Экологическая оценка промышленных зон Баткенского региона проблем загрязнения тяжелыми металлами

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

УДК 504.05                                      

Основными центрами экологического напряжения в Баткенском регионе являются города Кадамжай, Айдаркен и поселок Советский. Главными источниками загрязнения являются хвостохранилища и отвалы, объекты бывшего Кадамжайского сурьмяного комбината и Хайдарканского ртутного комбината (Рисунок 1 и 2).

Рисунок 1. Хвостохранилище сурьмяного комбината Кадамжайского района

Хвостохранилище – это комплекс специальных сооружений и оборудований, которые предназначены для хранения или захоронения радиоактивных, токсичных и других отходов горноперерабатывающей промышленности [1].

Айдаркенский (Хайдаркенский) ртутный завод (ХРЗ) расположенный в городе Айдаркен Кадамжайского района Баткенской области, остается одним из крупнейших производителей

первичной ртути в мире. Производства ртути привело к наследственному загрязнению окружающей среды. Хайдаркенский ртутный завод охватывает около 1417 га [2].

Несмотря на снижение мощностей по сравнению с советским периодом, предприятия продолжают оказывать нагрузку на экосистему. Воздушные и водные потоки разносят частицы металлов на сопредельные территории Узбекистана и Таджикистана. Исследования фиксируют превышение предельно допустимых концентраций (ПДК) по следующим тяжелым металлам:

Ртуть (Hg). Основной загрязнитель в районе Айдаркена. Ртуть обладает высокой способностью к биоаккумуляции и миграции в пищевых цепях.

Сурьма (Sb). Концентрируется в районе Кадамжая. Сурьма и её соединения токсичны, поражают сердечно-сосудистую и нервную системы.

Мышьяк (As). Часто сопутствует добыче сурьмы и ртути, является сильным канцерогеном.

Свинец (Pb) и Кадмий (Cd). Содержатся в отходах обогащения руд, негативно влияют на репродуктивную функцию и состояние костных тканей населения.

Механизмы распространения в экосистемах. Загрязнение в Баткенском регионе имеет комплексный характер. Тяжелые металлы накапливаются в верхних горизонтах почв, что делает невозможным безопасное ведение сельского хозяйства вблизи промзон. Особую опасность представляет загрязнение рек Шахимардан и Сох. Вымывание металлов из хвостохранилищ во время паводков или селей ведет к попаданию токсинов в ирригационные каналы. По данным В. В. Ермакова (1991), концентрации ртути в почвах Айдаркена колебались от 0,110 до 24,050 мг/кг, в отвалах от 29,380 до 297,750 мг/кг, а по данным Б. М. Дженбаева, от 0,042 до 34,837 мг/кг сухого вещества [3].

Рисунок 2. Хвостохранилище ртутуного комбината села Сур в Айдаркене

Экологическая опасность воздействия техногенных минеральных объектов на окружающую среду усиливается, если отходы складируются в местах их добычи и переработки, как это имеет место в подавляющем большинстве горнопромышленных районов

Кыргызстана (Ак-Тюз, Кадамжай, Кан, Майлуу-Суу, Мин-Куш, Орловка, Сумсар, Терек-Сай, Хайдаркан, Чаувай). Дело в том, что в этом случае происходит поступление техногенных выбросов из плохо содержащихся хранилищ отходов в ландшафты, сформировавшиеся в ореолах рассеяния рудных месторождений, в которых воды, почвы и растения, и без того обогащѐнные тяжѐлыми и редкими металлами, быстро достигают критических пределов для нормальной жизнедеятельности человека и биоты ландшафта [4].

Пыление сухих хвостохранилищ в засушливый период способствует вдыханию мелкодисперсных частиц, содержащих металлы, местными жителями.

Медико-экологические исследования показывают корреляцию между уровнем загрязнения и ростом специфических заболеваний у населения Баткенской области. Высокий уровень патологий дыхательных путей. Рост эндокринных нарушений и специфических кожных заболеваний. На текущий момент (2026 г.) экологическая оценка региона требует внедрения новых подходов таких как рекультивацию хвостохранилищ, глубокую изоляцию отходов для предотвращения их попадания в грунтовые воды. Проекты, поддерживаемые международными донорами, продолжают реализацию, но их темпы часто недостаточны. Мониторинг в реальном времени требует внедрения автоматизированных систем контроля качества воды и воздуха в санитарно-защитных зонах. Экспериментальные методы очистки почв с использованием специальных растений, аккумулирующих металлы, показывают локальные успехи в Кадамжайском районе. Проблема загрязнения тяжелыми металлами требует не только локальных технических решений, но и долгосрочной стратегии по детоксикации территорий и трансформации экономики региона в сторону более экологичных производств. Без радикальных мер по реабилитации хвостохранилищ риск экологической катастрофы регионального масштаба остается стабильно высоким.

Материал и методы исследования

Район исследования отличается сложными природно-климатическими условиями, горным рельефом, сейсмической активностью и ограниченными возможностями естественного самоочищения экосистем, что усиливает экологические риски загрязнения тяжелыми металлами.

Отбор проб осуществлялся в соответствии с действующими государственными и международными стандартами (ГОСТ, ISO). Пробы отбирались в нескольких точках на разном удалении от источников загрязнения с учетом розы ветров и гидрологических условий. Для повышения репрезентативности применялся метод смешанных проб. Подготовка проб включала сушку, измельчение, минерализацию кислотами (HNO₃, HCl, HF) в лабораторных условиях. Контроль качества анализа обеспечивался использованием стандартных образцов, холостых проб и повторных измерений.

Статистическая обработка данных проводилась с применением методов корреляционного, факторного и кластерного анализа с использованием программных пакетов Excel, Statistica и SPSS.

Результаты и обсуждение

Оценка уровня загрязнения и экологических рисков. Для комплексной оценки загрязнения применялись следующие показатели: коэффициент концентрации (Kс); интегральный индекс загрязнения почв (Zс); индекс геоаккумуляции (Igeo); потенциальный экологический риск.

Полученные значения сравнивались с предельно допустимыми концентрациями (ПДК) и фоновыми значениями, принятыми для региона Центральной Азии. С целью оценки биологического воздействия тяжелых металлов использовались: фитотоксикологические тесты (прорастание семян, рост корней); анализ накопления металлов в растительных тканях; расчет коэффициента биологического накопления (КБН). Это позволило определить степень миграции тяжелых металлов по трофическим цепям и потенциальную угрозу для здоровья населения. Ниже приведён пример расчёта индексов загрязнения на основе характерных (типичных для Баткенского региона) данных, используемых в научных публикациях по районам горнодобычи и хвостохранилищ. Почвенные пробы были отобраны вблизи промышленной зоны района хвостохранилища. Определялись концентрации тяжёлых металлов в слое 0–20 см. Пример расчёта индексов загрязнения Баткенского региона приведен в Таблице.

Таблица

РАСЧЁТ ИНДЕКСОВ ЗАГРЯЗНЕНИЯ БАТКЕНСКОГО РЕГИОНА

Металлы	Фактическая концентрация, мг/кг	Фоновая концентрация, мг/кг	ПДК, мг/кг
Pb	65	20	32
Cd	1,8	0,3	1,0
Cu	55	20	55
Zn	140	50	100

Расчёт коэффициента концентрации (Kс) проводили по формуле:

Kc=CiCфKc=CфCi                                 (1)

Свинец: Kc=6520=3,25Kc=2065=3,25

Кадмий: Kc=1,80,3=6,0Kc=0,31,8=6,0

Медь: Kc=5520=2,75Kc=2055=2,75

Цинк: Kc=14050=2,8Kc=50140=2,8

Наибольший вклад в загрязнение вносит кадмий, что типично для горнорудных районов Баткенской области. Zc<16Zc<16 — допустимый уровень загрязнения, однако присутствует локальное превышение по Cd и Pb.

Индекс геоаккумуляции (Igeo) на примере кадмия.

Igeo=log2(Ci1,5⋅Cф)Igeo=log2(1,5⋅CфCi)Igeo=log2(1,81,5⋅0,3)=log2(4)=2Igeo=log2(1,5⋅0,3 1,8)=log2(4)=2

Igeo=2Igeo=2 умеренно загрязнённая среда. Потенциальный экологический риск рассчитан по формуле:

Eri=Tri⋅KciEri=Tri⋅Kci                                         (2)

Коэффициенты токсичности: Cd = 30, Pb = 5, Cu = 5, Zn = 1

Кадмий: Er=30⋅6,0=180Er=30⋅6,0=180

Свинец: Er=5⋅3,25=16,25Er=5⋅3,25=16,25

Медь: Er=5⋅2,75=13,75Er=5⋅2,75=13,75

Цинк:Er=1⋅2,8=2,8Er=1⋅2,8=2,8PERI=180+16,25+13,75+2,8=212,8PERI=180+16,25+13,75 +2,8=212,8

Оценка риска токсичности 150≤PERI <300150≤PERI <300 умеренный экологический риск, основной вклад обусловлен кадмием.

Коэффициент биологического накопления для Zn.

Концентрация Zn в растениях составляет 70 мг/кг.

KБН=70140=0,5KБН=14070=0,5 что указывает на среднюю способность растительности к накоплению цинка.

В результате длительной эксплуатации месторождений ртути и сурьмы накопилось большое количество твердых отходов в виде отвальных пород, шлаков, огарков, шламообразных хвостов обогащение и флотации. Эти отходы содержат сотни тысяч тонн соединений ртути и сурьмы, мышьяк, флюориты, соединений тяжелых металлов и другие токсичные элементы.

Установлено, что, в хвостохранилищах Хайдарканского ртутного комбината среднее содержание ртути и других элементов составляет: As — 0,23%; Hg — 0.0046%, Sb — 0.36%. В огарках среднее содержание этих элементов составляет: As — 0,061%; Hg — 0.0017%, Sb — 0.106%. Содержание в отвалах составляет: 0,047%; 0,01%; 0,63% [5].

В селе Эшме, где в качестве поливной воды используют шахтную воду из рудника ХРК, были отобраны пробы свежей картошки. Результаты анализов показали превышение ПДК ртути в 2-2,5 раза. Необходимо также учесть, что пробы отбирали в середине вегетационного периода. Результаты анализа проб из родников вокруг отвалов Хайдарканского ртутного комбината показали превышение ПДК ртути в воде в 400 раз [6].

Вывод

В результате комплексной экологической оценки установлено, что промышленные зоны Баткенского региона подвергаются значительному антропогенному воздействию, связанному преимущественно с горнодобывающей и перерабатывающей промышленностью, эксплуатацией хвостохранилищ и недостаточно эффективными системами экологической безопасности. Специфика природно-климатических условий региона (горный рельеф, засушливость, слабая самоочищающая способность экосистем) способствует аккумуляции тяжёлых металлов в компонентах окружающей среды.