточной концентрации способен вызвать борные энтериты у человека и животных, а также различные заболевания растений.
Марганец накапливается в организме и плохо из него выводится, негативно
влияя на нервную систему. Наличие марганца в организме препятствует выработке нейротрансмиттеров (серотонина, дофамина) — нейрогармонов, синтезируемых, главным образом, в центральной нервной системе и клетках же-лудочно-кишеч-ного тракта. Эти физиологически активные продукты являются веществами, обуславливающими нервный импульс. Нейроны головного мозга, использующие их, участвуют в регуляции многих форм поведения, процессах сна, терморегуляции, моторике желудочно-кишечного тракта и других функциях организма.
Железо-аэрозоли, при длительном воздействии вызывают разновидность пневмокониоза (сидероз), возможны бронхиты и сухой плеврит.
Сера относится к важнейшим биофилам, и острые отравления исключены. Однако, токсичны ее летучие соединения: серная кислота, сероводород, серный и сернистый газы. Так, например, серная кислота раздражает и прижигает слизистые верхние дыхательные пути, поражает легкие; сероводород — сильный нервный яд, раздражитель дыхательных путей и глаз.
Сурьма вызывает хроническую интоксикацию, приводит к изменению обмена веществ, к функциональным расстройствам нервной системы и патологическим изменениям миокарда.
Алюминий токсичен в кислых растворах, где присутствует в ионной форме, при концентрации больше 4—8 моль/л.
Молибден при высоких содержаниях в пище вызывает желудочно-кишечные заболевания и эндемическую подагру — болезнь суставов. Отмечена зависимость заболеваний крупного рогатого скота раком пищевода от концентрации в растениях молибдена.
Водорастворимые токсичные соли, в состав которых входят в различных
концентрациях такие компоненты, как: С032-, НС03-, С1- , S042-,Ca2+, Mg2+, Na+ — угнетают рост и развитие растений.
Таким образом, обзор биохимического значения элементов с точки зрения здоровья населения и развития растений показал, что выделяемые горнообогатительными комбинатами экологически токсичные элементы, в основном тяжелые металлы, несомненно, представляют значительную угрозу для региона.
Об этом свидетельствует прежде всего состояние здоровья населения: по данным государственного комитета по охране окружающей среды Белгородской области за последние 10 лет хронические формы патологии увеличились в 2 раза; болезни крови и кроветворных органов — в З,9 раза; новообразования
1. Яницкий Е.Б. Геоэкологическая оценка и мониторинг антропогенного воздействия горной промышленности КМА с использованием ГИС (на примере Старооскольско-гуькинского района). // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук. Астрахань 2009 г.
2. Некрич А.С. Геоэкологическая оценка районов разработки железорудных месторождений Белгородской области. // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук. — М., 2008.
3. Ранцев Н.В., Ушаков А.С., Исмаилов Б.Т., Шинкарева С.В. Ресурсо-экологический подход к проблеме образования отходов на горнообогатительных комбинатах. // Каталог выставки WASMA-2005. — М., 2005.
— в 1,4 раза; болезни органов пищеварения — в 1,3 раза; болезни мочевой системы — в 1,7 раза; число врожденных аномалий увеличилось в 2,4 раза. Ухудшение медико-демографических показателей населения отмечается с 1986 г. С 1990 г, данное явление перешло в депопуляционный процесс и в 1999 г. убыль населения достигла рекордной за последние 20 лет цифры в 11,2 тыс. человек в год. Руководство области и промышленных предприятий ежегодно выделяют средства на защиту окружающей среды. Однако природоохранные мероприятия не улучшают кардинально экологическое состояние природной среды, т.к. до сих пор отсутствуют комплексные исследования причин прогрессирующего развития процессов деградации окружающей среды.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. Сотников В.И. Влияние рудных месторождений и их отработки на окружающую среду. // Соросовский Образовательный Журнал, № 5. — 1997.
5. Тарасенко И.А. Горнорудный техногенез.
6. Божедомова С.А. Экологическое воздействие горнодобывающей промышленности на окружающую среду Восточно-Казахстанской области Республики Казахстан. // Электронный научно-образовательный журнал «Полисфера» / НОМЕР №3.
7. http:// gorodbelgorod. narod. ru/kma.htm
8. http://gosnadzor.ru
9. http://ekoresurs.h1.ru
10. http://belg .gks.ru/ digital/region2/default. as px. Him
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -----------------------------------
Ушаков А.С. — аспирант,
Чмыхалова С.В. — кандидат технических наук, профессор, Московский государственный горный университет, Moscow State Mining University, Russia, ud@msmu.ru
