Одним из наиболее опасны х ис точников загрязнения природной сре ды являю тся аэроте хноген ные выбросы объем которых превышае т 200 тыс. тонн в го д [1]. В результа те формируются потоки загрязненно го атмосферного возду ха.

Наиболее остро э то проблема стоит в районе металлургических комбинатов и их агломерациях, где в результа те мощного те хно генного загрязнения формируются урбогеохимические аномалии с высоким накоплением в экосистема х тяжелы х мета ллов и ме таллоидов.

Поступающие    в    окружающую    среду    выбросы    оказывают    влияние    на    основные    элементы гидрогеоло гического цикла , что с казывае тся на гидро химическом составе природны х вод.

В результате деятельнос ти медеплавильного комбината, ЗАО «КарабашМедь», наносится большой урон окружающей среде и в частности повер хностным водото кам. При выплавки, элементы, на хо дящиеся в виде изоморфных примесей в концентра те пере хо дят в газообразное состояние и пос тупают в а тмосферу. Аэрозольные частицы оседаю т на приле гающий горный ландшафт. При выпа дении обильного количес тва оса дков и таянии снега образуется сток, несущий в себе к подножью горного массива часть элементов аэро промвыбросов и тем самым обуславливае т изменение  природного химического состава водны х объектов.

Целью работы являе тся теоретическое обоснование и разработка сооружений и методов снижения загрязнения водны х объектов о т повер хнос тного с тока с территорий п о дверженны х воздейс твию аэротехногенны х выбросов.

Для пос тавленной це ли реша лись с ледующие за дачи:

1.              Опреде лить фазовый и химический состав аэрозольны х частиц осевших на сне г.

2.              Иссле дова ть уровень содержания тяжелы х ме таллов в снежном покрове и во дны х объекта х.

3.              Изучить по снеговому покрову специфику а тмосферных за грязнений территории.

4.              Выявить связи между за грязнением снегового покрова и во дны х объектов.

5.              Разработать систему защитны х сооружений.

Объектами исследования являю тся: 1) Повер хнос тный сто к с территорий подверженны х аэроте хногенному загрязнению. 2) Атмосферные осадки в виде снега , формирующие поверхностный с ток. 3) Сис тема водны х объектов долины, в ко торой располагается ГОК.

Методы иссле дования:

1.              Фазовый и  химический соста в аэрозольны х частиц – рентгеноспектра льный ф луоресцентный анализ.

2.              Химический соста в снега и повер хностны х во д – а томно-адсорбционный метод.

С э кологической точки зрения наибольший интерес пре дста вляе т  анализ содержания за грязняющих веществ в снежном покрове, в котором, как правило , содержится большая часть тяже лы х ме таллов те хногенно го происхождения, выбрасываемы х в слаборастворимой форме [3].

По данным И.В. Ле тенковой и др.  (2014),   за грязнение сне жного покрова проис ходит в 2 этапа . Во –первых, э то за грязнение сне жинок во время их образования. Во – вторы х, проис ходит загрязнение уже выпавше го снега в резу льтате су хого выпа дения за грязняющих веществ из а тмосферы. Концентрация примесей в сне гу отражает их концентрацию в а тмосфере и указывает на ис точник и ме ханизм образования аэроз олей вблизи места отбора проб [2].

Для определения фазового и химического состава аэрозольны х частиц были отобраны образцы снега, с западного склона массива Лысая гора, состоящего из цепочек соединенны х гор с максимальными высотами до 587 ме тров, протянув шегося с се вера на юг на 12 км., при ширине 2.5 км.,

Отобранные  пробы снега рас тапливались в естес твенны х ус ловиях, пос ле чего суспензия фильтровалась для отде ления твер ды х аэрозольны х час тиц, которые в да льнейшем анализировались ме тодом рентгеноспектрального флуоресцентного ана лиза (Табл. 1).

   Таблица 1

Химический соста в сажис ты х частиц в сне жном покрове

Элемент	Содержание		ПД Кв
	%	ppm
Fe	21.44100	214410.00	0.30
Co	0.005839	58.39	0.10
Ni	0.010000	100.00	0.02
Zn	1.451700	14579.00	1.00
Ga	0.010000	100.00	Не установлено
As	0.966500	9695.00	0.01
Sr	0.003880	38.80	7.00
Y	0.011850	118.50	Не установлено
Zr	0.000462	4.62	Не установлено
Na	0.340000	3400.00	200.00
Mg	0.020000	200.00	50.00
Al	2.420000	24200.00	0.20
Si	8.994000	89940.00	10.00
P	0.070000	700.00	0.0001
S	0.886300	8863.00	Не установлено
K	0.076300	763.00	12.00
Ca	1.503500	15035.00	100.00
Ba	0.007980	79.80	0.70
Ti	0.080400	8.04	0.10
V	0.004570	45.70	0.10
Cr	0.056800	568.00	0.05
Pb	0.013803	138.03	0.01

 

Как видно из данны х Табл.1, концентрация тяже лы х металлов в снеговой во де в нес колько раз превышае т ПД Кв.

 В процессе снеготаяния час тицы, на хо дящиеся в  твер дом  состоянии, под дейс твием  сил тяжес ти и поверхностным стоком, переносятся к подножью горы, где они попадают в во дные объекты . В результа те кислой реакции среды, проис ходит пере ход аэрозольны х час тиц из твердого состояния в  ионную  форму  путем кисло тного гидролиза.

В сажис ты х час тица х (Табл.1), высокое содержание мышьяка, цинка, же леза, никеля, хрома, свинца. Что согласуется с работами Ю.Г. Тация проведенными в 2012 г. [4], где пока зано, что в а тмосферных выбросах зафиксировано значительное количес тво тяжелы х мета ллов. Высокое содержание Ca, Mg и Fe обусловле но процессами кислотного гидролиза минералов, в результа те чего образую тся водорастворимые формы кальция, магния и же леза.

По данным РСФА (Рисунок 1), четко диа гностирую тся пики та ких минералов как риверсайдит ( Rs), фаялит (F), магнезиоферрит (Mf), сребродольскит (Sr) и силикат ка льция (Sc). Их процентное содержание представлено в Табл.2, где видно, что главными минералами являю тся с илика ты Mg, Fe и Ca. Наибольшее ко личество приходится на риверсайдит 27,40%,   фаялит 21,30% и магнезиоферрит 15,00%.

 Таблица 2

Минералогический сос тав сажис ты х частиц в толще сне га

Формула	Название	Образец, %
Ca5Si6O16(OH)2	Риверсайдит	27,40
Fe2 + 2SiO4	Фаялит	21,30
MgFe2O4	Магнезиоферрит	15,00
CaFe O4	Сребродольскит	10,20
SiO2	Кварц	9,40
KAl3Si3O10(OH)2	Мусковит	6,31
CaSiO3	Силика т кальция	4,96
Mg3(Si2O5(OH)4)	Лизарбит	3,49
(Mg2.8Fe1.7Al1.2)(Si2.8Al1.2)O10(OH)8	Клино хлор	1,75

 

После отделения твер ды х частиц, фильтрат ана лизировали на основны е показатели, пре дста вленные в Табл.3.

 Таблица 3

Содержание в сне говой во де тяже лы х металлов и мета ллоидов

Опреде ляемые элементы	Содержание , pp m	ПД К
Cu	52.355	1.000
Cd	17.876	0.001
Zn	5399.600	1.000
Mn	5.541	0.100
Ni	1.692	0.020
Cr	9.904	0.050
Pb	9.278	0.010
As	0.027	0.010
Fe	48.681	0.300

 

Как видно из Таб л.3, концентрация иссле дуемы х элементов превышае т ПД К, при этом Zn в 5300 раз, остальные бо лее чем в 10 раз.

Таблица 4 

Гидро химические показа те ли в снеговой воде

	pH	Eh, mV	Элементы содержащиеся в воде, pp m.
			SO42-	HCO3-	Cl-	K+	Na+	Ca2+	Mg2+
	4.25	122	4246.68	3.10	1.30	17.44	33.56	60.12	77.30
ПД Квр	-	-	100.00	-	350.00	50.00	120.00	180.00	40.00

 

Как видно из Табл.4, по гидро химическим показате лям наблю даетс я повышенное содержание сульфа т- иона 4246,68 ppm. Талая вода хара ктеризуе тся кис лой реакцией среды 4,25 е д. рН, с окислите льн ыми процессами Eh 122 mV.

Для более по лной оценки влияния аэропромвыбросов на изменение химического состава поверхностных вод, за кладыва лся гидро химический створ на пяти участка х (Рисунок 2). Отобранные пробы анализировались на общие гидро химические показа те ли (Таб л.5), а та кже содержание тяже лы х мета ллов и мелаллоидов (Табл.6). Преде льно допустимые концентрации пре дс тавлены для вод хозяйственно -питьево го пользования.

 

Ис хо дя из по лученны х данны х в Таб л.4, видно, ч то гидро химические показа тели сильно варьируются в зависимости от места о тбора. Уве личение концентрации сульфа т иона в с творе № 2 превышае т уровень ПД Квр в 42 раза, что способствует образованию в воде серной кислоты и изменению уровня рН, до сильнокис лого 2,62 ед.

Слабощелочная реакция сре ды 7,62 ед. рН отмечена в точке №1, в оста льны х в диапазоне о т 5,44 до 5,73 е д. Высокое содержание сульфат  иона в исс ле дуемых водны х объекта х объясняется значите льным превышением ПД К диоксида серы в атмосферных выбросах [1]. В результа те чего на ис следуемой территории выпадаю т кисло тные дожди, влияющие как на изменение кисло тности водны х объектов, так и на изменение в них химического состава. Ос та льные гидро химические показа тели на хо дятся в норме.

 Таблица 6

Тяжелые мета ллы и ме таллоиды в воде

№ точки отбора	Элементы содержащиеся в воде, pp m.
	Cd	As	Pb	Ni	Cr	Co	Cu	Fe
1	0.0268	0.1120	0.8319	0.0850	0.1042	0.0558	2.0047	1.6069
2	0.1444	0.0380	0.9219	1.2316	0.1363	0.5346	10.2475	14.9591
3	0.0183	0.3229	0.7195	0.1783	0.1015	0.0500	10.1810	12.4509
4	0.0214	0.0480	0.7375	0.3391	0.1069	0.0467	4.2683	11.9318
5	0.0200	0.0126	0.7600	0.3345	0.1136	0.0681	3.9638	11.8568
ПД Квр	0.001	0.010	0.010	0.020	0.050	0.100	1.000	0.300

 

Из Таб л.6 видно, ч то содержание загрязняющих вещес тв значительно превышае т ПД Квр, по всем исследуемым элементам. Такие как Cd, As, Pb имеют  коэффициент химического загрязнения соответс твенно 20.00, 1.12 и 76.00; Ni, Cr, Co и Cu, соо тве тственно 16.73, 2.27, 0,68 и 3,96; Fe 39.52. Ка к видно из полученны х данны х, содержание тяжелы х ме таллов в речной воде меньше, чем в снеговой. Это обусловлено тем что в процессе снеготаяния часть ка тионов пере хо дит в рас творенное состояние, и задерживается почвой, при оседание на повер хности.

Для уменьшения возде йствия за грязненного  повер хностно го сто ка на водные объекты , предлагае тся сконструировать на склоне горного массива барьеры (Рисунок 3) [5].

Ка к видно на Рисунке 3, барьеры для ула вливания повер хностного с тока размещаются в три с тупени.

Первая и вторая ступени – на вер хней и сре дней части склона (Рисунок 4 а), служит для за хва та осадков. Еѐ конструкция предс тавляе т  прямоугольный борт-ло ток. Ближняя стенка должна глубоко укрепляться в породу, для предо твращения размыва под основание конс трукции.

Дальняя стенка , сооружается выше передней, способствует препятствию обильному потоку воды и служит задержанию снеговой массы. Водоотводящие лотки (Рисунок 4 г), служат для переноса потоков воды . По которым он самотеком поступает сверхних борт-лотков в нижние и далее в магистральный коллектор. Сверху, ставится защита в виде сетки для предотвращения механического засорения лотков.

Для смягчения воздействия напора сточного потока воды, в места х сое динения борт -ло тков с водоотво дящими, необ ходим водоразде лительный барьер в виде конуса (Рисунок 4 б). У самого подножья горы конструируется главный магис тральный ко лле ктор, в который собирается весь повер хностный с ток ( Рисунок 4 в). Далее собранная вода направляе тся в о тстойник и подвергается очистке.

В результа те про деланной работы можно сделать сле дующие выводы .

1.                Минералогический соста в иссле дуемы х сажис ты х час тиц в большей с тепени сос тоит из силика тов Ca, Mg и Fe с высоким содержанием тяжелы х ме таллов и металлоидов.

2.                При анализе снеговой и повер хностной во ды обнар ужено превышение ПДК по всем определяемым элементам. Наиболее высокая концентрация отмечена для Cd, As, Pb, Zn и Fe .

3.                Исходя из полученны х данны х сле дуе т, что специфика а тмосферных загрязне ний в большей с тепени представлена соединениями, тяжелыми металлами и металлоидами, а так же другими элементами, сопутствующими в произво дстве черновой меди.

4.                Высокое содержание в снежном покрове тяже лы х мета ллов и металлоидов, существе нно влияе т на изменение уровня загрязнений водны х объектов. В процессе снеготаяния, сажи стые частицы переносятся с повер хностным сто ком к подножью горы и попадаю т в во дные объекты . В резу льта те кисло тного гидролиза, проис хо дит частичное  их растворение  и как результа т изменение химического состава повер хнос тны х во д.

5.                Для предо твращения попа дания за грязняющих ве ществ в водо токи пре дла гается конструировать на склона х горного массива барьеры, улавливающие повер хностный сток. При выпа дении оса дков он будет направлен к по дножью горы, по во доотво дящим лоткам в магис тральный коллектор для дальнейшей ее очис тки.

 

Спис ок лите ратуры

1.         Источники выброса ртути в России. Обзор ситуации в шести города х с траны подготовлен центром «Эко - Согласие» по заказу Sigrid Rausing Trust и Европейской комисси и через Европейское экологическое бюро, Брюссель.

2.         Летенкова И. В., Литвинов В.Ф., Сморжок В.Г.    Химический анализ снежного покрова Новгородской области / Вестник Новгородс кого государс твенного университе та. 2014. №76.

3.         Смрнова С. М., Долин В.В. / Тяжѐ лые мета ллы в сне жном покрове г. Николаевка.

4.         Таций Ю.Г. Эколо го-гео химическая оценка загрязнения окружающей сре ды в зоне дейс твия Карабашского медеплавильного комбината / Вес тник Тюменского государс твенного университе та. 2012. №12

5.         Шабанов М.В., Маричев М.С. Анализ методов за щиты водны х объектов о т загрязненно го мышьяком стока прилегающих ландшафтов. / Актуальны проблемы те хносферной безопасности и природообустройства: матер. междунар. науч.-практ.конф. (г. Благовещенс к, 12 февраля 2014 г.). Бла говещенск: ДальГАУ, 2014. – 310 с .