Статья: Экологическое состояние вод реки Ардон и оценка последствий их загрязняющего воздействия на воды реки Терек - объекта рыбохозяйственного значения I категории

Методика отбора проб и методы исследований

Для решения поставленных задач была разработана схема опробования (рис. 1) в контрольных пунктах, которые выбирались таким образом, чтобы в них имелись данные о дебитах р. Ардон и ее притоков в контрольных пунктах, а также отображалось экологическое состояние вод р. Ардон (степень их загрязнения) в зависимости от воздействия на нее (воду р. Ардон) главных и второстепенных источников загрязнения [12]. В этой статье рассматриваются результаты анализа следующих проб из контрольных пунктов: 20/15 - р. Ардон (фоновая проба для сравнительного анализа, дебит 22.5 м3/ сек) расположена на южной окраине пос. Бурон и в 8 км южнее района деятельности ССЦК, т. е. вне зоны загрязнения; 21/15 - устье р. Большой Лабогом (правый приток р. Ардон) в 4 км южнее района деятельности ССЦК (дебит 0.37 м3/сек); 22/15 - устье р. Садонки (левый приток р. Ардон), в ее долине расположены Садонское и Верхне-Згидское месторождения (дебит 2.41 м3/сек); 26/15 - р. Ардон у курорта Тамиск, вода загрязнена главными (Унальское хвостохранилище с защитным озером) и второстепенными (воды рек Садонка, Архондон, Уналдон и Джимидон, в долинах которых расположены все остальные месторождения ССЦК) источниками загрязнения (дебит 29.2 м3/сек); 36/15 - р. Ардон на предгорной равнине перед г. Алагир (дебит 29.5 м3/сек).

Пробы воды отбирались в чистые 330-миллиметровые пластиковые бутылки и подкислялись 1 мл 10 % азотной кислоты и герметически закрывались.

Расширенный элементный анализ проб воды проводился атомно- (iCAP-6500, Thermo Scientific, США) и масс-спектральным методами с индуктивно связанной плазмой ICP-MS (Х-7, Thermo Elemental, США) в Аналитическом сертификационном испытательном центре Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов РАН (АСИЦ иПтМ РАН) с использованием стандартного образца питьевой воды «Trace Metals in Drinking Water» производства High-Puriy Standards (США).

Для наглядного отображения масштабов загрязнения вод р. Ардон промышленными отходами деятельности ССЦК проведен приблизительный расчет количества металлов и металлоидов, выносящихся поверхностными водотоками (с известными дебитами в м3/сек) за один летний месяц (июль 2015 г.), протекающими через контрольные пункты (рис. 1). Расчеты производились следующим образом: 1) используя данные о содержаниях (в мкг/л и нг/л) конкретного элемента (табл. 2), рассчитывалось их количество в одном м3, а затем эта величина умножалась на дебит рассматриваемого водотока в конкретном контрольном пункте; 2) полученная величина умножалась на количество секунд в одном месяце; 3) полученная цифра в мкг/месяц и нг/ месяц пересчитывалась на кг/месяц.

Рис. 1 - Места расположения контрольных пунктов опробования вод р. Ардон и ее притоков

Результаты исследований и их обсуждение

Результаты аналитических исследований проб воды, отобранных в 2015 г., с данными по ПДК для питьевой воды и для вод водоемов, имеющих рыбохозяйственное значение, приведены в табл. № 2.

Из анализа данных, приведенных в таблице № 2, видно, что 8 элементов - Na, Al, Si, Fe, As, Pb, Mo, Sb - имеют превышение ПДК для вод водоемов рыбохозяйственного значения, причем Na, Mo, Si имеют превышение в 3.7, 2 и 3 раза, соответственно; для Fe, Pb - в 5 раз; для Al - 11 раз; для Sb - в 1 414 раз; для As - в 10 700 раз в контрольном пункте на южной окраине г. Алагир (проба 36/15). Важно отметить, что среди этих элементов присутствуют: As - элемент 1-го класса опасности с санитарно-токсикологическим показателем вредности; Na, Si, Pb, Sb - элементы 2-го класса опасности с органолептическим, санитарно-токсикологическим показателями вредности.

Сравнительный анализ содержаний ряда элементов в пробе № 26/15 (контрольный пункт у курорта Тамиск при выходе р. Ардон из каньона на предгорную равнину) с содержаниями этих же элементов в фоновой пробе № 20/15 (контрольный пункт на южной окраине пос. Бурон) показал, что за счет главного и второстепенных источников загрязнения, обусловленных отходами деятельности ССЦК, произошло увеличение (в разы) содержаний следующих элементов в воде р. Ардон в пробе 26/15: Mg, Li - в 1.4; Na, K, S, Mo, U - в 1.5; Si, Sr, Ba, Cs - в 1.8; Ti, Be, Rb, Y, Zr, Er, Tm, Yb, Lu, Tl - в 2; Al, Mn, Co, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Hf, Th - в 2.5; P, V, Cr, Fe, Ni, Cu, Sn, Eu, W - в 3; Ag, Bi - в 6; Zn - в 8; Pb, Cd - в 11; Sb - в 16; As - в 40.

Сравнительный анализ содержаний широкого круга элементов в пробе № 36/15 (контрольный пункт в р. Ардон на южной окраине г. Алагир, расположенного на предгорной равнине) с содержаниями этих же элементов в пробе № 26/15 помог выявить необычную, на первый взгляд, картину, заключающуюся в том, что, несмотря на отсутствие источников загрязнения (месторождений, рудопроявлений с рудами Садонского типа), на отрезке долины между пробами 36/15 и 26/15 в воде пробы 36/15 произошло довольно сильное увеличение (в разы) содержаний ряда металлов, характерных для руд Садонского типа: Ca, Ni, Li, Nb, Cs, U - в 1.4-1.5; Si, Ba, In, Cd, Hf - в 2.6-2.9; Cr, Cu, Sr, Pb - в 3.4-3.8; B, P - в 4.6; Rb - в 5.3; Bi - в 6.5; K, Zr - в 10; S, V, Zn - в 20; Te - в 114; Na - в 175; As - в 203; Re - в 507; Sn - в 584; Mo - в 648; W - в 754; Sb - в 2 703; и уменьшение (в разы): Be, Ag - ниже ПО; Al - в 1.5; Y, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu - в 2.3-2.6; Ti, Tl - в 2.9; Mn - в 3.2; Fe - в 4.2; Th - в 7.6. Следовательно, впервые выявлен еще один из главных источников загрязнения вод р. Ардон в ее равнинной части, представленный аллювиальными донными осадками. Объяснить этот эффект предлагается следующим образом. На отрезке протяженностью до 35 км (от плотины Зарамагской ГЭС до курорта Тамиск, расположенного на выходе реки на предгорную равнину) р. Ардон протекает в каньонообразной долине, где скорость ее течения достигает 2.3 м/ сек, а далее на равнине до г. Алагир и до ее впадения в р. Терек скорость резко снижается до 1.6 м/сек в районе г. Алагир и до 1.5 м/сек ниже по течению реки, что привело к разнице мощностей и составов донных осадков. Это было обусловлено тем, что на протяжении 55 лет (до 1 января 1984 г.) отходы МГОФ (с производительностью до 20 000 тонн руды/сутки) в летне-зимний периоды года складировались во временном хранилище, а весной, в паводковый период, они ежегодно полностью сбрасывались в р. Ардон. В результате произошло их дифференцированное отложение в аллювиальных донных речных отложениях. В каньоне, где скорость течения высокая, отложение тонкодисперсного материала хвостов (с максимальными концентрациями рудных элементов [11, 12]) в донные осадки было минимальным, а при выходе реки на предгорную равнину, где скорость ее течения резко снижалась, оно было максимальным. Донные осадки в равнинной части реки, обогащенные рудными минералами, могут постоянно поставлять (в виде взвесей, коллоидов или истинных растворов) в воду новообразованные подвижные минеральные формы или элементы и загрязнять ее. Это предположение подтверждено результатами сравнительного геохимического анализа проб воды на равнине и при выходе реки из каньона (в районе курорта Тамиск). Так, в воде р. Ардон, в ее равнинной части (окраина г. Алагир) наблюдается повышение (в разы), по сравнению с водой на выходе из каньона, концентрации и набора базовых металлов и металлоидов следующим образом: K, Zr, S, V, Zn - в первые десятки раз; Те, Na, As - в первые сотни раз; Re, Sn, Mo, W - от 507 до 754 раз; Sb - в первые тысячи раз.

Для наглядного отображения степени и масштабов загрязнения промышленными отходами вод рр. Ардон и Терек в таблице № 3 приведены рассчитанные (с учетом дебитов и времени) количества (в кг) металлов и металлоидов, выносящихся р. Ардон и ее притоками за один летний месяц через контрольные пункты (рис. 1).

Из анализа данных, приведенных в таблице № 3, видно, что суммарное количество металлов и металлоидов, вынесенных за один месяц из района деятельности ССЦК, составляет 93 038 тонн, а из аллювиальных донных осадков на отрезке от курорта Тамиск до южной окраины г. Алагир - 87 525 тонн. Следовательно, отнесение аллювиальных донных осадков, загрязненных отходами МГОФ, к числу одного из основных техногенных источников загрязнения вод р. Ардон вполне правомерно.

Таблица 2 - Содержание макро- и микроэлементов (в мкг/л с B по Pb и в нг/л с Li по U) в пробах воды р. Ардон в контрольных пунктах (по данным ICPMS и ICAP-6500)

Примечание. Привязка проб и дебиты водотоков: 20/15 - р. Ардон (фоновая проба, дебит 22.5 м3/сек) на южной окраине пос. Бурон и в 8 км южнее района деятельности ССЦК, т. е. вне зоны его загрязняющего воздействия; 21/15 - устье р. Большой Лабогом в 4 км южнее района деятельности ССЦК (дебит 0.37 м3/сек); 22/15 - устье р. Садонки (дебит 2.41 м3/ сек), в ее долине расположены Садонское и Верхне-Згидское месторождения; 26/15 - р. Ардон у курорта Тамиск (дебит 29.2 м3/сек) - вода суммарно загрязнена главными (Унальское хвостохранилище с защитным озером) и второстепенными (воды рек Садонка, Архондон, Уналдон и Джимидон, в долинах которых расположены все остальные месторождения ССЦК) источниками загрязнения; 36/15 - р. Ардон (дебит 29.5 м3/сек) на предгорной равнине перед г. Алагир.

По количеству (в кг) металлов и металлоидов, выносящихся из района деятельности ССЦК в воду р. Ардон, выделено 7 групп: от 0.6 кг и до 95 кг (в порядке возрастания): Hf, Lu, Tm, Tl (1) [здесь и далее (1) - класс опасности для вод водоемов рыбохозяйственного значения]; Ho, Tb, Eu, Re, Yb, Er, Nb, Th, Dy, Pr, Sm, Gd, Zr, Cd (2); In, Cs, Bi (2), Y, Nd, La, U (1); от 119 кг до 650 кг: Сє, Te, Ni (2); от 1 055 кг до 8 869 кг: Li (2); Mn (3); Cr (2); W (2); Rb, Ti (3); Ba (2); Pb (2); Sn, B (2); V (3); от 14 290 кг до 100 000 кг: (3); Mo (3); Zn (3); As (1); P, Sr (2); от 114 007 кг до 667 550 кг: Fe (3); Al (3); Sb (2); Mg (3); от 1 000 000 кг до 8 194 341 кг: K, Si (2); Ca (2); от 19 935 540 кг до 57 475 690 кг: S, Na (2). Лимитирующие показатели: санитарно-токсикологический, общесанитарный и органолептический.

Из приведенных данных видно, что для вод водоемов рыбохозяйственного значения в бассейнах рр. Ардон и Терек (ниже по течению от места впадения в нее Ардона) реальную опасность представляют четыре последние группы. Это обусловлено их длительным (более 90 лет) и пока постоянным и значительным (таблица № 3) поступлением в воды р. Ардон, а затем и Терека, ряда экологически опасных элементов со значительным превышением для них ПДК в контрольных пунктах, расположенных в долине р. Терек [1, 7, 10]. Следовательно, уже начала проявляться региональная экологическая катастрофа, выразившаяся в загрязнении экологически опасными элементами части среды (гидросферы) обитания человека. Причем экологически опасные элементы, в том числе и для рыбного хозяйства (Li, B, Mn, Ba, Al, Zn, Si, S, W, Mo, As, и др.), поступают и будут постоянно поступать из водотоков, протекающих через район деятельности ССЦК. В итоге в реках Ардон и Терек из-за постоянного загрязнения их вод будут уменьшаться площади для нагула и нереста ценных пород рыб, что нанесет весьма значительный урон рыбным хозяйствам Южного федерального округа и будет соответствовать, по последствиям, экологической катастрофе федерального уровня.

Содержания в нг/л

Для минимизации негативной экологической нагрузки на воды рр. Ардон и Терек нами предлагаются известные методы очистки загрязненных вод: 1) относительно быстро выполнимое (за 2-3 года) мероприятие по созданию системы очистки вод главных источников загрязнения вод р. Ардон от экологически опасных и экономически ценных металлов, до или ниже соответствующих значений ПДК; 2) довольно длительный процесс (порядка 10-15 лет) полной утилизации промышленных отходов, находящихся в хвостохранилище, скорее всего методом кислотного выщелачивания [4].

Для реализации первого предложения необходимо предварительное решение следующих практических задач: 1) проведение лабораторных экспериментов по извлечению ряда элементов из вод различными методами; 2) определение дебита и микроэлементного состава вод основных водотоков-загрязнителей с выявлением их сезонных колебаний; 3) выбор мест для временной изоляции водотоков и строительство водозаборов необходимых объемов, расположение в них очистных фильтров в виде ионообменных колонок различных типов; 4) выявление форм водной миграции основных элементов-загрязнителей и экономически важных элементов; 5) разработка технологии с комплексом способов последовательного (селективного) извлечения экономически важных и экологически опасных элементов. При этом важно учитывать, что при извлечении комплекса экономически ценных элементов вполне реально попутное получение чистых оксидов ряда ценных металлов (Pb, Zn, Cu, Cd, Sb, Bi, Ag и др.), что существенно повысит экономическую привлекательность данного предложения.

Заключение

Впервые рассчитано количество (в кг/месяц) металлов и металлоидов, выносящихся загрязненными отходами деятельности ССЦК водами р. Ардон, протекающими через контрольные пункты (рис. 1). По количеству выносящихся за один летний месяц металлов и металлоидов выделено 7 групп: от 0.6 кг и до 95 кг (в порядке возрастания): Hf, Lu, Tm, Tl (1) [здесь и далее (1) - класс опасности для вод водоемов рыбохозяйственного значения]; Ho, Tb, Eu, Re, Yb, Er, Nb, Th, Dy, Pr, Sm, Gd, Zr, Cd (2); In, Cs, Bi (2), Y, Nd, La, U (1); от 119 кг до 650 кг: Се, Te, Ni (2); от 1055 кг до 8 869 кг: Li; Mn (3); Cr (2); W (2); Rb, Ti (3); Ba (2); Pb (2); Sn, B (2); V (3); от 14 290 кг до 100 000 кг: Си (3); Mo; Zn (3); As (1); P, Sr (2); от 114 007 кг до 667550 кг: Fe (3); Al (3); Sb (2); Mg (3); от 1 000 000 кг до 8 194 341 кг: K, Si (2); Ca (2); от 19 935 540 кг до 57 475 690 кг: S, Na (2). Лимитирующие показатели: санитарно-токсикологический, общесанитарный и органолептический.

Впервые выявлен еще один из основных источников техногенного загрязнения вод р. Ардон в ее равнинной части (от курорта Тамиск до г. Алагир), представленный аллювиальными донными осадками.