Загрязнение природных вод

Деятельность предприятия вызывает образование значительных объемов отходов в жидкой фазе. В результате намыва жидких отходов формируются гидрогеохимические ореолы и потоки загрязнения.

Гидрогеохимическими ореолами загрязнения являются области распространения подземных и поверхностных вод с многократно повышенными по сравнению с фоновыми концентрациями микро- и макроэлементов, формирующиеся в результате сбросов в поверхностные и подземные воды сточных и карьерных вод, а также образующиеся за счет растворения и выноса химических элементов и соединений из минеральных отходов добычи и переработки полезных ископаемых.

Гидрохимическими потоками загрязнения являются участки линейной формы, с многократно повышенными по сравнению с фоновыми концентрациями микро- и макроэлементов в подземных и поверхностных водах.

Вследствие плохой изоляции дна стенок хранилищ жидких отходов происходит инфильтрация сточных вод и миграция загрязненных вод за пределы хвостохранилища. Аналогичная картина наблюдается и при распространении загрязнения в подземных водах вследствие выщелачивания и растворения твердых отходов атмосферными осадками и их инфильтрации в подземные воды. В рассмотренных случаях контуром гидрогеохимических ореолов загрязнения служит изолиния со значением коэффициента суммарного загрязнения, равным единице. Потоки загрязнения совпадают с контуром реки в местах ее загрязнения.

Для оценки контрастности гидрогеохимических ореолов и потоков по ряду загрязняющих компонентов применяются коэффициенты контрастности загрязнения, рассчитанные относительно значений ПДК (К^ПДК - коэффициент контрастности относительно ПДК) и фоновых концентраций загрязняющих компонентов ( К^Ф - коэффициент контрастности относительно фона):

К _А^ПДК=С_А/ПДК_А (1)

К_А^Ф= С_А/ С_А^Ф (2)

где С_А- концентрация компонента А в загрязненных водах, мг/л; ПДК_А- предельно допустимая концентрация компонента А, мг/л, мг-экв./л; С_А^Ф- фоновая концентрация компонента А, мг/л, мг-экв./л.

Под фоновыми содержаниями химических элементов или соединений в горной породе понимаются их среднестатистические содержания в отложениях для рассматриваемого района.

Оценка степени загрязнения подземных и поверхностных вод производится по суммарному коэффициенту загрязнения вод:

Техногенные гидрогеохимические ореолы и потоки разделяются по степени контрастности на:

- сильноконтрастные при К ^ПДК > 10,

- контрастные - 3 < К ^ПДК < 10,

- слабоконтрастные 1 < К ^ПДК < 3.

Формирование гидрогеохимических ореолов загрязнения связано со следующими факторами:

1. Утечками сточных вод с территории хвостового хозяйства, вследствие плохой изоляции дна и стенок хвостохранилищ;

2. Утечками сточных вод из шламонакопителя ПКОФ;

3. Выщелачивание и растворение твердых отходов атмосферными осадками и их инфильтрация в подземные воды.

На территории хвостового хозяйства формируется три типа техногенных гидрогеохимических ореолов, различающихся по составу загрязняющих компонентов и контрастности загрязнения:

1.В районе хвостохранилища 3, куда складируются отходы рудопромывки;

2. На участках занимаемых старыми хвостохранилищами 1,2;

3.В районе хвостохранилищ 4,6, илохранилища, куда ведется намыв отходов флотационной обогатительной фабрики.

На участке инфильтрации сточных вод из шламонакопителя ПКОФ формируется наиболее контрастный техногенный гидрогеохимический ореол. Рассматриваемый ореол является сильноконтрастным по содержанию органических соединений, контрастным по фторидам, фосфатам, сульфатам, хлоридам, общей жесткости, минерализации. Протяженность ореола по содержанию органических соединений достигает 1100 м, сульфатов общей минерализации - 750 м, фосфатов, фторидов, хлоридов – 300-450 м. Продвижение фронта загрязнения по органическим соединениям 5,8 м/год.

Формирование гидрогеохимических ореолов загрязнения на территориях сельскохозяйственного освоения с нанесением искусственных глауконитовых почв связано с процессами выветривания глауконитовых пород и инфильтрацией через них атмосферных осадков. Специфика рассматриваемого техногенного ореола заключается в составе загрязняющих компонентов, которыми являются фосфаты, фторида. Площади техногенных ореолов в районах сельскохозяйственного освоения отвалов карьеров значительны (до 450 га) при низкой контрастности загрязнения

(К ^ПДК = 1,2-1,7). Ширина зоны техногенных изменений состава грунтовых вод невелика: 40-50 м для фторидов и сульфатов, 65-70 м - для фосфатов.

Гидрогеохимические потоки загрязнения на территории Натынского водосбора подразделяются на:

1. Кратковременные, образующиеся во время сильных ливней и снеготаяния на участках хвостового хозяйства и отвалов (территориально и по составу совпадают с техногенными ореолами, загрязнения имеют более низкую контрастность);

2. Поток, связанный с перемещением пульпы из хвостохранилщ через серию отстойников в накопитель оборотной воды (по составу близок к дренажным водам хвостохранилищ);

3. Потоки карьерных вод;

4. Река Натынка - местный водосбор.

Карьерные воды образуются вследствие разгрузки подземных и атмосферных вод в дренажные канавы. Образование слабоконтрастных техногенных гидрогеохимических потоков карьерных вод связано с выветриванием фосфоритов, пласты которых при разработке месторождения оказываются на поверхности и подвергаются рыхлению. В результате гипергенных преобразований из фосфоритовых пластов вымываются подземными и атмосферными водами фосфаты, фториды, кальций. Карьерные воды сбрасываются в р.Натынку.

С 1972 по 1991 г. произошло значительное снижение величины рН с 6,5 до 3,45, более чем в 15 раз повысилась концентрация сульфатов, увеличились концентрации фосфатов, фторидов, ионов кальция. Техногенный гидрохимический поток в истоке контрастен по фосфатам, фторидам, сульфатам, общей жесткости.

В 1,5 км ниже по течению реки осуществляется сброс вод карьера 7. В результате смешения речных и карьерных вод происходит изменение кислотно-щелочной обстановки и выпадение карбоната и фторида кальция в твердую фазу.

Другим участком загрязнения речных вод является участок при впадении притока с территории ПКОФ. Происходит повышение контрастности гидрохимического потока в р.Натынке по фосфатам, сульфатам, хлоридам, органическим соединениям. Вследствие увеличения рН речных вод, повышается насыщенность речных вод карбонатом кальция.

После разгрузки в реку более кислых загрязненных подземных вод с территории хвостохранилища 4 и илохранилища (рН подземных вод 6,8-7,2), карбонат кальция осаждается. В гидрохимическом потоке повышается контрастность но фторидам, общей жесткости, нефтепродуктам.

Некоторое повышение насыщенности речных вод фторидом кальция наблюдается после впадения в реку ручья со стороны рудомойки. Повышается контрастность гидрохимического потока по фосфатам и общей жесткости, для остальных компонентов значительных изменений не происходит.

Дренажные воды хвостохранилища (14) гидрокарбонатно-хлоридно-сульфатные кальциевые с повышенными содержаниями фосфатов (15 мг/л), органических веществ (150 мг/л). Сульфаты, фториды, фосфаты, кальций попадают в сточные воды за счёт растворения руды, которая подвергается при рудопромывке дроблению и грохочению. Высокие содержания органических веществ (солей смоляных и жирных кислот) объясняются использованием для рудопромывки оборотных вод, загрязненных флотационными реагентами. Для наблюдения за изменением состава грунтовых вод, загрязненных дренажными стоками хвостохранилища 14, юго-западнее хвостохранилища был оборудован гидрорежимный створ, две скважины которого были оборудованы фильтрами на флювиогляционные отложения, а две – на мел-неогеновые пески.

Основными загрязняющими грунтовые воды компонентами на рассмотренном участке являются соли смоляных и жирных кислот, фосфаты, сульфаты, железо. Утечки из старых хвостохранилищ невелики вследствие их заиления. Состав их дренажных вод приблизительно соответствует двукратно разбавленным дренажным водам действующего хвостохранилища 14. Процессы разбавления идут неравномерно: по фосфатам, сульфатам, кальцию разбавление идёт значительно медленнее, чем по другим компонентам, т.к. фосфаты, сульфаты и кальций попадают в дренажные воды старых хвостохранилищ за счёт растворения инфильтрационными водами выветренных техногенных пород.

На участках инфильтрации сточных вод флотационной фабрики в перечень основных загрязняющих компонентов добавляются нефтепродукты. Загрязнение органическими соединениями сточных вод связано с флотореагентами. Наибольшую опасность для загрязнения природных вод представляет фильтрация сточных вод из хвостохранилища флотации и илохранилища, расположенных на берегу, в р. Натынку. В местах разгрузки загрязненных вод в реку состав речных вод практически адекватен составу дренажных вод. Концентрации основных загрязняющих компонентов приведены в табл.2.

Наиболее контрастное загрязнение подземных вод наблюдается в районе шламонакопителя ПКОФ (2), дренажные воды которого по составу сульфатно-хлоридные кальциево-натриевые с высокой концентрацией органических веществ, фосфатов, фторидов. Вследствие утечек дренажных вод из шламонакопителя происходит загрязнение надъюрского водоносного горизонта в районе д.Осташевка, жители которой водоснабжаются из грунтовых вод. Так, содержание солей смоляных кислот в колодце, расположенном на расстоянии 700 м от шламонакопителя превысило ПДК в 15 раз, также наблюдается превышение ПДК по общей жёсткости, фторидам и сульфатам.

Таблица 2. Концентрация загрязняющих компонентов в подземных и поверхностных водах, их фоновые значения, ПДК, мг/л.

Место отбора проб							Соляровое масло	Соли смоляных кислот	ОЖ
ПДК	350	500	Общ.	Жест.	1,5	3,5	0,05	2	7
Фоновые воды	7,4	141	62	9,7	0,85	0,1	0,0001	0,01	3,91
Хвостохранилища:
Флотации	575	1055	495	250	8,2	10	3,5	350	45,58
Рудопромывки	360	1145	595	240	9,2	15	0,5	150	49,75
Старые	250	675	345	120	4	8	0,001	56	27,25
Скважины:
1	400	1070	575	250	8,8	12	1,1	280	49,58
2	200	695	485	180	4,3	5,4	0,1	25,4	39,25
3	120	575	375	102	2,7	2,9	0,01	3,7	27,25
4	75	415	285	85	1,8	1,5	0,005	1,5	21,33
5	45	345	245	48	1,2	0,7	0,001	0,5	16,25
6	70	245	175	57	1,5	2,5	0,005	25	13,5
7	220	685	315	165	3,5	1,2	0,5	68	29,5
8	75	315	185	65	1,5	1,7	0,05	30	14,67
9	120	575	315	120	2,2	3,5	0,005	25	25,75
Хвостранилище ПКОФ	1115	3675	1315	250	14	18	0,01	400	86,58
Скважины: 10,10а,10б	250	585	415	65	1,4	6,5	0,005	10	26,17
Скважина 11	535	1615	845	120	5	6,3	0,005	180	52,25
Колодец, скважина 12	302	735	405	58	2,2	3,2	0,005	30	25,08

Примечание: Суммарное негативное влияние ионов Ca²⁺ и Mg²⁺ определяется общей жесткостью, ПДК_ож=7мг-экв./л. Общая жесткость рассчитывается по формул:

ОЖ=C_ca²⁺/20+C_Mg²⁺/12 (4)

Таблица 3. Коэффициенты контрастности и суммарного загрязнения гидрогеохимических ореолов и потоков.

Место отбора проб					Соляровое масло	Соли смол. кислот	ОЖ
Хвостохранилища:
Флотации	1,64	2,11	5,47	2,86	70	175	6,51	263,59
	77,7	7,48	9,65	100	35000	35000	11,66
Рудопромывки	1,03	2,29	6,13	4,29	10	75	7,11	105,84
	48,65	8,12	10,82	150	5000	15000	12,73
Старые	0,71	1,35	2,67	2,29	0,02	28	3,89	38,93
	33,78	4,79	4,71	80	10	5600	6,97
Скважины:
1	1,14	2,14	5,87	3,43	22	140	7,08	181,66
	54,05	7,59	10,35	120	11000	28000	12,69
2	0,57	1,39	2,87	1,54	2	12,7	5,61	26,68
	27,03	4,93	5,06	54	1000	2540	10,04
3	0,34	1,15	1,8	0,83	0,2	1,85	3,89	10,06
	16,22	4,08	3,18	29	100	370	6,97
4	0,21	0,83	1,2	0,43	0,1	0,75	3,05	6,57
	10,14	2,94	2,12	15	50	150	5,46
5	0,13	0,69	0,8	0,2	0,02	0,25	2,32	4,41
	6,08	2,45	1,41	7	10	50	4,16
6	0,2	0,49	1	0,71	0,1	12,5	1,93	16,93
	9,46	1,74	1,76	25	50	2500	3,45
7	0,63	1,37	2,33	0,34	10	34	4,21	52,89
	29,73	4,86	4,12	12	5000	6800	7,55
8	0,21	0,63	1	0,49	1	15	2,1	20,43
	10,14	2,23	4,12	12	5000	6800	7,55
9	0,34	1,15	1,47	1	0,1	12,5	3,68	20,24
	16,22	4,08	2,59	35	50	2500	6,59
Хвостохранилище ПКОФ	3,19	7,35	9,33	5,14	0,2	200	12,37	237,58
	150,68	26,06	16,47	180	100	40000	22,15
Скважины: 10,10а,10б	0,71	1,17	0,93	1,86	0,1	5	3,74	13,51
	33,78	4,15	1,65	65	50	1000	6,7
Скважина 11	1,53	3,23	3,33	1,8	0,1	90	7,46	107,46
	72,3	11,45	5,88	63	50	18000	13,37
Колодец, скважина 12	0,86	1,47	1,47	0,91	0,1	15	3,58	23,4
	40,81	5,21	2,59	32	50	3000	6,42

Примечание: В числителе коэффициенты контрастности относительно ПДК, в знаменателе-относительно фона.

При попадании сточных вод в природный ландшафт для них изменяются кислотно-щелочные и кислотно-восстановительные условия. В результате этого, у некоторых загрязняющих веществ, происходит резкое снижение миграционных способностей за счёт их осаждения. Процессы осаждения трудно растворимых веществ типа Me_zX_y описываются уравнением вида:

zMe^y+ + yX^z–  Me_zX_y

Возможность прохождения процесса определяется насыщенностью r вод соединением Me_zX_y: при r < 1 – раствор недонасыщен Me_zX_y, при r = 1 – наблюдается равновесие между жидкой и твёрдой фазой, а при r > 1 – раствор перенасыщен Me_zX_y и происходит осаждение его из раствора.

Миграция вещества в водной фазе осуществляется в результате конвекции и диффузии.

Сточные воды на территории промышленного комплекса перенасыщены фторидом кальция и карбонатом кальция. Эти вещества сразу же выпадает в осадок и практически не мигрирует. Насыщенность вод гидрофосфатом кальция в хвостохранилище флотации равна 0,67, а в хвостохранилище рудопромывки - 1,2. В первом случае сточные воды недонасыщены CaHPO₄, а во втором перенасыщены. Практически наблюдается равновесие между жидкой и твердой фазами. Соответственно, CaHPO₄ практически не осаждается из раствора и плохо мигрирует в составе вод.