Статья - Челябинский гидрометеоцентр

Исследование динамики химического загрязнения водных объектов, расположенных вблизи г.Карабаша в ретроспективе ведения наблюдений ФГБУ «Челябинский ЦГМС».

Город Карабаш возник в 20–х годах XIX века как рабочий поселок, жители которого занимались разработкой железных руд, золота и меди. Начало промышленного освоения этого старейшего уральского горнорудного района в первой половине XVIII века связано с именем основателя горного и заводского дела на Урале Никиты Демидова.

Своему бурному развитию и широкой известности поселок обязан открытию здесь золотоносных россыпей в пойме р.Сак-Элги. В начале XX века город начал интенсивно развиваться как крупный центр медеплавильного производства.

В 1910 году здесь был построен медеплавильный завод, выплавляющий черновую медь из местных руд, который уже в 1915 году выплавлял около трети всей меди, производимой в России. В 1933 году была построена обогатительная фабрика, возросла добыча медной руды, выпуск черновой меди увеличился более чем в 4 раза по сравнению с уровнем 1914 года. Это привело к интенсивному образованию отходов, содержащих токсичные вещества и большому объему выбросов вредных веществ в атмосферу и другие среды обитания.

В последующие годы основные усилия прилагались к непрерывному наращиванию мощностей добывающего и перерабатывающего комплексов предприятия, производству не только черновой меди, но и высококачественных медного, цинкового, пиритного концентратов, возможности переработки привозных руд из других месторождений. Все это способствовало превращению г.Карабаша в крупный центр современного медеплавильного производства, имеющий важное значение для экономики страны.

За время своего существования Карабашский медеплавильный комбинат выбросил на город и его окрестности более десяти миллионов тонн вредных веществ, что нанесло серьезный урон всем природным средам. Наряду с диоксидом серы, пылью, другими составляющими атмосферных выбросов, сбросами в речную систему неочищенных производственных, рудничных, бытовых сточных вод деятельность комбината привела к интенсивному загрязнению почв, водных объектов, донных отложений, атмосферы токсичными веществами в масштабах, представляющих угрозу для проживающего здесь населения, к исчезновению лесов в ближайших к городу окрестностях, деградации почвенного покрова (фото 1).

С целью оздоровления экологической ситуации в г.Карабаше Минцветметом СССР был издан приказ №178 от 26.05.87г. о перепрофилировании металлургического производства в течении 1988-95гг. с целью доведения выбросов комбината до ПДВ.

Учитывая крайне неблагополучную экологическую обстановку в г.Карабаше, в ноябре 1989г. на коллегии областного комитета по охране природы было принято решение об остановке старого металлургического производства комбината с 01.04.90г.

Резкое обострение социальных, экономических и демографических проблем города, наряду с экологическими, вследствии остановки комбината, привело к решению о возобновлении во втором полугодии 1997г. производства черновой меди по старой технологии.

Однако вопрос о перепрофилировании производства актуальности не потерял. В 1998г. создано ЗАО «Карабашмедь», в задачи которого, среди прочих, входит реализация мероприятий по улучшению экологической обстановки в г.Карабаше, напрямую связанной с реконструкцией медеплавильного производства - переходом его в малоотходную технологию:

- введен в строй сернокислотный комплекс, который решил ряд проблем: снижение выбросов твердых веществ в атмосферу, прекращение использования питьевой воды на технические нужды;

- с введением системы оборотного водоснабжения металлургического цеха сброс производственных сточных вод в Карабашский пруд в настоящее время не производится.

С целью получения статистически достоверной информации об уровне химического загрязнения водоемов г.Карабаша ГУ «Челябинский центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды», начиная с 1997 года, в рамках областных «Программ природоохранных мероприятий оздоровления экологической обстановки области на 1997-2000 годы и 2001-2005 годы» проводил мониторинг химического загрязнения поверхностных вод на территории г.Карабаша. Гидрохимические исследования были проведены на реках Сак-Элга и Аткус, Карабашский и Богородский пруды, Аргазинское водохранилище.

Лабораторией мониторинга поверхностных вод ФГБУ «Челябинский ЦГМС», аккредитованной на техническую компетентность и независимость, производился отбор проб воды с одновременным замером гидрологических параметров: расхода и скорости воды. Химический анализ воды проводился на содержание главных ионов, биогенных и органических соединений, тяжелых металлов, нефтепродуктов и других загрязняющих веществ по методикам, аттестованным Гидрохимическим институтом Росгидромета. Созданы банки данных по гидрологическим и гидрохимическим показателям. Проведена оценка степени загрязнения водных объектов с использованием в качестве критериев предельно допустимых концентраций (ПДК) рыбохозяйственного водопользования.

Карабашский пруд создан на р.Серебрянке, расположен в санитарно-защитной зоне ЗАО «Карабашмедь». Пруд вытянут в юго-западном направлении, длина пруда 0,94 км, средняя ширина 0,36 км, площадь водосбора - 10 км².

Качественный состав воды пруда формируется под влиянием промливневых сточных вод ЗАО «Карабашмедь», поступления загрязняющих веществ с водосборной площади, в результате вторичного загрязнения водной толщи химическими веществами из донных отложений, а также атмосферных выпадений.

По химическому составу вода пруда относилась к сульфатному классу, группе кальция. Минерализация воды в период наблюдения была средней 213–655 мг/л. Кислородный режим в поверхностном слое водоема был удовлетворительным: содержание растворенного в воде кислорода изменялось от 7,60 мг/л до 13,0 мг/л, насыщение воды кислородом составило 53-130% (норма >80%).

Среди биогенных компонентов отмечено превышение предельно допустимых норм азота аммония, в среднем, в 1,6 раза, среди органических соединений – нефтепродуктов – в 1,7 раза и трудноокисляемых органических компонентов (ХПК) – в 1,6 раза.

Вода Карабашского пруда значительно загрязнена ионами тяжелых металлов: концентрации свинца и кадмия находились на уровне высокого загрязнения (>3 ПДК), меди, свинца и марганца - на уровне экстремально высокого загрязнения (>50 ПДК) (рисунок 1). Всего за анализируемый период отмечено 206 случаев высокого (ВЗ) и экстремально высокого загрязнения (ЭВЗ) тяжелыми металлами.

По химическому составу вода пруда относилась к сульфатному классу, группе кальция. Минерализация воды средняя – 200 мг/л. Кислородный режим водоема был удовлетворительным: концентрации растворенного в воде кислорода колебались в пределах от 8,30 до 14,5 мг/л, насыщение воды кислородом было 72-122%.

Концентрации азот– и фосфорсодержащих компонентов в воде пруда находились в пределах рыбохозяйственных нормативов. Среди органических соединений имели место случаи повышения концентраций нефтепродуктов до 2-3 ПДК во время весенних половодий и летних дождей в результате смыва с прилежащих территорий; среднее содержание в воде трудноокисляемых органических соединений (ХПК) соответствовало 1,7 ПДК, легкоокисляемых (БПК5) - в пределах нормы.

Под влиянием р.Серебрянки, впадающей в пруд с левого берега и являющейся проводником загрязненных тяжелыми металлами вод Карабашского пруда, в воде Богородского пруда отмечались высокие и экстремально высокие уровни содержания меди, цинка и марганца; за период наблюдений 2001-2005гг. количество случаев ВЗ и ЭВЗ достигло 27.

Источниками загрязнения реки являются кислые водоемы, образованные на месте отработанной шахты «Южная», Рыжий ручей, собирающий ливневые стоки с производственной площади ЗАО «Карабашмедь» и горы Золотой, пиритные отложения в речной пойме, дренаж шламонакопителей и хозбытовые сточные воды г.Карабаша. Загрязнению реки способствует и местный ландшафт: ложе Соймоновской долины, где расположен город, имеет уклон в сторону долины р.Сак-Элги.

В настоящее время река полностью утратила рыбохозяйственное значение; перед впадением в р.Миасс она представляет собой коллектор загрязненных сточных вод. Унылую картину дополняет «лунный» ландшафт с остатками пней погибших деревьев – результат сброса сульфидно-силикатных отходов - хвостов обогатительной фабрики в первое двадцатилетие функционирования (с 1933 года) по пульпопроводу на рельеф местности. В результате этого пойма реки на всем протяжении от впадения Рыжего ручья до устья загрязнена пиритными отложениями, ширина которых, в среднем, составляет 50-70 м, толщина – от 0,5 до 2 м. Эти грунты образовали в устьевой части мертвый массив площадью 100 га (фото 2).

Под действием кислорода воздуха и атмосферных осадков при участии микроорганизмов происходит окисление сульфидного материала на поверхности шламового поля и смыв продуктов окисления в р.Сак-Элгу и далее в северную часть Аргазинского водохранилища.

Загрязнение р.Сак-Элги происходит также через дренаж со шламонакопителя, расположенного на правом берегу реки на 1 км ниже впадения Рыжего ручья. В паводковый период сток р.Сак-Элги формируется на 50% из грунтовых вод. Поэтому весной во время снеготаяния и летом в период дождей в реку попадают загрязняющие вещества из грунтовых вод.

Кроме этого, р.Сак-Элгу загрязняют недостаточно очищенные хозяйственно бытовые сточные воды очистных сооружений г.Карабаша. За период 2001-2005г. в 40% отобранных проб концентрации азота аммония превышали предельно допустимые более, чем в 5 раз, а в 20% - достигали уровня высокого загрязнения (>10 ПДК).

За период 2001-2005 гг. зафиксировано 228 случаев высокого и экстремально высокого загрязнения речной воды химическими веществами; основную долю загрязнения вносят тяжелые металлы (рисунок 3).

За исследуемый период содержание в воде ионов тяжелых металлов варьировало: цинка – от 13 до 30250 ПДК, меди – от 9 до 8350 ПДК, марганца – от 34 до 1762 ПДК, никеля – от 2,2 до 45,6 ПДК, железа общего – от 1,8 до 456 ПДК.

Концентрации тяжелых металлов достигали пиковых значений преимущественно в летне-осеннюю межень, когда высокие температуры, низкое количество дождевых осадков способствовали уменьшению водности р.Сак-Элги и накоплению загрязняющих веществ, поступающих из различных слоев почвенно-грунтовой толщи водосбора.

Под действием этих природных и техногенных факторов ежегодно в период с июля по сентябрь, как правило, в реке возрастала минерализация (максимальная – 1310 мг/л – в 2002 году) и наблюдалось снижение водородного показателя до значений 3,19–4,78 единиц рН, что свидетельствовало о закислении воды в летний период.

Кислородный режим реки в летне-осеннюю межень характеризовался как неудовлетворительный: фиксировался дефицит растворенного в воде кислорода – 0,96–3,3 мг/л (при норме не менее 6 мг/л в летний период).

Река Сак-Элга оказывает негативное влияние на качество р.Миасс. Наиболее заметно это прослеживается на зарегулированном участке реки – Аргазинском водохранилище, расположенном в 5 км северо-восточнее г.Карабаша. Основное назначение – использование его в качестве резервного водоема для обеспечения хозяйственно-питьевой водой г.Челябинска. Кроме того, попуски воды из водохранилища используются для выработки электроэнергии на Аргазинской ГЭС и водоснабжения населенных пунктов, расположенных на реке от гидроузла до г. Челябинска.

По данным гидрохимических наблюдений за период 2001–2005 гг. в верхнем бьефе водохранилища отмечалось повышенное содержание в воде ионов тяжелых металлов, содержание которых в отдельные годы достигало уровня высокого загрязнения.

Среднегодовая концентрация меди возросла с 12 ПДК в 2001г. до 33 ПДК в 2005г, цинка – с 5,4 ПДК до 17,4 ПДК соответственно (уровень высокого загрязнения медью >30 ПДК, цинком >10 ПДК). Среднегодовое содержание марганца в 2005г. приблизилось к уровню высокого загрязнения (ВЗ >30 ПДК) и составило 24,6 ПДК. Увеличилось и количество случаев высокого загрязнения воды ионами металлов с 3 в 2001г. до 8 в 2005г.

В приплотинной части Аргазинского водохранилища, благодаря высокой самоочищающей способности, наблюдается снижение содержания металлов до уровня природного фона: меди и цинка – до 2-3 ПДК, марганца – до 6-7 ПДК.

Кислородный режим Аргазинского водохранилища за период 2001-2005гг. был хорошим: содержание растворенного в воде кислорода составляло, в среднем, 9,8-11,5 мг/л, насыщение воды кислородом соответствовало 83-102%.

Река Аткус берет начало из оз.Агардяш в 4 км севернее г. Карабаша и впадвет в Аргазинское водохранилище. На расстоянии 2 км от устья в нее впадает р.Ольховка.

Качественный состав воды реки формируется под влиянием загрязненных вод притока – р.Ольховки, на которой расположен пруд –отстойник шахтных вод, а также поступления загрязняющих веществ с водосборной площади, в значительной степени загрязненной ионами тяжелых металлов.

В течение исследуемого периода концентрации в воде ионов тяжелых металлов оставались повышенными и изменялись в пределах: меди – 1,7-23 ПДК, цинка – 3,7-6,5 ПДК, марганца – 16,2-51 ПДК.

Таким образом, в результате антропогенного воздействия по-прежнему сохраняется высокий и экстремально высокий уровень химического загрязнения ионами металлов реки Сак-Элги. Наибольший уровень экологической деградации и глубоких необратимых изменений выявлен на участке р.Сак-Элга после впадения Рыжего ручья до устья, который является зоной бедствия. Прослеживается также отрицательное воздействие р.Сак-Элги на качественный состав Аргазинского водохранилища: его вода в верхнем створе (г.Карабаш) не удовлетворяет требованиям нормативов для водоемов рыбохозяйственного назначения по содержанию тяжелых металлов.