logo
Главная История Структура Разработки Лаборатории Контакты

Лаборатория геологии техногенных процессов
Cотрудники Список публикаций Места работ
Максимович Н.Г., Меньшикова Е.А., Блинов С.М. Влияние отходов металлургического производства на состояние р. Чусовой // Геодинамика и геоэкология: Материалы междунар. конф.-Архангельск,1999.-С.227-229.

Влияние отходов металлургического производства на состояние реки Чусовой

Максимович Н.Г, Меньшикова Е.А., Блинов С.М.

Формирование современного состояния речных систем в промышленно развитых регионах в существенной мере обусловлено комплексом техногенных факторов, среди которых первостепенную роль играет поступление загрязняющих веществ со сточными водами предприятий, а также поверхностным стоком с мест размещения отходов производства. Техногенные продукты, поступая в реки, включаются в существующие миграционные циклы, распространяются и накапливаются во всех компонентах речной системы — воде, взвеси, донных отложениях.
Среди производственных предприятий преобладающее воздействие на загрязнение природной среды оказывают предприятия металлургические комплекса. Авторами проведены исследования влияния отвала Чусовского металлургического завода (ЧМЗ), расположенного в Пермской области, на состояние р.р. Чусовой и Усьвы. Работы включали опробование и анализ воды и донных отложений рек, а также вещества отвала, подземных и сточных вод.
Отходы производства ЧМЗ, представленные доменными шлаками, шлаками от плавки феррованадия, химическими отходами ферросплавного производства с 1939 г. складировались в отвале, расположенном в месте слияния рек Усьвы и Чусовой на высокой пойме и I надпойменной террасе. В настоящее время сюда вывозится также производственный, строительный и бытовой мусор.
Металлургические шлаки образуются при выплавке металла за счет руды (или исходного предельного металла) и флюсов. В состав шлака попадают минеральные вещества топлива, а также элементы огнеупоров печей, поэтому они обладают сложным вещественным составом. В химическом составе шлаков присутствуют до 30 оксидов, главными из которых являются: SiO2, Al2O3, Fe2O3, FeO, MnO, CaO, MgO. Остальные компоненты содержаться в значительно меньших количествах, однако могут мигрировать в окружающей среде и определять её загрязнение.
По результатам рентгеноструктурного анализа в составе пород отвала значительную роль играют оксиды двух- и трехвалентного железа в форме вюстита, гематита и магнетита (содержания 19.6, 38.8 и 59.4% соответственно). В значительных количествах присутствуют оксиды, гидрооксиды и карбонаты Ca и Mg, что связано с особенностями технологического процесса — использованием известковых флюсов, поступлением ионов кальция и магния из шихты и огнеупоров, а также вторичным минералообразованием в отвале. Среди этой группы определены (%): портландит (до 84.6); периклаз (до 56.7); брусит (до 3.4); кальцит (до 11.3); арагонит (до 3.1); доломит (до 1.7); магнезит (до 0.3); брейнерит (до 1.3). Карбонаты отмечены во всех пробах.
Типичные шлаковые минералы представлены геленитом (содержание до 10.3%), тридимитом (до 4.8%) и кристобалитом (до 7.9%), муллитом (до 7.6%). Во всех пробах присутствует кварц (содержание 0.3-46.5%). В отдельной пробе отмечены (%): альбит (до 0.7), микроклин (до 0.3), амфиболы (до 1.2).
Содержания микроэлементов по данным спектрального анализа в грунтах отвала (г/кг) Cu — до 5.7, Zn — до 1.83, Cr — до 1.7, Mn до 2.5. Следует отметить, что хром и марганец благодаря их амфотерным свойствам имеют повышенную миграционную способность в условиях щелочной среды, характерной для отвала. Водная вытяжка из грунтов отвала характеризуется сильно щелочной реакцией среды (pH=9.1-12.6), высоким содержанием (мг/кг) водорастворимых солей — до 11.5, сульфатов (72.1-350.6) и хлоридов (17.8-560.2), среди катионов — кальция (30.1-5861.7), натрия и калия (112.5-2771.6). При общем низком содержании ионов NO3-, NO2-, NH4+, в отдельных пробах их концентрации достигают значений (мг/л) 37.8, 23.0, и 25.0 соответственно; содержание общего железа — до 1.1.
На территории отвала расположены два источника сброса сточных вод ЧМЗ. Объем сбрасываемой воды на момент опробования составил до 1 м3/с. Сточные воды, сбрасываемые в р. Усьву характеризуются температурой 32.4°С, кислой реакцией среды (рН=3.8), сульфатно-натриевым составом, минерализацией до 1351 мг/л. Стоки, поступающие в р. Чусовую, характеризуются присутствием значительного количества взвешенных частиц темно-серого и черного цвета, слабощелочной реакцией среды (рН=7.3), гидрокарбонатно-кальциевым составом, минерализация воды — 312 мг/л. В сбрасываемых сточных водах отмечены высокие концентрации микроэлементов (мг/л) — Cu (до 0.9), Zn (до 0.7), Cr (0.6).
Грунтовые воды в зоне влияния отвала приурочены к аллювиальным пескам и песчано-гравийным отложениям. Воды характеризуются гидрокарбонатно-кальциевым составом, при минерализации 299-865 мг/л, водородный показатель 6.8-8.9. По сравнению с фоном в районе отвала наблюдается увеличение содержания сульфатов, хлоридов, нитратов и ионов аммония, среди катионов — магния, натрия и железа. Складирование отходов ЧМЗ негативно влияет на микроэлементный состав подземных вод. По данным анализа содержание (мг/л) Zn достигало — 0.5 (превышение фона в 2.3 раза), Cr и Cu — 0.3 (39 и 10 фоновых значений), Mn — 0.08 (5.9 фона), Ti — 0.05 (2.6 фона), Pb — 0.03 (7.2 фона), Ni — 0.02 (4.8 фона). Разгружаясь в р.р. Усьву и Чусовую грунтовые воды неизбежно оказывают негативное влияние на химический состав воды этих рек.
Воды р.р. Чусовой и Усьвы в естественных условиях характеризуются HCO3-Ca составом, средней минерализацией (до 500 мг/л), слабощелочной реакцией(pH=7,4-7,90). В районе влияния отвала наблюдается увеличение содержания SO42-,Na+ и K+, общего железа (до 1.08), а также микроэлементов — Zn (до 0.24), Ti (до 0,05), Cr (до 0.028), Ni (до 0.03), Mn (до 0.09), Pb (до 0.02), Cu (0.29).
Отвал оказывает существенное влияние на донные отложения рассматриваемых рек. Вследствие размыва отвалов речными водами, особенно в период паводка, их смыва дождевыми и талыми водами, а также развевания, часть вещества отвала попадает в реки, переносятся водным потоком и может служить источником вторичного загрязнения поверхностных вод на значительном удалении.
Минералогический анализ песчаных отложений р.р. Чусовой и Усьвы показывает, что в их составе, выше по течению отвала, наблюдается естественная минеральная ассоциация типичная для этой области. Она представлена (в %) в основном кварцем (54-74), полевыми шпатами — альбитом (12-16) и микроклином (6-4), глинистыми минералами — иллитом (4-8) и каолинитом (1-4), присутствуют слюды, хлориты, амфиболы, карбонаты.
В районе отвалов в составе донных отложений определено значительное содержание оксидов и гидрооксидов железа в форме магнетита, вюстита, гетита (суммарное содержание до 10,9%). В значительных количествах присутствуют техногенные образования — металловидные шлаковые частицы (содержание до 30,5%), керамические и стекловатые частицы (0.6-0.9%).
Естественный химический состав водной вытяжки донных отложений рек Чусовой и Усьвы характеризуется преобладанием ионов HCO3, SO4-2, Ca+2. Сумма водорастворимых солей до 3.9 мг/кг. В районе отвала наблюдается увеличение содержания (в мг/кг) SO4-2 (до 1818), Cl- (до 94), NO3- и NO2- (до 121 и 5 соответственно). Отмечается повышенное содержание в донных отложениях ниже отвала (мг/кг) Ti — до 510, Cr — до 1200, Ni — до 1050, Mn — до 290, Cu — до 330.
Таким образом, рассматриваемый объект оказывает существенное негативное влияние на состояние рек Чусовой и Усьвы, которое проявляется в изменение химического состава вод, минерального и микрокомпонентного состава донных отложений. Существующее положение требует разработки в ближайшее время мероприятий по снижению отрицательных воздействий объекта на геологическую среду.
назад