Содержание к диссертации
стр.
Введение 4
1. Влияние горно-металлургической промышленности на химический состав
природных вод 8
Атмосферные осадки и аэротехногенная нагрузка на водосборы 8
Изменения химического состава поверхностных вод в условиях атмосферного загрязнения 10
Влияние горно-металлургических предприятий на качество подземных вод 14
2. Природные и антропогенные факторы формирования химического состава
природных вод района исследований 37
*
Природные характеристики района исследований 37
Гидрогеологическая характеристика района исследований 39
Экономическое развитие района 41
Основные источники загрязнения Мурманской области тяжелыми 43 металлами
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
Отбор проб атмосферных осадков 50
Опробование поверхностных вод 52
Методика отбора проб донных отложений 53
Опробование подземных вод 53
Химико-аналитические исследования 55
Математическая обработка материалов 57
4. Характеристика атмосферных выпадений 58
4.1. Концентрации основных ионов в атмосферных осадках 59
5. Химический состав поверхностных вод 79
Природная гидрохимическая характеристика поверхностных вод 79
Концентрации основных ионов в поверхностных водах 80
Концентрации микроэлементов в поверхностных водах 90
Оценка качества питьевой воды водозабора г. Мончегорска 102
Химический состав донных отложений озер 105
6. Качество подземных вод 120
Концентрации основных ионов в подземных водах 120
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
Введение к работе
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:
изучение гидрохимического состава природных вод в зоне влияния ГМК СН;
исследование гидрохимического режима природных вод;
изучение территориального распределения гидрохимических параметров природных вод в условиях аэротехногенного загрязнения и поступления сточных вод;
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:
Особенности изменения рН и ионного состава природных вод в условиях аэротехногенного загрязнения и поступления сточных вод горно-металлургического предприятия.
Пространственные и временные закономерности изменения основных гидрохимических параметров природных вод в зоне влияния ГМК СН.
Закономерности распределения микроэлементов в природных водах в зависимости от удаленности от источника загрязнения и фаз водного режима.
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.; 1st International Symposium "Issues in Environmental Pollution", Denver, Colorado, USA, 1998; «Polar Aspects of Global Change», Tromso, Norway, 1998, 3rd 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.
