Загрязнение мышьяком природных объектов в районе комбината «Тувакобальт»

Одним из наиболее экологически опасных объектов в Республике Тыва, представляющих реальную угрозу регионального загрязнения, является хранилище отходов производства выведенного из эксплуатации горно-металлургического комбината «Тувакобальт». Твердые отходы объемом 1,7 млн. куб. м накоплены за 20 лет работы комбината в результате нерационального использования минерального сырья, так как из 13 металлов, содержащихся в рудах, извлекали только кобальт. В настоящее время отходы размещены в прудовых захоронениях – картах – и содержат в промышленных концентрациях Ni, Cu, Bi, Sb, Ag и 75 тыс. т As – токсиканта 1-го класса опасности.

Во время работы комбината карты-хранилища были залиты водой, после прекращения деятельности они были осушены и подвергаются ветровой эрозии. Токсичная пыль распространяется по ветру на юг в направлении с. Сайлыг, нанося непоправимый вред окружающей природе [Ондар и др., 2000, с. 67, Ондар, 2001].

Отбор проб природных объектов. Для исследования загрязненности территории, прилегающей к комбинату «Тувакобальт», были отобраны несколько групп проб, первая партия проб была отобрана 10 лет назад, и для изучения динамики загрязненности территории в сентябре 2009 года – взята вторая партия проб. Чтобы изучить распределение приоритетного поллютанта в эпицентре загрязнения, отобрали пробы шламов в нерекультивированных картах-хранилищах (рис. 1).

Для изучения распределения As в поверхностном слое почвы на различных расстояниях от карт-хранилищ отобрали также группу проб. В среднем 10 лет назад – более 100 проб, осенью 2009 года – около 30 проб. Для сравнения были отобраны пробы почв на фоновых участках – 5 км и т. д. до 30 км от комбината. Пробы почв отбирали с глубины 0–20 см, захватывая верхние гумусосодержащие горизонты (А 0 –А).

Чтобы оценить степень накопления As растениями отобрали пробы растительных материалов – травосмесей, мхов и лишайников – непосредственно на краю карт-хранилищ и также на различных расстояниях от хранилищ. Пробы растений отбирали, захватывая все органы (корни, стебли и органы вегетации). Все пробы растительных материалов отбирали в сентябре (1999 и 2009), когда накопление металлов растениями должно быть максимально.

Рис. 1. Схема территории исследования: 1 – карты-хранилища; 2 – с. Сайлык

Для оценки степени накопления металлов в животных тканях отобрали пробы органов животных (уже заготовленных на мясо, но выращенных в с. Сайлыг). При отборе отрезали по несколько (5–10 кусочков) от каждого отбираемого органа (печень, почки, легкое, копыта, мясо и др.) так, чтобы общая масса пробы была не менее ~50 г. Кроме того, было отобрано несколько проб волос человека в с. Сайлыг с целью изучения поступления As в организм человека.

Изучение источника загрязнения. Все отобранные пробы были проанализированы атомно-абсорбционным методом или рентгенофлуоресцентным. В табл. 1 приводятся результаты определения валового содержания As в пробах шламов.

Результаты определения As в пробах шламов показывают, что токсикант распределен в шламах крайне неравномерно и его содержание варьирует от 0,20 до 6,2 %. В пробах, отобранных осенью 2009 года, As немного меньше – от 0,72 до 3,36 %, но надо учитывать тот факт, что выборка в последнем случае меньше. Таким образом, в исследованных пробах шламов, отобранных из нерекультиви-рованных карт-хранилищ (т. е. хранилища открыты ветровой эрозии, ничем не огорожены, туда могут попасть дети, домашние животные), содержание As превосходит предельно-допустимые концентрации для почв (ПДК=2 мг / кг, или 0,0002 %) [ГОСТ 17.4.2.01-81, 1981] в среднем от 8400 до 8900 раз.

Таблица 1

Результаты определения содержания As в шламах

Время отбора	№ пробы	Содержание As, %	Среднее содержание As в пробах
Осень 1999 г.	1	0,50±0,01	1,78
	2	1,80±0,03
	3	3,9±0,1
	4	0,57±0,02
	5	0,45±0,01
	6	0,79±0,02
	7	0,42±0,01
	8	0,20±0,01
	9	2,37±0,04
	10	0,62±0,02
	11	6,2±0,01
	12	0,43±0,01
	13	5,0±0,1
Осень 2009 г.	1	3,36±1,7	1,68
	2	1,09±0,54
	3	0,72±0,36
	4	1,53±0,77

Изучение почвенного покрова. Поскольку проб почв отобрано было достаточно много, ниже приведены средние содержания As в группах проб и результаты их статистической обработки (табл. 2).

Как видим из данных табл. 2, пробы почв низменности, непосредственно примыкающей к отвалам, характеризуются высокой степенью загрязненности мышьяком, содержание мышьяка варьирует от 10 до 160 мг / кг, что превосходит ПДК соответственно от 5 до 80 раз. Оценивали коэффициенты корреляции r (xy) (x = C (As) , y = L – расстояние от точки отбора до карт-хранилищ), значение которых варьируют от 0,674 до 0,827 при табличном значении, равном 0,497.

Высокая степень загрязненности почв этого участка обусловлена близостью его расположения к хранилищам и совпадением линий отбора с направлением «розы ветров» данной местности от хранилищ.

Кроме того, в пробах почв, отобранных на различных расстояниях от карт-хранилищ наблюдается уменьшение содержания мышьяка в зависимости от расстояния от карт до точки отбора пробы, для некоторых групп проб коэффициенты корреляции r значимы. Неравномерность распределения As в пробах, отобранных по линиям, характеризуется относительным стандартным отклонением, изменяющимся в пределах от 23 до 46 %, в зависимости от линии отбора.

Несмотря на то что группы проб 7–9 отбирали на разных расстояниях и в различных направлениях от хранилищ, в данных пробах содержится примерно равное количество As – от 17 до 37 мг / кг, степень загрязненности почв составляет H(C) = 11. Повышенное содержание мышьяка в этих пробах может быть объяснено загрязняющим влиянием комбината и высокими содержаниями As в коренных породах.

Таблица 2

Результаты оценки загрязненности почв мышьяком

Время отбора проб	№ групп проб	Описание группы проб	R=Cmin-Cmax, мг / кг	Среднее содержание As, мг / кг	H(C)=C/ПДК
1999 г.	1	Линия отбора 2 от карт на юг-запад к с. Сайлыг	50–160	79	40
	2	Линия отбора 2	47–110	76	38
	3	Линия отбора 3	50–140	68	34
	4	Линия отбора 4	43–90	57	29
	5	Линия отбора 5	50–70	61	31
	6	Линия отбора 6	40–55	45	23
	7	7 км к северо-востоку от комбината	19–37	24	12
	8	5 км к северу от комбината	17–25	20	10
	9	10 км к юго-востоку от комбината (м. Онга-ча)	21–28	24	12
	10	30 км от комбината (м. Чал-Кежиг)	5–6	5,4	2,7
2009 г.	11	Линия отбора 11 от карт на юго-запад к с. Сайлыг	26–123	69	34
	12	Линия отбора 12	10–159	58	29
	13	Линия отбора 13	19–120	53	26

Содержание As в пробах почв, отобранных через 10 лет, показали, что степень загрязненности их не уменьшилась, по-прежнему высоки H(C) = 26 – 34. В фоновых пробах мышьяк не был обнаружен, так как на этот раз использовалась другая методика.

Изучение растительного покрова. По возможности в тех же местах, где отбирали пробы почв, отобрали и растительные материалы. Полученные результаты сравнивали с ПДК As в грубых кормах, равным 0,5 мг / кг. Было проанализировано около 30 проб растительных материалов, в некоторых пробах содержание As ниже предела обнаружения.

В целом можно отметить тенденцию уменьшения содержания As (от 410 до 1 мг / кг) в зависимости от расстояния (L) от хранилищ до места отбора. Самые высокие содержания As наблюдаются в пробах растений, отобранных на границе нерекультивированных карт-хранилищ – соответственно 410 и 140 мг / кг в пробах мха и травосмеси, что превышает ПДК в 820 и 280 раз.

По мере удаления от хранилищ содержание As в пробах растений снижается до 4 мг / кг. Рассчитали коэффициенты корреляции r (xy) (x = C (As) , y = L), значение которого равно 0,870 при табличном значении, равном 0,497. Раздельный анализ наземной и корневой частей одних и тех же растений показал, что содержание As в корнях примерно в 2–3 раза превышает его содержание в наземной части растения, что свидетельствует о роли корневой системы растений в аккумулировании тяжелых металлов.

Результаты анализа мытых и немытых проб растений указывают, что большая часть As в растении находится в виде почвенной пыли. Однако при оценке опасности попадания данного токсиканта в пищевую цепь следует рассматривать результаты анализа немытой наземной части растений, поедаемой в таком виде животными.

Таким образом, проведенная оценка загрязненности As растительного покрова показывает, что значение коэффициента загрязненности изменяется от 2 до 820 в зависимости от места отбора пробы растения от эпицентра загрязнения, что свидетельствует об опасности использования данной территории в качестве пастбища для домашнего скота.

Изучение накопления As в животных тканях. Отобранные пробы различных органов коров и волосы человека проанализировали рентгенофлуоресцентной методикой с предварительным озолением материала проб.

Сопоставление результатов анализа животных тканей с ПДК (0,1–1,0 мг / кг) для пищевых продуктов показало, что содержание As превышает ПДК в мясе животных в 7,3 раза; в почечном жире – в 4,5 раза; в печени и легких – на уровне, а в почках – ниже ПДК. Следует отметить, что пробы «мясо» отбирали с мягких и хрящевых тканей носоглотки и десен животных, а пробы «почечный жир» представляют собой жир вокруг почек, который обладает большей способностью накапливать тяжелые металлы, чем сами почки.

Сравнение результатов анализа волос человека со средними литературными данными показало, что в целом в исследованных пробах волос содержание As не превышает средние литературные данные.

Изучение загрязнения природной воды показало, что содержание As в р. Эле-гест ниже предела обнаружения. В двух пробах (рис. 2), отобранных из минерального источника м. Онгача (20 км от Хову-Аксы), содержание As равно 0,015 ± 0,003 мг / л и 0,014 ± 0,003 мг / л соответственно, что ниже ПДК мг / кг (0,2 мг / дм³) [ГН 2.1.5.1315-03, 2004]. Это можно объяснить тем, что в подстилающих породах данной местности содержания мышьяка по-прежнему велики (С As ~0,005 %).

Можно сделать следующие выводы.

• 1.    При комплексном исследовании загрязненности As территории вблизи комбината «Тувакобальт» установили, что изучаемый район по ряду показателей можно классифицировать как сильнозагрязненный, поэтому необходимо решать вопрос о перезахоронении или утилизации отходов переработки кобаль-тово-никелевой руды.

• 2.    Эпицентром загрязнения объектов окружающей среды тяжелыми металлами являются хранилища отходов, в шламах которых содержание приоритетного загрязнителя As достигает 6,2 %.

• 3.    Изучение загрязнения As почвенного покрова показало, что основной очаг загрязнения охватывает территорию площадью 2 кв. км, в почвах которой содержание As составляет от 23 до 40 ПДК. В почвах территорий, удаленных от комбината на 5–30 км, содержание его уменьшается от 12 до 2,7 ПДК.

• 4.    Изучение загрязненности мышьяком растительного покрова показало, что он поглощается растениями, произрастающими в очаге загрязнения. Степень загрязненности их изменяется от 2 до 820 раз в зависимости от расстояния между точкой отбора и хранилищем отходов.

  

• 5.    Изучение накопления As в органах животных показало, что его содержание превышает ПДК в 4,5–7,3 раза ПДК для пищевых продуктов, что свидетельствует об опасности потребления в пищу мяса таких животных. Содержание мышьяка в волосах жителей с. Сайлыг не превышает средние литературные данные.

• 6.    Изучение содержания As в природных водах показало, что содержание As ниже предела обнаружения.

Рис. 2. Схема расположения месторождения кобальтовых руд месторождения «Хову-Аксы» и пути миграции мышьяка с природными поверхностными водами