Подать статью
Стать рецензентом
Том 260
Страницы:
168-179
Скачать том:

Гидрогеоэкологические условия техногенных подземных вод в объектах размещения отходов

Авторы:
А. И. Семячков1
В. А. Почечун2
К. А. Семячков3
Об авторах
  • 1 — д-р геол.-минерал. наук руководитель центра Институт экономики Уральского отделения РАН ▪ Orcid
  • 2 — д-р геогр. наук заведующий лабораторией Институт экономики Уральского отделения РАН ▪ Orcid
  • 3 — канд. экон. наук старший научный сотрудник Институт экономики Уральского отделения РАН ▪ Orcid
Дата отправки:
2022-09-30
Дата принятия:
2023-02-13
Дата публикации онлайн:
2023-03-13
Дата публикации:
2023-04-25

Аннотация

Рассмотрены специфические гидрогеоэкологические условия водоносных горизонтов некоторых техногенных образований в основном железорудных скарново-магнетитовой и титано-магнетитовой формаций. Образующиеся отходы, которые складируются в объектах размещения отходов в процессе отработки месторождений, вследствие воздействия ряда факторов (природных и техногенных) формируют техногенные воды. Объекты размещения отходов – сложные инженерные сооружения (отвалы и шламохранилища), которые в свою очередь создают свои гидрогеоэкологические условия, которые необходимо исследовать в целях предотвращения и минимизации эколого-экономических ущерба, наносимого водной среде данными объектами. В работе представлены долговременные полевые и лабораторные исследования водной среды, находящейся под воздействием объекта размещения отходов на Среднем Урале – одного из крупнейших хвостохранилищ, представляющего потенциальную экологическую и техногенную опасность. Данное хвостохранилище содержит десятки тонн отходов – хвостов обогащения и создает специфические гидрогеоэкологические условия на территории. На основе многолетних мониторинговых исследований проведен анализ данных условий – оценено качество подземных вод, находящихся под воздействием хвостохранилища. Показано, что подземные воды имеют техногенный характер, т.е. являются техногенными водами, которые оказывают существенное воздействие на поверхностную и подземную гидросферы территории.

Ключевые слова:
гидрогеоэкологические условия объекты размещения отходов отвалы и хвостохранилища подземные воды поверхностные воды
10.31897/PMI.2023.24
Перейти к тому 260

Введение

При отработке месторождений образуются отходы, которые необходимо складировать в объекты размещения отходов (ОРО), представляющие собой технически сложные сооружения. Их можно разделить на объекты «сухого» складирования (различные отвалы) и объекты «мокрого» складирования (хвостохранилища). В результате воздействия природных и техногенных процессов (выпадения атмосферных осадков, конденсации, сброса технической воды) в ОРО формируются подземные воды в виде техногенных водоносных горизонтов.

Целью исследования является изучение условий формирования и разгрузки подземных вод в ОРО. При этом необходимо оценить факторы формирования объема и качество подземных вод в ОРО, а также их воздействие на поверхностную и подземную гидросферу.

Исследования проведены на Среднем Урале, где размещено более 10 млрд т отходов. ОРО помещены в специфические гидрологические и гидрогеологические условия в открытой структуре горно-складчатого Урала и в свою очередь создают специфические гидрогеоэкологические условия. Все это определяет необходимость изучения гидрогеоэкологических условий объектов размещения отходов, воздействие которых на водную среду нередко оценивается как катастрофическое [1-3].

Методы

В работе использованы гидрогеоэкологический анализ, геохимический и ретроспективный методы. Работа основана на большом количестве полевых наблюдений, которые авторы ведут на протяжении более 20 лет на объектах размещения отходов от предприятий горно-промышленного комплекса Среднего Урала. В работе проанализированы результаты собственных мониторинговых исследований компонентов окружающей среды – поверхностных и подземных вод, а также фондовые материалы.

В качестве примера исследовалось шламохранилище Качканарского ГОКа, химический состав его отходов, мг/дм3: Sс – 0,013; ТiО2 – 0,7; Y – 0,01; СаО – 19,2; ZnО2 – 0,1; SiO247,5; Fe – 6,3; MgO – 13,4. Для контроля качества подземных вод в районе воздействия хвостохранилища создана режимная сеть наблюдательных скважин, включающая 12 однотипных скважин, которые расположены на первом от поверхности водоносном горизонте подземных вод. Глубина скважин составила 21-47 м, диаметр 112-132 мм, с обсадкой трубами 127 мм верхней зоны глинисто-дресвяных образований и изоляцией затрубного пространства от попадания поверхностных талых и дождевых вод во вскрываемый водоносный горизонт трещинно-поровых подземных вод для предотвращения искажения результатов гидрохимического опробования подземных вод. Скважины расположены у подножья дамб шламохранилища за пределами выпусков фильтрата шламовой воды.

Основные принципы размещения скважин относительно границ хвостохранилища – доступность подхода к местам заложения, равномерность распределения по периметру хвостохранилища и соответствие направлению движения потоков подземных вод.

Воздействие выпусков с хвостохранилища на подземную гидросферу отражают три скважины. Пробы подземных и поверхностных вод отбирались ежеквартально по установленным методикам, анализировались в аккредитованных химических лабораториях. Всего было проанализировано более 200 проб.

Обсуждение результатов

Горно-склачатый Урал (Свердловская, Челябинская, Оренбургская области и Башкирия) отнесен к бассейну грунтовых вод зон трещиноватости в породах среднего и нижнего палеозоя [4-6]. Геологическое строение бассейна исключительно сложное. Длительное континентальное развитие привело к образованию относительно низкогорного рельефа с сохранившейся корой выветривания, выполняющей двоякую роль. Во-первых, остаточная кора замедляет инфильтрацию атмосферных осадков; во-вторых, способствует выравниванию инфильтрации. На участках развития глинистых кор отмечается кольматация трещин зоны выветривания. Поэтому большое значение придается линейным зонам повышенной трещиноватости, образовавшимся в постгерцинское и особенно в новейшее время.

С окончанием герцинской эпохи складчатости геологическое развитие региона не прекратилось, оно продолжилось в виде физического, химического выветривания и сводово-глыбовых поднятий с эрозионными процессами. В результате этого образовалась закономерная по вертикали система трещин различной интенсивности, формирующая зоны трещиноватости. Зоны образовались в разное время, но основой для возникновения каждой последующей, согласно принципу унаследованного развития, служила предыдущая. Хотя фильтрационные и емкостные свойства, химический состав вод, скорости движения и разгрузки зон трещиноватости различаются, они образуют один водоносный горизонт.

Рис.1. Схема размещения подземных вод в гидрогеологических массивах Урала Водоносные комплексы: I – рыхлые мезозойские и кайнозойские отложения; II – зоны региональной трещиноватости; III – зоны тектонических нарушений 1 – уровень подземных вод; 2 – зона аэрации и сезонных колебаний уровня подземных вод; 3 – подземные воды ОРО; 4 – тектонические нарушения; 5 – грунтовые воды аллювиальных отложений

Таким образом можно выделить две таксономические единицы или два водоносных комплекса. Один из комплексов сложен рыхлыми мезозойскими и кайнозойскими отложениями, а второй является единым водоносным комплексом зон трещиноватости пород от кембрия до девона (рис.1).

Мезозойские и кайнозойские образования аллювиального, элювиально-делювиального и техногенного генезиса содержат поровые воды. Все они формируют отдельные водоносные горизонты, которые различаются фильтрационными и емкостными свойствами, мощностью, составом отложений и условиями залегания.

Водоносный горизонт ОРО сформировался в связи с освоением многочисленных месторождений твердых полезных ископаемых Урала, неизбежно сопровождаемым выемкой из недр руд и пустых пород, складируемых в отвалы. Их дополняют шламы обогатительных фабрик и золы ТЭЦ, хвосты драг в долинах рек. Отвалы и шламохранилища имеют локальное распространение, но играют значительную роль в изменении природной обстановки в районе рудников, формируя техногенный ландшафт. Большие объемы и площади отвалов способствуют аккумуляции атмосферных осадков, талых снеговых вод, конденсации паров из воздуха [7-9].

Оценка факторов формирования объема подземных вод ОРО

Различаются сухие (например, отвалы забалансовых руд) и мокрые (хвосто- и шламохранилища) виды складирования отходов [10-12]. При сухом складировании техногенные воды формируются в основном под воздействием атмосферных осадков. При мокром складировании главную роль в период эксплуатации объекта играют производственные воды, а после прекращения его эксплуатации – атмосферные осадки [13-15]. Можно выделить три наиболее характерных варианта расположения ОРО на рельефе [16-18]:

  • на водоразделе – при сухом складировании техногенные воды формируются только под воздействием атмосферных осадков, а при мокром – производственных вод (Салдинское шламохранилище);
  • на склоне – в формировании химического состава техногенных вод участвует плоскостной сток, затекающий по рельефу в отвал (Тонский отвал ВГОК);
  • в русловой части временных или постоянных водотоков в формировании техногенных вод участвуют поверхностные воды (Черемшанское шламохранилище, отвал мартеновских шлаков ОАО «НТМК»).

Важнейшими гидрометеорологическими факторами являются количество выпадающих атмосферных осадков, их средняя интенсивность, продолжительность, химический состав и рН. Морфометрические параметры ОРО могут оказывать большое влияние на расход подземных вод. Так, при сухом складировании определяющим фактором является мощность ОРО – чем она больше, тем продолжительнее контакт атмосферных вод с отвалом и тем выше объем подземных вод. При этом значимыми характеристиками могут быть длина и ширина ОРО [19].

На Гороблагодатском месторождении подземные воды техногенных отложений имеют широкое площадное развитие вокруг действующих шахт и карьера рудника. Определенную роль в изменении природной обстановки района месторождения играют отвалы пустых пород и шламохранилища, занимающие огромные площади (отвал 6 – 1120000 м2, отвалы 13, 14, 15 – 2250000 м2, Половинкинское шламохранилище – 2,3 млн м2). Большие площади отвалов и их высота способствуют аккумуляции жидких атмосферных осадков, талых снеговых вод, конденсации влаги воздуха и постепенному их расходованию, которое проявляется в виде мочажин, постоянно и временно действующих источников, в подпитывании небольших водоемов.

Инфильтрация атмосферных осадков, снеготаяние, подпитывание за счет поверхностного стока, конденсация влаги воздуха ведет к накоплению вод под отвалом № 6 и внезапному прорыву их на поверхность. Непосредственно в районе прорыва водосборная площадь отвала № 6 составляет 524 тыс. м2, объем 17,5 млн м3. В зависимости от количества атмосферных осадков и конденсации влаги воздуха прорывы могут происходить как ежегодно, так и с перерывом до двух лет. Прорывы в летнее время (начиная со второй половины лета) характеризуются внезапностью, и в случае их ежегодных проявлений дебит доходит до 60-70 м3/ч, продолжительность излива 15-20 сут. Общие запасы изливающихся за это время вод составляют 21-25 тыс. м3. В случаях накопления вод в течение двух лет прорывы также происходят внезапно, но дебит существенно увеличивается, составляя примерно 300 м3/ч при общей продолжительности излива до 95 сут.

В зимнее время поступление вод происходит в начальный момент медленно с образованием наледи, которая по мере роста продвигается в сторону поселка Благодать. Постепенное продвижение вод приводит к затоплению подвалов домов, наледью перекрывается дорога на дробильно-обогатительную фабрику № 3. Высота наледи достигает 0,5-3,0 м, площадь примерно 70 тыс. м2. Только с увеличением дебита прорыва вода прокладывает себе путь, и по канаве происходит сравнительное быстрая разгрузка накопившихся под отвалом вод. Общий объем вод при условии накопления несколько лет значительный – до 500-600 тыс. м3 (рис.2).

Рис.2. Схема расположения наледи от подземных вод из ОРО на Гороблагодатском месторождении

Накопление большой массы воды и внезапный прорыв объясняются тем, что отвал сложен неоднородными по размеру частицами – глиной, древесиной, щебнем и глыбами. Холодный воздух зимой, теплый – летом проветривает отвал, неся по сезону тепло или холод. Зимой в краевых частях отвал промораживается, внутренние части в силу большой мощности остаются непромороженными. Конденсация влаги воздуха происходит и в теплый, и в холодный периоды с образованием каменно-ледяной линзы на границе талой и мерзлой частей отвала. Накопление вод происходит как в форме льда, так и в жидком виде. Удерживается она как плотиной, каменно-ледяной линзой, а в краевых ее частях – прослоями глин, создающих условия для накопления. С накоплением вод до критического уровня происходит протаивание линзы и внезапный прорыв, обычно в ноябре-декабре. Прорывы происходят постоянно на протяжении 50 лет.

На Естюнинском месторождении постоянный родник зафиксирован у подножия северного отвала. В то же время существовала скрытая разгрузка вод техногенных отложений в подземные выработки, которая стала явной после возникновения оползневого цирка на участке обрушения пород. Отвалы располагаются на поверхности относительно ровных участков местности, примыкают к склонам гор и находятся всегда выше уровня грунтовых вод. Мощность и площади подстилающих глинистых отложений таковы, что позволяют удерживать воду круглый год, поэтому такие водоносные горизонты можно считать постоянно действующими.

Шламохранилища занимают пониженные участки рельефа, например, в долинах рек, в отработанных карьерах, где кроме воды, участвующей в транспортировке шламов, происходит подпитка грунтовыми водами [20-23]. Подобные водоносные горизонты сформировались на Гусевогорском месторождении титаномагнетитов (хвостохранилище), на Черемшанском шламохранилище Высокогорского месторождения, на Половинкинском и Салдинском шламохранилищах Гороблагодатского рудного поля. Под шламохранилищами произошло поднятие уровня подземных вод на 15-20 м с образованием куполов растекания, в основании плотин сформировались родники.

Геолого-технический разрез по скважине наблюдательной сети: техногенные отложения tQ (глубина залегания 0-3 м, мощность слоя 3 м); суглинок делювиальный Q (глубина залегания 3-3,9 м, мощность слоя 0,9 м); суглинок элювиальный светло-желтый плотный Q (глубина залегания 3,9-8 м, мощность слоя 4,1 м); габбро S1I1-2 (глубина залегания 8-27 м, мощность слоя 19 м); диаметр бурения 127-132 мм, глубина обсадки 110 мм; глубина бурения 6,7 м; уровень воды – появление 12 м, установившийся 12 м.

Оценка формирования качества подземных вод в ОРО

Формирование состава подземных вод при их взаимодействии с твердыми фазами ОРО происходит в результате выщелачивания [24] – избирательного растворения жидкостью одного или нескольких компонентов твердой фазы. Растворение происходит до тех пор, пока химические потенциалы растворяющегося компонента в жидкой и твердой фазах не сравняются. Достигаемая при этом предельная концентрация компонента Сн соответствует состоянию насыщенного раствора и называется растворимостью, величина которой зависит от многих факторов. Поэтому при изучении закономерностей взаимодействия в системе вода – порода большое значение имеют методы натурного моделирования.

Для прогнозирования выноса компонентов из твердой фазы ОРО в жидкую необходимо определить следующие параметры: константу скорости выщелачивания, сут–1; начальный удельный объем вещества, д.ед.; скорость фильтрации или инфильтрации, дм/сут; плотность вещества, г/дм3; концентрацию насыщенного раствора, г/дм3.

Для определения константы скорости выщелачивания на специальном стенде проводится фильтрационный опыт. Навеска опытного материала объемом 500 мл помещается в фильтрационную колонку, и через нее фильтруется дистиллированная вода с рН, соответствующим рН осадков или фильтрационных вод данного района. Скорость фильтрации должна быть приближена к реальной обстановке. С момента поступления фильтрата начинается отсчет времени и ведется отбор проб.

Исследование выноса загрязняющих веществ из шламов и шлаков показало, что шлаки, имею-щие более высокое содержание металлов, более грубодисперсный состав и вследствие этого меньшую площадь контакта твердой и жидкой фаз, обладают более низкой способностью к выщелачиванию [25-27]. Авторами рассчитано время полного выщелачивания металлов в рассматриваемых отходах. Этот период учитывает время контакта водной и твердой фаз. Для отходов сухого складирования при средней продолжительности осадков около восьми часов и среднего периода без осадков 40 дней общая продолжительность контакта осадков и твердой фазы составит около одних суток в год. С учетом этого время полного выщелачивания атмосферными осадками металлов из шламов составит сотни, а из шлаков – тысячи лет [28-30].

При обследовании территории хвостохранилища в Качканаре, проведенном в разные сезоны, выявлены семь источников формирования разгрузки подземных вод (табл.1). Таким образом, общий разрешенный расход сточных водв результате разгрузки подземных вод с территории хвостохранилища составляет 30796,0 тыс. м3/год. Со сточными водами в водные объекты поступают взвешенные вещества, сульфаты, соединения азота, железо, ванадий, медь, нефтепродукты. Основным экологически опасным компонентом в шламовом водообороте является поставляемый карьерными водами нитрат-ион [31].

Оценка воздействия подземных вод в ОРО на поверхностную и подземную гидросферу

Проведем анализ воздействия на поверхностные и подземные воды одного из крупнейших хвостохранилищ Среднего Урала, являющегося объектом размещения отходов – хвостов обогащения титаномагнетитовых руд Гусевогорского месторождения. Площадь хвостохранилища составляет 19,75 км2. В состав хвостохранилища входят дамбы: № 1 (насыпная с максимальной высотой 82,5 м), № 2 (насыпная с максимальной высотой дамбы – 61,5 м) и восточная (намывная высотой 79 м). Фильтрационными водами дамб формируются три выпуска сточных вод, которые попадают в р. Выя. Сравнение объемов фактического сброса сточных вод с хвостохранилища в реку с разрешенными значениями в динамике последних лет приведено в табл.2.

Таблица 1

Показатели разгрузки подземных вод хвостохранилища в Качканаре

Источник выделения загрязняющих веществ

Загрязняющее вещество

Объем сброса сточных вод

тыс. м3/год

мг/дм3

т/год

Рогалевский отсек

Фильтрация через дамбу № 3
(выпуск № 4)

 

Взвешенные вещества

1361,0

4,0

5,444

Сухой остаток

387,0

526,707

БПК20

2,5

3,403

БПК5

1,9

2,586

Сульфаты

54,0

73,494

Нитрат-ион

45,0

61,245

Нитрит-ион

0,18

0,245

Азот аммонийный

0,1

0,136

Железо

0,34

0,463

Ванадий

0,01

0,014

Медь

0,0126

0,017

Нефтепродукты

0,11

0,150

Фильтрация через дамбу № 4
(выпуск № 10)

Взвешенные вещества

1499,0

3,75

5,621

Сухой остаток

385,0

577,115

БПК20

5,3

7,945

БПК5

3,5

5,247

Сульфаты

53,0

79,447

Нитрат-ион

45,0

67,455

Нитрит-ион

0,19

0,285

Азот аммонийный

0,1

0,150

Железо

0,3

0,450

Ванадий

0,003

0,004

Медь

0,0089

0,013

Нефтепродукты

0,11

0,165

Итого по Рогалевскому отсеку 2860,0 тыс. м3/год

Промежуточный отсек

Фильтрация через дамбу № 1
(выпуск № 2)

Взвешенные вещества

521,0

4,0

2,084

Сухой остаток

393,0

204,753

БПК20

3,0

1,563

БПК5

2,0

1,042

Сульфаты

56,0

29,176

Нитрат-ион

40,0

20,840

Нитрит-ион

0,08

0,042

Азот аммонийный

0,39

0,203

Железо

0,21

0,109

Ванадий

0,002

0,001

Медь

0,001

0,001

Нефтепродукты

0,05

0,026

Фильтрация через дамбу № 2
(выпуск № 3)

Взвешенные вещества

3632,0

2,75

9,988

Сухой остаток

384,0

1394,688

БПК20

2,9

10,533

БПК5

2,0

7,264

Сульфаты

51,0

185,232

Нитрат-ион

45,0

163,440

Нитрит-ион

0,13

0,472

Азот аммонийный

0,1

0,363

Железо

0,34

1,235

Ванадий

0,01

0,036

Медь

0,0126

0,046

Нефтепродукты

0,19

0,690

Фильтрация через восточную дамбу
(выпуск № 9)

Взвешенные вещества

3095,0

2,78

8,604

Сухой остаток

388,0

1200,860

БПК20

2,7

8,357

БПК5

1,8

5,571

Сульфаты

53,0

164,035

Нитрат-ион

45,0

139,275

Нитрит-ион

0,2

0,619

Азот аммонийный

0,1

0,310

Железо

0,34

1,052

Ванадий

0,003

0,009

Медь

0,0094

0,029

Нефтепродукты

0,11

0,340

Итого по Промежуточному отсеку 7248,0 тыс. м3/год

 

Выйский отсек

Сифонный выпуск с хвостохранилища в р. Выя
(выпуск № 1)

Взвешенные вещества

20688,0

9,0

186,192

Сухой остаток

304,0

6289,152

БПК20

3,0

62,064

БПК5

2,0

41,376

Сульфаты

56,0

1158,528

Нитрат-ион

40,0

827,520

Нитрит-ион

0,08

1,655

Азот аммонийный

0,39

8,068

Железо

0,21

4,344

Ванадий

0,002

0,041

Медь

0,001

0,021

Нефтепродукты

0,05

1,034

Итого по Выйскому отсеку 20688,0 тыс. м3/год

 

Таблица 2

Динамика объемов фактического сброса сточных вод с хвостохранилища в р. Выя и их сравнение с разрешенными значениями

Наименование
выпуска сточных вод

Сброс сточных вод, тыс. м3

Кратность превышения
фактического сброса
величины НДС

Фактический

Нормативно-
допустимый (НДС)

2018

Дамба № 1

60

132

Дамба № 2

3940

3750

1,1

Восточная дамба

1130

1910

2019

Дамба № 1

521,0

120,0

4,3

Дамба № 2

3632,0

5100,0

Восточная дамба

2090,0

2890,0

2020

Дамба № 1

429,7

521,0

Дамба № 2

4049,6

3632,0

1,1

Восточная дамба

3201,5

2090,0

1,5

Как видно из табл.2, по всем выпускам за рассматриваемый отрезок времени отмечаются резкие колебания объемов с периодическим превышением допустимого сброса. Рост объема сточных вод объясняется ростом тела дамбы из-за ее намыва, уменьшение объема происходит из-за увеличения тела дамбы вследствие пригрузки низовых откосов скальной породой.

Концентрации химических элементов и веществ в выпусках показывают, что существуют превышения над разрешенным сбросом по ряду показателей:

  • В выпуске № 1: сухой остаток – до 1,1 раза (1 год из 5); БПК20 – до 1,2 раза (1 из 5); сульфаты – до 1,1 раза (1 из 5); нитрат-ион – до 2,1 раза (5 из 5); нитрит-ион – до 2,5 раза (1 из 5); железо – до 2,1 раза (2 из 5); ванадий – до 1,7 раза (1 из 5); медь – до 3,0 раза (2 из 5).
  • В выпуске № 2: сухой остаток – до 1,1 раза (1 год из 5); сульфаты – до 1,3 раза (1 из 5); нитрат-ион – до 1,8 раза (4 из 5); нитрит-ион – до 2,6 раза (2 из 5); железо – до 1,3 раза (1 из 5); ванадий – до 1,4 раза (1 из 5); медь – до 2,0 раза (1 из 5); нефтепродукты – до 2,2 раза (3 из 5).
  • Фильтрация через восточную дамбу: сухой остаток – до 1,1 раза (1 год из 5); сульфаты – до 1,4 раза (1 из 5); нитрат-ион – до 1,8 раза (5 из 5); нитрит-ион – до 4,0 раза (3 из 5); железо – до 1,4 раза (1 из 5); медь – до 3,0 раза (1 из 5); нефтепродукты – до 2,2 раза (2 из 5).

При ведении горных работ применяются взрывчатые вещества, содержащие в больших концентрациях нитраты, которые также являются характерным загрязняющим веществом и имеют значительные превышения. Для взрывов используется аммиачная селитра с содержанием азота до 30 %. Ежегодно предприятием затрачиваются тысячи тонн взрывчатых веществ, и, соответственно, в окружающую среду поступают тысячи тонн азота.

Таблица 3

Результаты контроля природных вод р. Выя

Показатели состава

ПДКр/х* для водных
объектов, мг/дм3

Фоновые
концентрации, мг/дм3

Содержание загрязняющих веществ
в контрольном створе
(после всех выпусков), мг/дм3

Взвешенные вещества

+0,75 к фону

3,0

3,0

Сухой остаток

67,7

315,0

БПК20

3,0

5,0

4,98

Сульфаты

100

4,90

45,0

Азот нитратов (нитрат-ион)

9,1

0,99

94,0

Нитрит ион

0,02

0,03

0,055

Ванадий

0,001

0,0015

0,0037

Медь

0,001

0,002

0,0029

* В качестве критерия степени загрязнения подземных вод принято значение предельно допустимой концентрации для рыбохозяйственных водоемов (ПДКр/х), в связи с тем, что подземные воды в районе хвостохранилища участвуют в питании поверхностных водоемов и водотоков, имеющих рыбохозяйственную ценность.

Таблица 4

Результаты опробования подземных вод в районе хвостохранилища

Наименование
показателя

ПДКр/х, мг/дм3

2018

2019

2020

Содержание
компонентов, мг/м3

Кратность ПДК

Содержание компонентов, мг/м3

Кратность ПДК

Содержание компонентов, мг/м3

Кратность
ПДК

Скважина 9

Сульфаты

100

49,3

33,4

37,9

Хлориды

300

26,0

4,86

10,2

Нитраты

40

3,03

2,77

0,43

Марганец

0,01

1,27

127

0,096

9,6

0,154

15,4

Медь

0,01

0,009

0,014

1,4

0,003

Железо

0,1

0,466

4,66

0,3

3

3,18

31,8

Цинк

0,01

0,012

1,2

0,014

1,4

0,031

3,1

Ванадий

0,001

0,0664

66,4

0,027

27

0,009

9

Сухой остаток

1000

232,0

53,0

172,3

Взвешенные вещества

3,25

0,3

581,6

179

812,3

250

Скважина 10

Сульфаты

100

98,1

Хлориды

300

5,2

Нитраты

40

3,4

Марганец

0,01

4,0

400

Медь

0,01

0,031

3,1

Железо

0,1

0,326

3,26

Цинк

0,01

0,034

3,4

Ванадий

0,001

0,0328

32,8

Сухой остаток

1000

348,0

Взвешенные вещества

3,25

2,58

Скважина 11

Сульфаты

100

71,3

79,3

96,6

Хлориды

300

3,47

8,1

12,2

Нитраты

40

1,6

2,34

1,17

Марганец

0,01

0,126

12,6

0,058

5,8

0,116

11,6

Медь

0,01

0,022

2,2

0,007

0,003

Железо

0,1

0,217

2,17

2,83

28,3

1,13

11,3

Цинк

0,01

0,006

0,034

3,4

0,009

-

Ванадий

0,001

0,0177

17,7

0,015

15

0,036

36

Сухой остаток

1000

176,0

101,0

302,0

Взвешенные вещества

3,25

18,98

5,8

545,6

168

812,3

250

 

Примечание. В качестве критерия степени загрязнения подземных вод предлагается принять фоновую скважину 4-н, в связи с тем, что некоторые загрязняющие вещества (например, медь, марганец, ванадий, железо) являются характерными для района, что связано с многочисленными рудными залежами на рассматриваемой территории и большим количеством действующих и выведенных из эксплуатации горных выработок различной глубины и площади, а также накопителей отходов, выпусков сточных вод промышленных предприятий.

Рис.3. Расположение пунктов наблюдений в сети мониторинга

Объективными показателями уровня негативного воздействия техногенного объекта на водоток являются фоновые значения контролируемых в стоках загрязняющих веществ и результаты анализов в контрольном створе после всех выпусков [32-34]. Для определения фоновых концентраций веществ в реки принят створ, расположенный выше выпусков сточных вод. Контроль за состоянием р. Выя после сбросов сточных вод от всех выпусков осуществляется предприятием в контрольном створе, расположенном ниже выпусков. Среднегодовые результаты контроля за природными водами реки приведены в табл.3.

Анализ табл.3 показывает, что по сравнению с фоновыми значениями концентраций химических веществ в р. Выя в контрольном створе увеличивается содержание следующих загрязняющих веществ: сухого остатка – на 246,4 мг/л (в 4,7 раза, без превышения значения ПДКр/х); сульфатов – на 40,13 мг/л (в 9,2 раза, без превышения ПДКр/х); азота нитратов – на 92,5 мг/л (в 93,5 раза); нитрит-иона – на 0,05 мг/л (в 2,5 раза); ванадия – на 0,0022 мг/л (в 2,57 раза); меди – на 0,0008 мг/л (в 1,4 раза).

Механизм воздействия хвостохранилища на состояние подземных вод заключается в утечках шламовых вод через дамбу № 1 (выпуск сточных вод № 2), дамбу № 2 и восточную дамбу (выпуски № 3 и 9) в долине р. Выя, где намечается зона техногенного воздействия на состояние подземной гидросферы.

Исследование подземных вод в районе хвостохранилища осуществляется на специально созданной для этих целей сети наблюдательных скважин (рис.3) [35]. Воздействие хвостохранилища на подземные воды характеризуется содержанием загрязняющих веществ в скважинах 9, 10 и 11 наблюдательной сети [35]. Опробование данных скважин проводилось ежеквартально. Результаты опробования представлены в табл.4.

Результаты исследований подземных вод горизонта региональной трещиноватости, отобранных в районе хвостохранилища, указывают на существенное загрязнение подземных вод по следующим показателям: марганец (до 400 ПДК), железо (до 67 ПДК), цинк (до 4 ПДК), ванадий
(до 67 ПДК), взвешенные вещества (до 250 ПДК).

Заключение

В гидрогеологии, как одном из разделов наук о Земле, накоплен большой материал для формирования нового научного направления о подземных водах в объектах размещения отходов. Установлено, что гидрогеэкологические условия подземных вод в объектах размещения отходов зачастую являются сложными по условиям формирования расходов и качеству подземных вод. Определены факторы формирования подземных вод в ОРО, которые связаны с условиями размещения и морфометрическими параметрами, гранулометрическим и химическим составом отходов.

На примере одного из ОРО Среднего Урала показано, что подземные воды объектов размещения отходов оказывают значительное негативное воздействие на поверхностную и подземную гидросферу. Поэтому необходимо планомерное изучение гидрогеологических условий подземных вод ОРО как на стадии эксплуатации, так и в период консервации отходов.

Литература

  1. Коновалов В.Е. Реабилитация горнопромышленных ландшафтов // Экологическая и техносферная безопасность горнопромышленных регионов: Труды VI Международной научно-практической конференции 10 апреля 2018 / Отв. ред. А.И.Семячков. Екатеринбург: Институт экономики УрО РАН, Уральский государственный горный университет, 2018. С. 89-95.
  2. Семячков А.И., Почечун В.А., Коновалов В.Е., Ганин Е.В. Экологическая концепция реабилитации горнопромышленных ландшафтов // Екатеринбург: Институт экономики УрО РАН, 2020. 190 с.
  3. Максимович Н.Г., Пьянков С.В. Кизеловский угольный бассейн: экологические проблемы и пути решения. Пермь: Пермский государственный национальный исследовательский университет, 2018. 288 с.
  4. Danilov A., Smirnov Y., Korelskiy D. Effective methods for reclamation of area sources of dust emission // Journal of Ecolo-gical Engineering. 2017. Vol. 18. Iss. 5. P. 1-7. DOI: 10.12911/22998993/74947
  5. Strizhenok A.V., Korelskiy D.S. Improvement of the system of industrial environmental monitoring of atmospheric air in the area of anthropogenic arrays impact // Journal of Physics: Conference Series. Vol.1384 (1). № 012052. DOI: 10.1088/1742-6596/1384/1/012052
  6. Семячков А.И., Славиковская Ю.О., Почечун В.А. Методологические особенности оценки экономического ущерба от неблагоприятных экологических последствий в условиях территорий с развитым горнопромышленным комплексом // Экология и промышленность России. 2018. Т. 22. № 4. С. 46-51.
  7. Стратегические направления и приоритеты регионального развития в условиях глобальных вызовов / Под общ. ред. Ю.Г.Лавриковой, Е.Л. Андреевой. Екатеринбург: УрО РАН, 2019. 504 с. DOI: 10.17059/1_2019
  8. Антонинова Н.Ю., Рыбникова Л.С., Славиковская Ю.О., Шубина Л.А. Эколого-экономические аспекты выбора направлений реабилитации территорий размещения промышленных отходов горно-металлургического комплекса // Горная промышленность. 2022. № S С. 71-77. DOI: 10.30686/1609-9192-2022-1S-71-77
  9. Ляшенко В.И., Воробьев А.Е., Хоменко О.Е., Дудар Т.В. Развитие технологий и технических средств для снижения воздействия на окружающую среду в зоне влияния хвостохранилища // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И.Носова. 2022. Т. 20. № 1. С. 25-41. DOI: 10.18503/1995-2732-2022-20-1-25-41
  10. Плохов А.С., Харько П.А., Пашкевич М.А. Исследование влияния хвостового хозяйства медно-колчеданного месторождения на поверхностные воды // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2021. № 4. С. 57-68. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_4_0_57
  11. Хансиварова Н.М. Оценка механической устойчивости и защищенности подземных вод на территориях распространения дисперсных просадочных грунтов // Естественные и технические науки. 2021. № 10 (161). С. 120-125. DOI: 10.25633/ETN.2021.10.06
  12. Ковригин А.А., Слесарев М.Ю. Модель изменения гидротехнических характеристик территории полигона твердых промышленных и бытовых отходов // Вестник Московского государственного строительного университета. 2021. Т. 16. № 6. С. 770-780. DOI: 10.22227/1997-0935.2021.6.770-780
  13. Лямин И.А., Рузманов Р.Ю. Оценка защищенности подземных вод на территории размещения отходов горнодобывающего предприятия // Вестник Пермского университета. Геология. 2020. Т. 19. № 3. С. 241-246. DOI: 10.17072/psu.geol.19.3.241
  14. Баев О.А., Сильченко В.Ф. Анализ воздействия накопителей на поверхностные и подземные воды (обзор) // Экология и водное хозяйство. 2020. № 4 (7). С. 100-113. DOI: 10.31774/2658-7890-2020-4-100-113
  15. Рыбникова Л.С., Рыбников П.А. Физико-химическая модель формирования подземных вод в районах затопленных медноколчеданных рудников Урала // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2019. № S37. С. 584-595. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-11-37-584-595
  16. Сабуров Х.М., Мурадов Б.З., Мухамедгалиев Б.А. Загрязнение окружающей природной среды отходами производства // Булатовские чтения. 2019. Т. 4. С. 110-111.
  17. Коновалов В.Е., Германович Ю.Г. Миграция вещества при добыче полезных ископаемых и их первичной переработке // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2018. № 2. С. 30-39. DOI: 10.21440/0536-1028-2018-2-30-39
  18. Хайрулина Е.А. Воздействие фильтрационных вод шламохранилища с солесодержащими отходами на поверхностные и подземные воды // Географический вестник. 2018. № 2 (45). С. 145-155. DOI: 10.17072/2079-7877-2018-2-145-155
  19. Гюльмамедов Ч.Д. Влияние техногенной деятельности человека на гидрогеологические условия // Наука и мир. 2020. № 2-1 (78). С. 15-19.
  20. Кузнецов Ю.С., Чапля Б.Ю., Хафизов А.Р., Шульгина А.П. Экологические аспекты проблемы складирования жидких отходов многотоннажных производств в подземных хранилищах // Нефтегазовое дело. 2019. Т. 17. № 3. С. 56-61. DOI: 10.17122/ngdelo-2019-3-56-61
  21. Клёцкина О.В., Ощепкова А.З. Методический подход к обоснованию критериев допустимого воздействия объекта размещения отходов на подземные воды с использованием гидрогеологического моделирования // Геология и полезные ископаемые Западного Урала. 2019. № 2 (39). С. 337-342.
  22. Пичура В.И., Скок С.В. Влияние урбосистем на гидрогеологические и гидрохимические условия водоносных горизонтов // Вiсник Національного університету біоресурсів і природокористування України. 2019. № 6 (82). С. 1-16. DOI: 10.31548/dopovidi2019.06.001
  23. Simion A.F., Drebenstedt C., Lazar M. The Influence of Tailings Storage Facilities in the Eastern Part of Jiu Valley on the Water Quality // Горная наука и техника. Т. 4. № 4. С. 292-301. DOI: 10.17073/2500-0632-2019-4-292-301
  24. Харлямов Д.А., Смирнова Н.Н., Шарафутдинов Р.Н., Маврин Г.В. Оценка качества подземных вод территорий с разной антропогенно-техногенной нагрузкой // Международный научно-исследовательский журнал. 2022. № 2-2 (116). С. 28- DOI: 10.23670/IRJ.2022.116.2.036
  25. Трофимова Ю.В., Расторгуев А.В. Оценка полигона твердых промышленных и бытовых отходов как источника загрязнения подземных вод // Инженерные изыскания. 2019. Т. 13. № 3. С. 28-39. DOI: 10.25296/1997-8650-2019-13-3-28-38
  26. Дегтярь М.В., Галкина Е.П. Экологический мониторинг состояния окружающей среды объектов захоронения отходов // Наукові нотатки. 2019. № 65. С. 55-60.
  27. Фисун Н.В. Экологический потенциал эколого-гидрогеологических систем в зоне влияния кучинского полигона твёрдых бытовых отходов (Московская область) // Известия высших учебных заведений. Геология и разведка. 2018. № 3. С. 58-64.
  28. Понамарев Ю.Ю., Хазипова В.В. Мониторинг подземных и поверхностных вод в зоне влияния полигона промышленных отходов // Пожарная и техносферная безопасность: проблемы и пути совершенствования. 2018. № 1 (1). С. 143-146.
  29. Колесникова Л.А., Ковальчук Т.В. Проблемы и перспективы экологической безопасности горнодобывающих регионов // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2021. № 2-1. С. 275-286. DOI: 10.25018/0236-1493-2021-21-0-275-286
  30. Шепелев И.И., Еськова Е.Н., Пиляева О.В. и др. Сохранение экологической стабильности управляемой природно-технической системы под влиянием антропогенных факторов // Проблемы региональной экологии. 2021. № 1. С. 76-82. DOI: 10.24412/1728-323X-2021-1-76-82
  31. Мусихина Т.А., Юрлов А.А., Земцова Е.А., Филатов В.Ю. Комплексная оценка токсичности речных и сточных вод, формируемых на загрязненной промышленными отходами территории // Теоретическая и прикладная экология. 2021. № 4. С. 133-139. DOI: 10.25750/1995-4301-2021-4-133-139
  32. Ляшенко В.И., Голик В.И., Дятчин В.З. Повышение экологической безопасности при снижении техногенной нагрузки в горнодобывающих регионах // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2020. Т. 63. № 7. С. 529-538. DOI: 10.17073/0368-0797-2020-7-529-538
  33. Ахмадиев А.К., Экзарьян В.Н. Реабилитация природной среды – структурный элемент экологической безопасности // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2020. № 2. С. 112-120. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-2-0-112-120
  34. Глухов В.В., Мовчан К.С. Экономическая оценка технологии переработки отходов с учетом воздействия на окружаю-щую среду // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Экономические науки. 2019. Т. 12. № 1. С. 159-167. DOI: 10.18721/JE.12113
  35. Тагильцев С.Н., Чередниченко А.В., Мельник В.В. Комплексирование методов гидрогеомеханики, электроразведки и биолокации для выбора мест заложения гидрогеологических скважин // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2020. № 3-1. С. 236-246. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-31-0-236-246

Похожие статьи

Эффективность рекультивации кислых сульфатных почв в районах угледобычи
2023 Н. В. Митракова, Е. А. Хайрулина, С. М. Блинов, А. А. Перевощикова
Применение модели UNIFAC в расчете физико-химических свойств экотоксикантов для технологических и экоаналитических целей
2023 В. Г. Поваров, И. И. Ефимов
Уран в антропогенных карбонатах на территории Уфы
2023 И. М. Фархутдинов, Р. Р. Хайруллин, Б. Р. Соктоев, А. Н. Злобина, Е. И. Чесалова, А. М. Фархутдинов, А. В. Ткачев
Использование глиносодержащих отходов в качестве пуццолановых добавок
2023 А. М. Герасимов, И. Д. Устинов, О. В. Зырянова
Экологическая безопасность и устойчивое развитие
2023 М. А. Пашкевич, А. С. Данилов
Формирование экологического ущерба при складировании сульфидсодержащих отходов обогащения полезных ископаемых
2023 М. А. Пашкевич, А. В. Алексеенко, Р. Р. Нуреев