Диссертационная работа:

Даувальтер Маргарита Васильевна. Формирование химического состава природных вод в зоне влияния горно-металлургического комбината "Североникель" : диссертация ... кандидата технических наук : 25.00.36. - Апатиты, 2004. - 209 с. : ил. РГБ ОД,

стр.
Введение 4

1. Влияние горно-металлургической промышленности на химический состав
природных вод 8

1. Атмосферные осадки и аэротехногенная нагрузка на водосборы 8

2. Изменения химического состава поверхностных вод в условиях атмосферного загрязнения 10

3. Влияние горно-металлургических предприятий на качество подземных вод 14

2. Природные и антропогенные факторы формирования химического состава
природных вод района исследований 37

*

4. Природные характеристики района исследований 37

5. Гидрогеологическая характеристика района исследований 39

6. Экономическое развитие района 41

7. Основные источники загрязнения Мурманской области тяжелыми 43 металлами

8. Влияние горно-металлургических комбинатов на качество природных вод 46 Мурманской области

3. Материалы и методы геоэкологических исследований 49

3.1. Краткий обзор предьщущих геоэкологических исследований на территории

Мурманской области 49

«^ 3.2. Описание объекта геоэкологических исследований 50

3. Отбор проб атмосферных осадков 50

4. Опробование поверхностных вод 52

5. Методика отбора проб донных отложений 53

6. Опробование подземных вод 53

7. Химико-аналитические исследования 55

8. Математическая обработка материалов 57

4. Характеристика атмосферных выпадений 58

4.1. Концентрации основных ионов в атмосферных осадках 59

5. Химический состав поверхностных вод 79

1. Природная гидрохимическая характеристика поверхностных вод 79

2. Концентрации основных ионов в поверхностных водах 80

3. Концентрации микроэлементов в поверхностных водах 90

4. Оценка качества питьевой воды водозабора г. Мончегорска 102

5. Химический состав донных отложений озер 105

6. Качество подземных вод 120

1. Концентрации основных ионов в подземных водах 120

2. Концентрации микроэлементов в подземных водах 137

7. Взаимодействие между атмосферными, поверхностными и подземными водами 157

7.1. Взаимосвязь содержания основных ионов в различных типах природных

вод 158

7.2. Взаимосвязь концентраций микроэлементов в различных типах природных

вод 165

7.3. Защищенность подземных вод 173
Заключение 177
Выводы 190
Список литературы 192
Приложения 205

В эпоху индустриализации природная среда испытывает огромную антропогенную нагрузку, особенно в Заполярье с его легко разрушаемой природой. Широко известно, что арктические и субарктические экосистемы чрезвычайно уязвимы по отношению к антропогенному прессу в силу низкого уровня массо- и энергообменов в холодных широтах. Наиболее сильно подвержены воздействию человека и его хозяйственной деятельности водные источники, в том числе, подземные воды. Кольский Север в силу уникальности и богатства минерально-сырьевых ресурсов имеет высокоразвитый промышленный потенциал. В центральной части Мурманской области, охватывающей водосборные бассейны трех наиболее крупных водоемов (озер Имандра, Умбозеро и Ловозеро) построены мощные промышленные предприятия, такие как ГМК «Североникель» (ГМК СН), ОАО «Апатит», «Олкон», Кольская АЭС, Ловозерский ГОК, Кандалакшский алюминиевый завод (КАЗ СУ АЛ), а также образованные ими города и поселки.

Более семидесяти лет водные объекты Кольского Севера используются как для централизованного питьевого и технического водоснабжения, так и в качестве приемников и утилизаторов сточных вод - промышленных, сельскохозяйственных и коммунальных. Большое количество анионов (SO4²*, СГ), взвешенных веществ, биогенных элементов, тяжелых металлов поступает в поверхностные и подземные воды со стоками горно-металлургического комплекса.

В России, и Мурманской области как индустриально развитой северной территории, одним из актуальных вопросов является разработка методов оценки экологической безопасности существующих технологий в процессе природопользования, в том числе и использования водных ресурсов.

Для хозяйственно-питьевого водоснабжения населения Мурманской области используются поверхностные и подземные воды. Доля использования подземных вод составляет 5% или 17200 м³/сутки. Крайне неблагоприятная экологическая обстановка в ряде промышленных районов области (города Мончегорск, Апатиты, Кандалакша, Заполярный. Никель и др.) возникла из-за существенного загрязнения поверхностных вод сточными водами предприятий горнодобывающей и перерабатывающей промышленности. Интенсивному техногенному воздействию подвержены поверхностные воды рек Печенга, Паз, Тулома, Кола, Нива, озер Имандра, Мончеозеро, используемых для водоснабжения крупных населенных пунктов области. В соответствии со стандартами качества питьевой воды поверхностные воды указанных водных источников могут быть отнесены к умеренно загрязненным. Характерными загрязнителями поверхностных вод являются Си, Ni, Zn, Al, N₀6m, NO3", нефтепродукты и взвеси.

5 Для Мурманской области актуален вопрос переориентации поверхностного хозяйственно-питьевого водоснабжения на подземное. Большинство населенных пунктов области находится в благоприятных гидрогеологических условиях - в зонах развития межгорных микроартезианских бассейнов (г. Апатиты, Кировск, пос. Ревда) или речных долин (г. Мурманск, Оленегорск, Мончегорск, Кандалакша и др.) и могут быть обеспечены хозяйственно-питьевой водой из подземных источников. Грунтовые воды содержатся в осадочных верхнечетвертичных отложениях и, как правило, защищены от прямого загрязнения 10-40-метровой толщей пород. На большей площади гидрогеологических бассейнов возможно создание водозаборов подземных вод.

Диссертационная работа выполнялась в рамках Программы Государственного мониторинга Геологической среды в промышленно-освоенных районах Мурманской области, утвержденной Роскомнедра 27 января 1995г., и тематики НИР ИППЭС КНЦ РАН.

Цель работы заключается в изучении и оценке состояния природных вод в зоне интенсивного влияния техногенной нагрузки ГМК СН.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. изучение гидрохимического состава природных вод в зоне влияния ГМК СН;

2. исследование гидрохимического режима природных вод;

3. изучение территориального распределения гидрохимических параметров природных вод в условиях аэротехногенного загрязнения и поступления сточных вод;

4. выявление взаимосвязи различных типов природных вод и оценка защищенности подземных вод от загрязнения.

Личный вклад автора. В основу работы положены исследования автора, проводившиеся на протяжении последних более чем десяти лет и обобщенные в ряде статей, тезисов и отчетов. Научные разработки, определившие структуру и основные результаты диссертации, а также проведение интерпретации материалов исследований различных типов природных вод, выполнены автором самостоятельно.

Теоретическое значение и научная новизна. На основе предпринятых исследований различных типов природных вод установлены изменения их химического состава с начала деятельности ГМК СН. Впервые проведены комплексные исследования природных вод в зоне влияния ГМК СН и в них определен большой перечень параметров и элементов, а также сезонная динамика гидрохимического режима. Установлено, что химический состав природных вод Мончегорского полигона характеризуется значительной изменчивостью во времени и пространстве. Определено, что многолетнее поступление сточных вод и аэротехногенное загрязнение привели к увеличению минерализации и изменению соотношения ионов в поверхностных и подземных водах Мончегорского района. Максимальные содержания главных

ионов и микроэлементов в поверхностных и подземных водах Мончегорского полигона отмечены зимой, а минимальные содержания зафиксированы в период весеннего половодья. Установлено значительное повышение концентраций тяжелых металлов (Ni, Си, Со, Hg, Cd и Pb) и As в поверхностных слоях донных отложений (ДО) исследуемых озер Мончегорского полигона. Установлено, что практически все компоненты химического состава атмосферных осадков и подземных вод не имеют максимальных значений вблизи ГМК СН, а максимумы концентраций удалены на расстояние 5-10 км. Выявлено наличие хорошей гидравлической связи подземных вод с поверхностными водами. На защиту выносятся:

1. Особенности изменения рН и ионного состава природных вод в условиях аэротехногенного загрязнения и поступления сточных вод горно-металлургического предприятия.

2. Пространственные и временные закономерности изменения основных гидрохимических параметров природных вод в зоне влияния ГМК СН.

3. Закономерности распределения микроэлементов в природных водах в зависимости от удаленности от источника загрязнения и фаз водного режима.

4. Оценка качества поверхностных и подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Практическое значение. Результаты исследований служат основой принятия согласованных природоохранных решений по снижению выбросов и стоков металлургическими комбинатами. Установлено, что вода оз. Мончеозера характеризуется как довольно чистая с точки зрения требований к питьевым водам и ее качество ухудшается по мере прохождения через систему стальных трубопроводов. Рекомендована замена стальных труб на пластиковые трубы, не выделяющих в питьевую воду загрязняющих веществ (в первую очередь Fe, Мп и Zn) в условиях высокой агрессивности низкоминерализованных и насыщенных кислородом вод. Определено, что грунтовые воды Мончегорского полигона характеризуются плохой защищенностью от загрязнения. Концентрации многих загрязняющих элементов и веществ в грунтовых водах выше, чем в воде Мончеозера. Поэтому использовать грунтовые воды Мончегорского полигона для питьевого водоснабжения г. Мончегорска в настоящее время не рекомендуется. Результаты исследований вошли составной частью в отчеты ОАО КГИЛЦ и указывают на необходимость дальнейшего геоэкологического мониторинга.

Материалы диссертации доложены на ряде российских и международных научных конференций: «Экологические проблемы Севера Европейской территории России». Апатиты, 1996 г.; 28" International Arctic Workshop «Arctic and Alpine Environments. Past and Present», Boulder, Colorado, USA 1998; V научной конференции «Актуальные проблемы биологии», Сыктывкар, 1998; «Антропогенное воздействие на природу севера и его экологиче-

7 ские последствия», Апатиты, 1998 г.; 1^st International Symposium "Issues in Environmental Pollution", Denver, Colorado, USA, 1998; «Polar Aspects of Global Change», Tromso, Norway, 1998, 3^rd International Lake Ladoga Symposium, Petrozavodsk, 1999, «Экологические проблемы северных регионов и пути их решения», Апатиты, 2004, «Геодинамика и геологические изменения в окружающей среде северных регионов», Архангельск, 2004.

Автор выражает глубокую благодарность всем коллегам, которые помогли в проведении полевых исследований и выполнении химических анализов, и особенно, коллективам ОАО КГИЛЦ, лаборатории водных экосистем ИППЭС КНЦ РАН и кафедры геоэкологии Мурманского государственного технического университета.