ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2014, № 6, с. 483-494
УДК 504.058; 504.36:574
ВЛИЯНИЕ ГОРНОРУДНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НА ИЗМЕНЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА КОМПОНЕНТОВ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ
© 2014 г. В. М. Шулькин*, Е. Н. Чернова*, Н. К. Христофорова**, С. И. Коженкова*
*Тихоокеанский институт географии ДВО РАН, ул. Радио, д.7, г. Владивосток, 690041 Россия. E-mail: shulkin@tig.dvo.ru **Дальневосточный федеральный университет, ул. Суханова, д. 8, г. Владивосток, 690041 Россия. E-mail: marieecology@rambler.ru
Поступила в редакцию 18.07.2013 г.
После исправления 13.08.2013 г.
Рассмотрено изменение химического состава вод р. Рудной (Приморский край, РФ), дренирующей район на восточном макросклоне хр. Сихотэ-Алинь с развитой горнорудной деятельностью, интенсивность которой значительно снизилась в последние 25-30 лет. Несмотря на это, уровень загрязнения реки металлами продолжает оставаться высоким, а в верхнем и среднем течении реки даже возрос. Антропогенное влияние на прилегающие прибрежно-морские экосистемы оценено по накоплению металлов в бурых макроводорослях C. costata, F. evanescens и C. crassipes, которое отражает геохимические условия в морской среде, формируемые поступлением металлов с речным стоком и с аэральными выпадениями. Сокращение выбросов металлов в атмосферу, связанное с закрытием свинцово-плавильного завода, сопровождалось уменьшением концентрации Pb и Cu в макрофитах, обитающих севернее б. Рудной, где влияние стока реки минимально. В прибрежных водах к югу от устья, куда распространяется основной сток с суши, за последние 25-30 лет в макрофитах наблюдается уменьшение только концентрации Pb. Содержание Cu и Zn продолжает оставаться на повышенном уровне, а в F. evanescens даже увеличивается.
Ключевые слова: горнорудные стоки, загрязнение рек, прибрежные воды, тяжелые металлы, макрофит.
ВВЕДЕНИЕ
Один из ключевых аспектов оценки воздействия хозяйственной деятельности на химический состав окружающей среды - выявление отклика компонентов экосистем на изменение антропогенной нагрузки. Эти знания необходимы для правильного представления как о негативном влиянии антропогенного пресса, так и о скорости восстановления параметров среды после снятия нагрузки.
Горнорудная промышленность относится к числу главных антропогенных источников дополнительного поступления многих потенциально токсичных химических веществ в водные экосистемы. Соединения металлов, органические вещества, а также кислоты и щелочи, используемые при обогащении и переработке руд, - наиболее распространенные компоненты сточных вод горнорудных предприятий. Особенность техногенного пресса на среду от горнопромышленной деятельности - длительность воздействия. Даже
после сокращения и полного прекращения добычи интенсивность мобилизации в гидросеть многих загрязняющих веществ, в том числе халькофильных металлов, продолжается в течение многих лет [4], соответственно продолжается и существование гидрохимических аномалий. Окисление сульфидных минералов в хвостохра-нилищах, шахтных и карьерных отвалах - один из главных механизмов мобилизации металлов в раствор. Наиболее впечатляющие примеры -многовековое загрязнение р. Тинто (Испания) за счет разработок сульфидных руд еще с античного времени [25]. На территории РФ (Южный Урал, Алтай, Забайкалье) также имеются примеры длительно существующих гидрохимических аномалий на участках бывшей горнорудной деятельности [1, 4].
В случае полного цикла переработки, включающего горно-металлургическое производство, большое значение приобретает негативное воздействие выбросов в атмосферу. Именно такой
Рис. 1. Карта-схема района работ. 1 - станции отбора гидрохимических (а) и биогеохимических (б) проб; 2 - основные источники антропогенной нагрузки; 3 - селитебные территории.
горнопромышленный кластер, включающий в себя добычу и обогащение РЬ^п руд, а также добычу и глубокую переработку боросиликат-ных руд, расположен в долине р. Рудной на восточном макросклоне центрального Сихотэ-Алиня (рис. 1). До недавнего времени здесь же осуществляли выплавку свинца. Комплекс начал действовать более 100 лет назад. Вследствие этого экосистемы как самой долины, так и прилегающей морской акватории, долгое время функционировали в условиях избыточного поступления в среду тяжелых металлов. Это привело к формированию геохимических аномалий в различных компонентах наземных и водных экосистем долины р. Рудной и прилегающих прибрежных морских акваторий [1, 4, 5, 6, 18, 28]. Интенсивность хозяйственной деятельности в долине р. Рудной за последние 25-30 лет сильно менялась. Постепенный рост до конца 1980-х годов сменился кризисом начала 1990-х годов с падением объемов выпуска продукции в 1.52 раза. В последнее десятилетие наблюдается частичное восстановление производства. Работает горно-обогатительный комбинат, производящий свинцовый и цинковый концентраты в Дальне-горске, в южной части бухты Рудной оборудо-
ван причал для вывоза концентратов морским путем. Однако плавильный завод остановлен и законсервирован.
Цель работы - выявить, наблюдается ли соответствие между изменением химического состава вод р. Рудной, интегрально отражающим влияние промышленных стоков, и вариациями антропогенной нагрузки за последние 25-30 лет. Поставлена задача - оценить тенденции изменения за тот же период концентрации металлов в водорослях-макрофитах, обитающих в прибрежных морских водах и находящихся под влиянием выноса загрязняющих веществ как аэральным путем, так и со стоком р. Рудной. Потенциал использования химического состава макроводорослей для характеристики загрязнения морских экосистем хорошо известен [3, 13-15, 22]. Однако межгодовая изменчивость концентраций металлов в макрофитах в связи с вариациями антропогенной нагрузки на прибрежные акватории изучена недостаточно [7, 16, 21, 27].
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В долине р. Рудной (см. рис. 1), расположенной в центральной части восточного макросклона
хр. Сихотэ-Алинь (44°30" N 135°40л Е), сосредоточены значительные запасы сульфидно-полиметаллических (свинцово-цинковых с примесью Си, Сё, и других металлов руд), а также боро-силикат-ных руд. На базе полиметаллических месторождений работает комплекс горно-добывающих и гор-но-перерабатывающих предприятий в верхнем и среднем течении реки в районе пос. Красноречен-ска и г. Дальнегорска, соответственно. В результате их деятельности образуются шахтные стоки, попадающие в речную сеть, и твердые отходы обогащения, складируемые в хвостохранилищах. В нижнем течении р. Рудной на берегу бухты Рудная в пос. Рудная Пристань расположен свинцо-во-плавильный завод, прекративший свою работу в 2009 г. Его работа сопровождалась выбросом в атмосферу соединений серы и пылевых частиц, содержащих соединения тяжелых металлов [1, 4]. Боро силикатные руды перерабатываются на горно-химическом комбинате в Дальнегорске. При этом используется производимая здесь же серная кислота, а отходы накапливаются в хвостохрани-лище, дренаж которого поступает в р. Рудную.
За последние 25-30 лет интенсивность горнорудной и горно-обрабатывающей деятельности в долине р. Рудной значительно менялась. До конца 1980-х годов происходил рост горнорудного производства района. Соответственно возрастал и масштаб выбросов в атмосферу и сбросов сточных вод. В начале 1990-х годов объемы выпуска продукции на горнорудных предприятиях снизились в 1.5-2 раза (рис. 2).
Наиболее значительные изменения произошли на плавильном заводе в Рудной Пристани в технологическом процессе - открытую горновую печь заменили закрытой, и аэральные выбросы снизились. В 2004 г. завод перешел на выплавку свинца из вторичного сырья, в результате чего резко уменьшились выбросы свинца и серосодержащих газов в атмосферу. В 2003 г. общие пылевые выбросы в атмосферу понизились по сравнению с 1980-ми годами в 4 раза [17]. После перевода на вторсырье завод работал периодически. Таким образом, очевидно, что за последние 25 лет объем выбросов тяжелых металлов в атмосферу в низовьях реки значительно снизился, и, следовательно, должен был сократиться и атмосферный вынос этих веществ на прилегающие морские акватории.
Добыча свинцово-цинковой руды на шахтах Дальнегорска, достигнув пика в 1992 г. (1250 тыс.т/год), снизилась в 1998 г. до уровня 515 тыс. т и в 1999 г. - до 775.5 тыс. т [9]. В 2006-2011 гг. добыча руды варьировала на
Н3ВО3, РЬ конц, тыс. тонн 200 -,
Н3ВО3
И I I I I I I I I I I I I I I I I I I Г"Г"Т
РЬ металл г 50
-40 -30 -20 -10 т^До
^ с^ # <# # <# аФ Л?
^ ^ ^ ^ Годы
Рис. 2. Динамика производства борной кислоты (Н3В03, тыс. т.), свинцового концентрата (РЬ конц, тыс. т.) и выплавки металлического свинца (РЬ металл, тыс. т, правая вертикальная ось) в Дальнегорском районе с 1974 по 2012 г.
уровне 687-845 тыс. т. Близкую динамику имел объем производимого свинцового концентрата (см. рис. 2). Снижение добычи и первичной переработки горно-рудного сырья и соответственно объем стоков в р. Рудную с последующим выносом в море было не столь значительным, как выбросов в атмосферу. Производство основного продукта - борной кислоты на горнохимическом комбинате снизилось, однако большая часть стоков комбината в р. Рудную обусловлена дренажем хвостохранилища, который происходит независимо от текущей производственной деятельности. То же самое можно сказать и про дренаж рудничных отвалов.
Данные по химическому составу вод р. Рудной на 5 станциях от верховья реки, где антропогенное влияние отсутствует, до устья, включая участки наиболее значительной нагрузки (см. рис. 1), были получены авторами и коллегами (П.В. Ел-патьевский) из лаборатории геохимии ТИГ ДВО РАН в 1974, 1997, 2006 и 2012 гг. Использовались данные по отборам в летнюю межень. Содержание растворенных форм металлов определяли в пробах, фильтрованных через мембранные фильтры 0.45 мкм, после предварительного концентрирования жидкостной экстракцией [24] с последующим атомно-абсорбционным анализом в пламени (Zn, Cu) и кювете (Pb, Cd) на приборе Shimadzu 6800 F/G. К сожалению, данные по растворенным формам Pb, Cd, Cu в пробах 1974 г. не могут быть использованы
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.