На правах рукописи Смирнова Татьяна Петровна РОЛЬ ХИМИКО-БИОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ В ФОРМИРОВАНИИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МАЛЫХ РЕК В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ ГОРНО-ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ КОМБИНАТОВ 03.00.16 - Экология Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Казань – 2009 Работа выполнена на кафедре аналитической химии Башкирского государственного университета и в Управлении аналитического контроля Министерства природопользования и экологии Республики Башкортостан Научный руководитель: доктор химических наук, профессор Сафарова Валентина Исаевна Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор Евгеньев Михаил Иванович доктор технических наук, профессор Ягафарова Гузель Габдулловна Ведущая организация Казанский государственный университет Защита состоится 10 июня 2009 года в 1600 часов на заседании диссертационного совета Д 212.080.02 при Казанском государственном технологическом университете, 420015, г. Казань, ул. <...> Горно-обогатительные предприятия являются источниками миграции сульфатов, тяжёлых металлов (ТМ) и других элементов, загрязняющих первичные компоненты поверхностной гидросферы – ручьи и малые реки, исследованию которых до настоящего времени уделялось недостаточно внимания. <...> На территории Республики Башкортостан (РБ) сосредоточено несколько крупных горно-обогатительных комбинатов (ГОК) по переработке сульфидных медно-цинковых руд, сбрасывающих свои шахтные и подотвальные воды в малые водотоки, входящие в бассейны рек Урал и Обь. <...> К настоящему времени разработаны способы определения ТМ и установлено влияние различных факторов на форму их нахождения в поверхностных водотоках. <...> Поведение серосодержащих соединений, их циклическая трансформация с образованием «сероводородных зон» исследованы для замкнутых водоёмов (моря, озёра, водохранилища) и эстуариев крупных рек. <...> В то же время, практически не изучена роль соединений серы – участников серного <...>
Роль_химико-биологических_факторов_в_формировании_экологического_состояния_малых_рек_в_зоне_влияния_горно-обогатительных_комбинатов.pdf
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Горно-обогатительные предприятия являются источниками
миграции сульфатов, тяжёлых металлов (ТМ) и других элементов, загрязняющих
первичные компоненты поверхностной гидросферы – ручьи и малые реки,
исследованию которых до настоящего времени уделялось недостаточно внимания.
На территории Республики Башкортостан (РБ) сосредоточено несколько
крупных горно-обогатительных комбинатов (ГОК) по переработке сульфидных
медно-цинковых руд, сбрасывающих свои шахтные и подотвальные воды в малые
водотоки, входящие в бассейны рек Урал и Обь. Незначительная водность, гидрологические
и морфометрические характеристики малых рек, обусловливающие их
ограниченную способность к самоочищению, нередко приводят к тому, что антропогенные
факторы приобретают определяющее значение для их экологического
состояния.
К настоящему времени разработаны способы определения ТМ и установлено
влияние различных факторов на форму их нахождения в поверхностных водотоках.
Поведение серосодержащих соединений, их циклическая трансформация с
образованием «сероводородных зон» исследованы для замкнутых водоёмов (моря,
озёра, водохранилища) и эстуариев крупных рек. В то же время, практически
не изучена роль соединений серы – участников серного цикла, в рассеянии тяжёлых
металлов, их преобразовании и перераспределении между водной фазой и
донными отложениями в малых реках. Сведения об образовании сероводородных
зон в малых реках также отсутствуют.
Вместе с тем известно, что наличие сульфидов (H2S, HS-, S2-), обладающих
высокой реакционной способностью, коренным образом меняет условия миграции
большинства ТМ. Неорганические сульфиды представляют большую опасность
для гидробионтов, а интенсивное выделение в атмосферу сероводорода, образующегося
в химических и биохимических процессах преобразования соединений
серы, значительно ухудшает качество среды обитания людей. В связи с этим
исследование цикла серы в малых реках и разработка способов предотвращения
образования её восстановленных форм представляет собой актуальную задачу.
Работа выполнена в рамках республиканской целевой программы «Экология
и природные ресурсы Республики Башкортостан» на 2004-2010 г.г.
Целью работы являлись разработка и обоснование системы мониторинга
малых рек с целью снижения риска образования «сероводородных зон» на основании
изучения особенностей функционирования серного цикла в малых реках
юго-восточных районов РБ (р. Карагайлы и Буйды) с проведением лабораторных
и натурных исследований процессов биохимического преобразования сульфатов и
других серосодержащих соединений.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
− Оценить интенсивность потоков миграции и перераспределения между водой и
донными отложениями ТМ и различных серосодержащих соединений в р. Карагайлы.
По результатам расчёта интегральных показателей загрязнённости донных
отложений выявить наиболее проблемные участки реки Карагайлы.
3
Стр.3
− Определить состав микробиоценоза речной экосистемы р.Карагайлы и выявить
микроорганизмы, способные к биотрансформации серосодержащих соединений.
− Обосновать антропогенно изменённый цикл серы для малых рек-приёмников
сточных вод различных производств, в том числе по переработке медно-цинковых
руд.
− Разработать схему мониторинга малых рек в зоне влияния ГОК и других предприятий
с учётом вероятности образования «сероводородных зон».
Научная новизна. Доказана потенциальная возможность и обоснованы причины
возникновения сероводородных зон на малых реках в условиях антропогенного
воздействия. Установлено, что одним из факторов формирования сероводородных
зон в малых реках, принимающих сточные воды предприятий горнодобывающей
промышленности, является одновременное поступление органических
соединений со сбросами других предприятий. Впервые для малых рек в зоне
влияния ГОК предложена схема протекания физико-химических и биохимических
процессов для антропогенно изменённого цикла серы. Показано возможное перераспределение
и преобразование серосодержащих соединений в воде и донных
отложениях р. Карагайлы.
Практическая значимость. Выявлены техногенные и природные факторы,
способствующие образованию проблемных участков в пределах русла малой реки.
Показано, что одним из значимых факторов ухудшения качества воды р. Карагайлы
и относительно незагрязнённых шахтных вод Сибайского карьера, поступающих
в реку, является их контактирование с породными отвалами.
Адаптирована методика и разработан порядок исследования донных отложений
с целью определения органических и неорганических форм серы.
С целью снижения вероятности формирования сероводородных зон на малых
реках даны рекомендации по очистке русла от донных отложений для устранения
одного из основных факторов – анаэробных зон, а также по недопущению одновременного
сброса сточных вод, загрязнённых ТМ и сульфатами, и вод, обогащённых
органическими соединениями.
Предложена система мониторинга, обеспечивающая возможность прогнозирования
образования сероводородного загрязнения и планирования эффективных
экологических мероприятий по минимизации негативных последствий.
Результаты работы могут быть использованы при организации природоохранных
мероприятий в зоне влияния горно-обогатительных комбинатов Республики
Башкортостан и Российской Федерации.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались
на международных, российских и региональных научных конференциях
и семинарах. Материалы диссертации были доложены на II Всероссийской
конференции по аналитической химии «Аналитика России - 2007» (Краснодар,
2007); Межрегиональной научно-практической конференции «Чистая вода Башкортостана
- 2008» (Уфа, 2008); II Международном Форуме «Аналитика и Аналитики»
(Воронеж, 2008); XXI Международной научно-технической конференции
«Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии» Реактив4
Стр.4