Воздействие техногенного пылевого загрязнения на экосферу и здоровье человека закрытого горного предприятия Приамурья

Многолетний опыт исследований российских и зарубежных ученых свидетельствует о негативном воздействии горно-обогатительных комбинатов, как действующих, так и закрытых [1–4], на объекты окружающей среды и человека. Загрязнение окружающей среды соединениями тяжелых металлов (Cr, Cd, Pb и As) в горнодобывающих районах, где существуют и горная промышленность, и сельское хозяйство, вызывает серьезную обеспокоенность во всем мире [5–16]. Исследования зарубежных ученых в Южной Африке, Мексике, Китае показали высокие уровни загрязнения металлами почв, сельскохозяйственных растений и микробного сообщества [5–9]. Xu Zhang et al., проанализировав особенности миграции Fe, Mn, Cr, Pb, подчеркнули высокий уровень содержания данных элементов в почвах, растениях, отмечая их высокую фитотоксичность, значительное ухудшение при этом качества воды. Биодоступные формы тяжелых металлов вызывают большие экологические риски, угрожая в конечном итоге здоровью человека [8]. Karaca O. и др. отмечают, что загрязнение тяжелыми металлами может повлиять на биоразнообразие и экономическое благосостояние региона исследований [6]. Ying-Nan Huang et al. отмечают, что дети более чувствительны, чем взрослые, к воздействию металлов Cd и Cr, что отражено в значениях HI и CR , превышающих допустимый уровень [5, 9].

За последнее время в Дальневосточном федеральном округе (ДФО), в том числе в Приамурье, были закрыты горнодобывающие предприятия, в том числе оловорудные, что привело к серьезным экологическим проблемам. Так, закрытый ныне «Солнечный

ГОК» долгие годы являлся одним из крупнейших горнопромышленных предприятий Дальнего Востока. Оловорудное месторождение в центральной части Хабаровского края отрабатывалось в течение десятков лет, начиная с середины прошлого века. После прекращения добычи и закрытия горнодобывающего предприятия негативное воздействие на окружающую среду и прилегающую территорию может продолжаться в течение длительного времени. К основным видам такого воздействия относятся разрушение ландшафта и почвенно-растительного покрова, изменение состояния и состава подземных и поверхностных вод, уменьшение биоразнообразия, выход опасных веществ на дневную поверхность.

В настоящее время возникла необходимость организации комплексного экологического мониторинга изменения экосистем, а также прогноза влияния техногенных объектов для разработки мероприятий, направленных на снижение негативных последствий, вызванных многолетней горнопромышленной деятельностью горных предприятий, и устранение накопленного вреда окружающей среде (отходов переработки минерального сырья) в оловодобывающих районах Дальнего Востока, в том числе в Приамурье. В связи с этим целью исследования явилась оценка влияния соединений Pb, Сd, Cr и As на окружающую среду и здоровье населения горняцкого поселка Солнечный для обеспечения экологической безопасности. Исходя из цели определены следующие задачи: 1) анализ и систематизация литературных данных по проблеме техногенного пылевого загрязнения; 2) оценка горнопромышленной техногенной системы как источника загрязнения экосистем соединениями

ГОРНЫЕ НАУКИ И ТЕХНОЛОГИИ                                   https://mst.misis.ru/

2021;6(1):16–22                                         Растанина Н. К., Колобанов К. А. Воздействие техногенного пылевого загрязнения...

токсичных элементов в границах влияния закрытых горнорудных предприятий; 3) разработка предложений по снижению влияния горного техногенеза на состояние экосистемы и здоровье человека.

Объекты и методы исследования

Объектами являются природно-горнопромышленные системы, сформировавшиеся в прошлом веке благодаря деятельности Солнечного горно-обогатительного комбината. Потенциальным источником техногенного загрязнения являются отходы переработки оловорудного сырья. Для количественного анализа состава проб (отходов переработки оловорудного сырья, почв, растительности, биологического материала) был использован метод атомно-абсорбционного анализа по методике измерений содержания металлов в твердых объектах методом спектрометрии с источником ионов в виде индуктивно связанной аргоновой плазмы. На масс-спектрометре (ICP-MS Elan 9000, Канада) определялось количественное содержание соединений тяжелых металлов и мышьяка [17]. Согласно руководству по оценке риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду [18], для определения величин популяционных канцерогенных рисков ( PCR ), отражающих дополнительное число случаев злокачественных новообразований, способных возникнуть на протяжении жизни вследствие воздействия исследуемого фактора, проводится расчет по формуле

PCR = CR · POP , (1) где CR - индивидуальный канцерогенный риск, POP -численность исследуемой популяции, чел.

Расчет дополнительной вероятности развития онкологического заболевания у индивидуума на протяжении всей жизни ( CR ) выполнен по формуле

CR = LADD · SF ,              (2)

где LADD – среднесуточная доза поступления элемента в течение жизни, мг/(кг · день); SF – фактор канцерогенного потенциала, (кг · день)/мг.

Среднесуточная доза поступления элемента в организм человека в течение жизни рассчитывается по формуле

LADD =

(( Ca • Tout • Vout ) + ( Ch • Tin • Vin )) • EF • ED

BW • AT • 365

, (3)

где Ca - концентрация вещества в атмосферном воздухе, мг/м³; Tout - время, проводимое вне помещения, ч/день; Vout - скорость дыхания вне помещения, м³/ч; Ch - концентрация вещества в воздухе помещения, мг/м³; Tin - время, проводимое внутри помещения, ч/день; Vin - cкорость дыхания внутри помещения, м³/ч; EF - частота воздействия, дней/год; ED - продолжительность воздействия, лет; BW - масса тела человека, кг; AT - период усреднения экспозиции, лет.

Результаты и обсуждение

Специфика добычи и обогащения оловянной руды на исследуемом горном предприятии заключалась в извлечении и переработке огромного объема горной массы, использовалась лишь небольшая часть, а остальная накапливалась в виде техногенных отходов, так называемых хвостов, размещенных в специальном сооружении – хвостохранилище. Этот гидротехнический объект был спроектирован и введен в действие в 1969 г. В процессе добычи руды произошло формирование новых, не свойственных данной территории техногенных форм. За время деятельности ГОКа в нем накоплено около 16 млн м3 отходов [1]. В 2001 г. в результате прекращения деятельности предприятия хвостохранилище центральной обогатительной фабрики Солнечного ГОКа было осушено, но его поверхность, вопреки законодательству РФ, согласно которому недропользователь обязан провести консервацию техногенного объекта, не была своевременно рекультивирована.

Миграция химических элементов и их соединений в результате сложных физико-химических процессов преобразования минералов, содержащихся в отходах, происходящая в приповерхностной части литосферы, в условиях повышенной аэрации является одной из основных причин экологического загрязнения экосферы. В настоящее время хростохранилище закрытого Солнечного ГОКа является мощным источником пылевыделения, интенсивного техногенного загрязнения токсичными элементами объектов окружающей среды [2, 3]. На поверхности и в толще хвостов, особенно в засушливое время, появляются налеты, тонкие корочки и пленки техногенных минералов из классов сульфатов, карбонатов, силикатов, арсенатов и др. [1]. В результате процесса гипергенеза и техногенеза в отходах горнорудного производства формируются высокоминерализированные растворы, содержащие большое количество соединений тяжелых металлов [4]. Они попадают в поверхностные, грунтовые воды и разносятся на большие расстояния, загрязняя компоненты среды [3, 4].

На современном этапе недостаточно изучена роль техногенного загрязнения в формировании экологической обусловленности ряда заболеваний человека. Необходимо отметить, что горняцкий поселок Солнечный расположен в 3 км от данного хвостохрани-лища. Население проживает в условиях постоянного превышения нормативных показателей содержания загрязняющих веществ, в том числе в атмосферном воздухе [3, 4].

Многочисленные исследования свидетельствуют о том, что детское население более чувствительно к влиянию неблагоприятных факторов окружающей среды [5, 9, 10].

Исследования в области влияния оловорудной промышленности на природные компоненты свидетельствуют о том, что проблема загрязнения экосферы является одной из самых актуальных, особенно в границах влияния закрытых горных предприятий Дальневосточного федерального округа. Вопросы защиты окружающей среды представляют сложную экологоэкономическую задачу, включающую необходимость разработки и реализации ряда природоохранных мероприятий, обеспечивающих минимизацию негативного влияния отходов горного производства на все природные составляющие и человека [4], в том https://mst.misis.ru/

2021;6(1):16–22

числе организация экологического мониторинга. Он направлен на решение задач, обозначенных в ФЗ № 7 «Об охране окружающей среды» [19]. В соответствии с ФЗ № 7 цели экологического мониторинга включают: 1) наблюдение за состоянием окружающей среды, в том числе в районах расположения источников антропогенного воздействия; 2) наблюдение за воздействием антропогенных источников на окружающую среду; 3) обеспечение потребностей государства, юридических и физических лиц достоверной информацией, необходимой для предотвращения и (или) уменьшения неблагоприятных последствий изменения состояния окружающей среды. В связи с этим существует необходимость создания и развития системы экологического мониторинга в исследуемом районе.

В рамках экологического мониторинга в результате многолетних исследований проводилось определение химического содержания соединений тяжелых металлов в отходах обогащения, почвах, растительности, снежном покрове, биологическом материале человека (волосах). Так, анализ минерального состава отходов подтверждает наличие в них высокого содержания соединений тяжелых металлов, в том числе наиболее опасных. В соответствии с имеющимися на сегодняшний день классификациями к ним относятся и такие элементы, как хром (Cr), мышьяк (As), кадмий (Cd) и свинец (Pb). Из тела техногенного объекта в воздушный бассейн выделяется около его поверхности значительное количество газов. Загрязнение воздушного бассейна здесь можно отнести к экстремально высокому. Концентрация аэрозолей оказалась выше фоновой в 80 раз. Средневзвешенные концентрации соединений тяжелых металлов в снежном покрове в зимние сезоны оказались следующими (мг/дм3): Pb – 0,001; Cd – 0,002; Cr – 0,001.

Установлено превышение ПДК в почвах и растительности для соединений As, Cr, Pb. Кроме того, почвенный покров является депонентом техногенного загрязнения. Почвы медленно реагируют на изменения в окружающей среде, однако фиксируют и аккумулируют токсичные элементы. В границах влияния хвостохранилища зафиксировано накопление растениями соединений Pb и Cr, Cd преимущественно в листьях и корнях растений.

Обследование образцов волос у детей от 3 до 14 лет горняцкого поселка Солнечный на содержание соединений химических элементов (As, Cr, Cd, Pb) свидетельствует о том, что в исследуемой группе детей отмечены следующие региональные особенности элементного статуса:

• -    у девочек наблюдается превышение по содержанию Cr в 3,5, Pb в 2,61 раза соответственно в сравнении с данными по России [20]. В порядке возрастания кратности превышения для данных элементов можно сказать, что кратность превышения содержания Pb < Cr. Не превышает средние показатели по России содержание элементов As (0,015 мг/кг), Cd (0,103 мг/кг);

• -    у мальчиков наблюдается превышение по содержанию только Cr в 1,54 раза. Не превышает средние показатели содержание элементов As (0,015 мг/кг) и Cd (0,103 мг/кг).

Особенностью элементного статуса детей в исследуемой группе являются высокие показатели содержания соединений тяжелых металлов Pb, Cr и As. Наши исследования подтверждают данные о том, что детский растущий организм активно адсорбирует токсичные элементы [21–24].

При анализе воздействия соединений элементов (As, Cr, Pb) как канцерогенных факторов при ингаляционном попадании в организм человека [18] в поселке Солнечный получили следующие данные по величине индивидуального и популяционного риска (табл. 1).

Таблица 1 Популяционные и индивидуальные канцерогенные риски для населения п. Солнечный

Элемент	Содержание в воздухе, мг/м3	SF , (мг/(кг · ч день))–1	LADD , мг/кг день	CR	PCR
As	0,0032	15	4,7 · 10–5	7,05 · 10–4	9
Cr	0,0017	42	2,5 · 10–5	1,05 · 10–3	12
Pb	0,0028	0,042	4,2 · 10–5	1,76 · 10–6	< 1

В соответствии с критериями приемлемости риска, обусловленного воздействием загрязняющих веществ, индивидуальный канцерогенный риск по хрому CR = 1,05 · 10^–3 относится к четвертому диапазону (индивидуальный риск в течение всей жизни, равный или более 1 · 10^–3), он неприемлем ни для населения, ни для профессиональных групп. Данный диапазон обозначается как De manifestis Risk, и при его достижении необходимо давать рекомендации для лиц, принимающих решения, о проведении экстренных оздоровительных мероприятий по снижению риска [18]. По мышьяку значение популяционного риска ( CR = 7,05 ^{– 4}) превышает приемлемое значение для населения. По соединениям свинца индивидуальный канцерогенный риск является допустимым ( CR = 1,76 · 10^–6). Для снижения негативного влияния на экосферу хвостохранилищ, содержащих токсичные отходы, предложены технологические решения, новизна которых подтверждена патентами РФ (2017, 2019) [25, 26].

Заключение

Результаты исследования свидетельствуют о том, что состояние окружающей среды в границах закрытого оловорудного предприятия Солнечный ГОК в Приамурье оценивается как критическое.

Улучшение состояния сложившейся ситуации в границах влияния закрытого оловорудного предприятия возможно при формировании центра экологического мониторинга в районе исследования, основной задачей которого является обеспечение комплексного подхода к контролю содержания токсичных элементов в компонентах биосферы; организация эффективной системы сбора, обработки и передачи результатов мониторинга, а также прогноза. Созданы новые методы, направленные на обеспечение экологической безопасности отходов переработки минерального сырья, новизна которых подтверждена патентами (2017, 2019) [25, 26].

ГОРНЫЕ НАУКИ И ТЕХНОЛОГИИ                                   https://mst.misis.ru/

2021;6(1):16–22                                         Растанина Н. К., Колобанов К. А. Воздействие техногенного пылевого загрязнения...

2021;6(1):16–22