Состояние водных экологических систем является важнейшим показателем рационального водопользования. Анализ гидробиологических исследований, проведенных в речных бассейнах Урала, позволяет характеризовать экологическую ситуацию в северо-восточной части Челябинской области как наиболее сложную, имеющую характеристики от «напряженной» до «катастрофической» [1, 2].
Следует заметить, что на территории Урала менее 50 % используемой воды очищается до нормативных требований. Остальные стоки сбрасываются или недостаточно очищенными, или полностью неочищенными. С ними в поверхностные воды, а затем через сложную систему природных каналов загрязнители попадают в подземные воды. Последние могут очищаться природными фильтрами. Однако поверхностные воды не способны очищаться, и в них в огромных количествах присутствовали токсичные органические соединения, твердые взвешенные частицы, нефтепродукты, тяжелые металлы, сульфаты, хлориды, соединения фосфора, азота и нитраты [4-6].
Среди загрязнителей биосферы, представляющих наибольший интерес для различных служб контроля ее качества, особое место занимают металлы. Техногенные воды ГОКов медноколчеданного комплекса Уральского региона отличаются высокой концентрацией ионов тяжелых и цветных металлов. Содержание металлов в попутных рудничных водах зачастую близки к их содержаниям в традиционном гидроминеральном сырье – минерализованных водах и рассолах, что свидетельствует о потенциальной возможности использования их в качестве дополнительного источника получения металлов. При этом техногенное сырье, в отличие от природного, не требует затрат на извлечение его из недр и первичную дезинтеграцию, обусловливающие основные энергетические издержки горнопромышленных производств [1, 2].
Кроме того, техногенные стоки ГОКов являются одними из основных источников поступления токсичных металлов в поверхностные и подземные водоемы. Так, по данным института геологии Уфимского научного центра РАН на Сибайском и других медноколчеданных месторождениях вблизи рудных тел, залегающих среди туфогенных пород кислого состава, под влиянием окисляющихся сульфидов формируются кислые (рН 1,8–4,3), исключительно сульфатные воды (до 96 % сульфат-ионов) поликомпонентного состава с минерализацией до 8– 2 г/дм3 [3, 7, 14]. При этом, по данным ученых Башкирского государственного университета приоритетными загрязнителями являются: медь, железо и марганец [4, 8]. Анализ сточных вод горнодобывающих предприятий Южного Урала (табл.1) показал, что концентрации данных металлов варьируются в широких пределах, что естественным образом негативно сказалось на качестве воды прилегающих поверхностных водоемов. Например, превышение норм ПДКрх по данным металлам в реке Карагайлы (г. Сибай) составило: меди – в 116 раз, марганца – в 485 раз, железа – в 60 раз [2, 4]. Кроме того отмечено, что качество воды в реке Таналык не отвечало нормативным требованиям уже до сброса сточных вод ныне действующих предприятий. Очевидно, это связано с тем, что помимо сброса стоков в поверхностные водоемы происходит так же их загрязнение за счет подземной миграции ионов тяжелых и цветных металлов вследствие фильтрации кислых подотвальных вод [9-14].
Основные среднегодовые показатели химического состава кислых подотвальных вод ГОКов Южного Урала за 2012 гг. [9]
|
Техногенные воды ГОКов Южного Урала |
Химический состав, мг/дм3 |
|||||||
|
рН |
Eh |
Сu2+ |
Zn2+ |
Мn2+ |
Fеобщ. |
Cl– |
SO42- |
|
|
Сибайский филиал Учалинского ГОКа |
2,66 |
+375 |
238,5 |
563,6 |
235,2 |
216,4 |
105,2 |
2023,0 |
|
Бурибаевский |
2,87 |
+406 |
284,3 |
57,3 |
197,3 |
507,6 |
689,3 |
1837,1 |
|
Учалинский |
2,94 |
+425 |
170,1 |
721,4 |
184,5 |
474,3 |
215,9 |
1968,4 |
Таким образом, очевиден вывод о необходимости создания специальной системы контроля их качества и комплекса мер по их обработке, предусматривающей создание современных методов мониторинга и разработки инновационных технологий извлечения катионных форм металлов из техногенного гидроминерального сырья ГОКов медноколчеданных месторождений, обеспечивающих предотвращение сброса токсичных гидроминеральных стоков в природные водоемы.
Подотвальные воды Бурибаевского карьера формируются в результате инфильтрации атмосферных осадков и конденсации влаги из воздуха при их циркуляции сквозь толщу отвалов. На выходе из-под отвалов они аккумулируются в прудке подотвальных вод, объема которого недостаточно для локализации всего стока. Поэтому часть последнего самопроизвольно попадает в р. Таналык, часть – откачивается в находящийся в непосредственной близости отработанный Бурибаевский карьер. Воды характеризуются достаточно высокой минерализацией и кислотностью. Минеральный состав отвалов определяет сернокислую реакцию рН вод в зависимости от сезонности и атмосферных осадков варьирует в пределах 2,1-3.
На Маканском месторождении (ОАО «Бурибаевский ГОК»), в результате проведения горных работ и нарушения гидрогеологического режима водоносных слоев, образовавшийся воронкообразный карьер объемом 5,0 млн м3, заполнен водой до глубины 45 м. Объем воды в карьере составляет 2,0 млн м3. Происходит постепенное заполнение его грунтовой водой. Карьерные воды по данным ИППЭиП (г. Уфа) имеют рН=5,4. В них содержится, мг/дм3: железа – 0,6, меди – 3,18, цинка – 1,83, марганца – 0,46 [15].
Значительное количество загрязнений в реку Таналык поступает с шахтными водами, которые после отстоя в прудках, без дополительнрой очистки сбрасываются в реку Таналык. При ежегодном сбросе шахтных вод после отстоя в прудках в объеме 356600 м3 в реку Таналык поступает примерно 0,1 т меди; 0,35 т цинка; 0,1 т железа; 360 т сульфатов; 238 т хлоридов [3, 10, 12].
Очистные сооружения, на которых бы производилась нейтрализация и очистка кислых сточных вод на ЗАО «Бурибаевский ГОК» отсутствуют. Все техногенные воды направляются на отстаивание, самонейтрализацию и очищение в хвостохранилище или пруды-отстойники, откуда вода направляется для оборотного водосабжения или сбрасывается на рельеф.
Решение проблемы очистки и переработки минерализованных и накопленных в Маканском карьере вод является настоятельной необходимостью, обусловленной эколого-экономическими и социальными интересами развития всего Хайбуллинского района.
Таким образом, проведенный анализ позволяет сделать следующие выводы:
– необходимо совершенствовать уже имеющиеся и внедрять новые технологии очистки и нейтрализации техногенных кислых вод, которые позволяют доводить техногенные кислые воды до норм рыбохозяйственного назначения и исключить сброс неочищенных техногенных вод в природные водоемы;
– внедрение усовершенствованных технологий очистки кислых сточных вод горных предприятий позволит дополнительно извлекать тяжелые и цветные металлы;
Разработка комплексной ресурсосберегающей и экологически безопасной технологии, позволяющей стадиально и селективно извлекать ценные металлы в виде товарной продукции с одновременным снижением их концентраций в стоке до норм ПДК, на сегодняшний день является одной из актуальных научно-практических задач. Решение данной задачи, помимо улучшения экологической ситуации в регионе, позволит повысить и экономическую целесообразность всего горного производства. При этом, техногенное сырье, в отличие от природного, не требует затрат на извлечение его из недр и первичную дезинтеграцию, обусловливающие основные энергетические издержки горнопромышленных производств.