АННОТИРОВАННЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ОТЧЕТ ПО ПРОЕКТУ
АННОТИРОВАННЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ОТЧЕТ ПО ПРОЕКТУ
Соглашение №14.132.21.1374 от 19 октября 2012 г.
Тема: «Исследование гидрогеохимических особенностей горнопромышленных районов Приморского края»
Исполнитель: Оводова Елена Викторовна
Ключевые слова: геохимическое исследование, рудничные воды, подземные воды, хвостохранилище, техногенное воздействие, Кавалеровский рудный район, Павловское буроугольное месторождение, Ярославский ГОК.
Цель проекта
1.1. Формулировка задачи / проблемы, на решение которой направлен реализованный проект.
Длительная эксплуатация месторождений полезных ископаемых в Приморье не только истощила некогда крупные месторождения, но и привела к экологическим катастрофам крупных населенных пунктов, вызванных тем, что вследствие извлечения и переработки руд образовались комплексы техногенных ландшафтов. Совокупность их негативного воздействия включает загрязненность воздушного бассейна, высокую агрессивность техногенных вод и их насыщенность высокотоксичными элементами, концентрацию продуктов гипергенного разложения хвостов обогащения и возрастание степени экотоксичности элементов, высвобожденных в результате минералого-геохимического преобразования. И, несмотря на то, что эксплуатация многих месторождений прекращена, они продолжают оказывать негативное воздействие на окружающую среду.
1.2. Формулировка цели реализованного проекта, места и роли результатов проекта в решении задачи / проблемы, сформулированной в п. 1.1.
Объявленная в исходной заявке цель проекта заключается в определении составов природных и рудничных вод горнопромышленных районов Приморского края и в оценке их влияния на экологическую обстановку региона; оценить степень загрязнения почвогрунтов и хвостов обогащения в исследуемых районах; разработать рекомендации по минимизации воздействия горнопромышленных предприятий на окружающую среду.
Все задачи предусмотренные данным проектом выполнены.
- Основные результаты проекта
2.1. Краткое описание основных полученных результатов.
За период проведения научно-исследовательских работ в рамках данного проекта, выполненных на базе НОЦ «Горнопромышленный комплекс Дальнего Востока» при финансовой поддержке гранта Министерства образования и науки РФ 2012-1.3.2.12-000-1006-0004 были достигнуты следующие результаты:
1. Выполнен анализ геологической литературы и материалов фондовых источников, относящихся к разрабатываемой теме.
2. Выполнено геологическое изучение экологически неблагополучных Кавалеровского и Вознесенского рудных районов, представлено геологическое строение Павловского буроугольного месторождения с детальным рассмотрением угольного разреза «Павловский -2». Детально рассмотрены оловорудные месторождения, горные выработки которых стали объектом исследования, и, месторождения, отходы обогащения которых складировались в хвостохранилища Ярославского ГОКа.
3.Составлена гидрогеологическая характеристика исследуемых районов.
4. Для выполнения исследований по определению составов природных и рудничных вод горнопромышленных районов Приморского края и оценки их влияния на экологическую обстановку региона был проведен поиск информации на основании установленных методов, применимых к геохимическому анализу подземных вод и оценке систем экологического мониторинга окружающей среды.
В качестве источников информации были выбраны следующие базы данных:
- полнотекстовая база данных по изобретениям федерального органа исполнительной власти по интеллектуальной собственности Российской Федерации на русском языке RUPAT (http://www.fips.ru/);
- полнотекстовая база данных по полезным моделям федерального органа исполнительной власти по интеллектуальной собственности Российской Федерации на русском языке RUABU1 (http://www.fips.ru/);
- полнотекстовые базы данных по изобретениям Европейского патентного ведомства на английском языке (http://ep.espacenet.com/).
Классификационные рубрики поиска были определены исходя из условия исключения нахождения искомой информации за пределами границ областей поиска.
Ретроспектива поиска информации выбрана равной десяти годам.
Исследования проводятся на информационной базе Роспатента и информационных базах Европейского патентного ведомства.
Полученные результаты, а также краткая информация о рефератах охранных документов, приведены в отчете о результатах проведенных патентных исследованиях I этапа работ (приложение 2).
5. В летний период 2012 и 2013 г в Кавалеровском рудном районе и на Павловском буроугольном месторождении, были проведены полевые исследования, с целью отбора проб подземных и поверхностных вод, почвогрунтов, донных отложений и минеральных новообразований.
6. В научно-исследовательской лаборатории ООО «Экоаналитика» (аттестат аккредитации № РОСС RU.0001516028) был проведен химический анализ состава вод и почвогрунтов, рентгеноструктурный анализ минеральных новообразований.
7. На базе НОЦ «Горнопромышленный комплекс Дальнего Востока» произведены комплексные расчеты химического состава воды в Кавалеровском рудном районе, построены физико-химические диаграммы равновесия.
8. По результатам лабораторных работ были проведены геохимические исследования в Кавалеровском рудном районе, Павловском буроугольном месторождении, Ярославском ГОКе. В итоге данных исследований установлено:
8.1. Геохимический состав природных и рудничных вод Кавалеровского рудного района. По мере эволюции подземных вод происходит повышение таких ионов как Ca2+, Na2+, Mg2+, HCO3, SO42-, и состав вод изменяется от пресных хлоридно - сульфатно - гидрокарбонатных магниево - натриево - кальциевых к солоноватым гидрокарбонатно - сульфатным натриево - магниево – кальциевым.
В рудничных водах в количествах, превышающих предельно-допустимые концентрации, накапливаются такие компоненты, как Fe (3 – 9,9 ПДК), Si (до 1,18 ПДК), Mn (1,29 – 2,49 ПДК), Ba (до 1 ПДК), Li (7,3 – 15,19 ПДК), это свидетельствует о том, что геохимический тип подземных вод Кавалеровского рудного района, формируется под воздействием ликвидированных штолен.
В ликвидированных штольнях отобраны и исследованы новообразованные минералы. Рентгеноструктурный анализ показал, что на стенках и в кровельной части образуются минералы такие как, карбонат кальция – кальцит CaCO3 и сульфат натрия – тенардит Na2SO4.
8.2. Геохимическое исследование почв в пределах угольного разреза «Павловский - 2» Павловского буроугольного месторождения указывает на имеющееся загрязнение почв веществами I класса опасности – мышьяком, кадмием и свинцом и II класса опасности – никелем.
Проведенная оценка степени загрязненности почв по суммарному показателю Zc загрязнения тяжелыми металлами, позволила охарактеризовать обследуемую территорию как допустимо чистую и пригодную к использованию без ограничений.
В процессе гидрогеохимического исследования территории Павловского буроугольного месторождения установлено, что в районе развиты пресные и умеренно пресные воды хлоридно-карбонатно-сульфатного, изменяющиеся от магниево-кальциево-натриевого до магниево-натриево-кальциевого состава. В водах действующего разреза были выявлены превышения предельно-допустимых концентраций таких веществ, как железо (от 2,4 до 3,2 ПДК), алюминий (до 4,36 ПДК), литий (2,4 ПДК) и кремний (1,14 ПДК). Что свидетельствует об имеющейся техногенной нагрузке на гидросферу угольного разреза.
8.3. Анализ химического состава хвостов обогащения Ярославского ГОКа позволил установить элементы, содержания которых в отходах обогащения значительно превышают нормы предельно допустимых концентраций, к ним относятся мышьяк, свинец, цинк, медь, бериллий и литий.
При оценке степени загрязнения грунтов химическими веществами установлено, что исследуемая территория очень сильно загрязнена бериллием, мышьяком, свинцом, цинком; сильная загрязненность наблюдается медью и хромом; выявлено слабое загрязнение стронцием, барием и вольфрамом.
Хвостохранилище Ярославского ГОКа и прилегающие к нему территории были оценены по суммарному показателю химического загрязнения Zc. Исследования показали, что данные территории по загрязнению их металлами относятся к категории опасной и чрезвычайно опасной, и нуждаются в проведении комплекса рекультивационных мероприятий.
9. Изучение динамики состава поверхностных и подземных вод в период с 2012 по 2013 показало незначительное изменение общей минерализации раствора. В природных водах она варьирует от 0,04 до 0,07 мг/л, в рудничных минерализация составляет от 1,5 мг/л в 2012 г до 1,2 мг/л в 2013 г, по жесткости природные воды мягкие и очень мягкие, рудничные – жесткие и очень жесткие.
По результатам 2013 г в подземных водах также наблюдаются превышения ПДК по различным компонентам, но для рудничных вод 2013 г, характерно увеличение концентраций Fe примерно в 2, и Mn в 1,5 раза.
Установлено, что подземные воды исследуемого района равновесны, как по результатам 2012, так и 2013 года, с гидроксидными, оксидными, силикатными, карбонатными и сульфатными минералами.
В районе работ развиты подземные воды, состав которых изменяется от пресных Cl-SO4-HCO3-Na-Mg-Ca до HCO3-SO4-Na-Mg-Ca.
10. Проведена оценка экологического влияния Павловского буроугольного месторождения, ликвидированных штолен Кавалеровского рудного района, хвостохранилища Ярославского ГОКа на окружающую природную среду.
Установлено, что почвенно-геохимические аномалии с избыточным содержанием тяжелых металлов сформированы в зоне действия горнодобывающих и горноперерабатывающих предприятий.
Определены основные загрязнители водного бассейна. Установлено превышение концентраций сульфатов, железа, марганца, алюминия, кремния, лития.
11.Разработаны практические рекомендации, которые позволят снизить техногенную нагрузку на природные экосистемы.
2.2. Описание новизны научных результатов.
Предполагается, что полученные результаты будут способствовать развитию научных представлений о пока малоизученных процессах эволюции химического состава подземных и поверхностных вод в техногенных условиях горнопромышленных районов. В ходе исследований впервые для Приморского края выявлены особенности и факторы формирования состава рудничных вод исследуемых районов, установлены формы миграции микро- и макроэлементов в рассматриваемых водах, определен минеральный состав образующейся твердой фазы.
Впервые произведена комплексная оценка загрязнения почв и хвостов обогащения металлами по суммарному показателю загрязнения Zc на исследуемых территориях.
Произведена оценка масштабов экологического загрязнения горнопромышленных регионов и определены меры предотвращения отрицательного воздействия их на окружающую среду.
2.3. Сопоставление с результатами аналогичных работ мирового уровня.
Для выполнения исследований по определению составов природных и рудничных вод горнопромышленных районов Приморского края и оценки их влияния на экологическую обстановку региона был проведен поиск информации на основании установленных методов, применимых к геохимическому анализу подземных вод и оценке систем экологического мониторинга окружающей среды. Ретроспектива поиска информации равнялась десяти годам. Исследования проводились на информационной базе Роспатента и информационных базах Европейского патентного ведомства. Установлено, что в настоящее время отсутствуют планомерные исследования рудничных вод ликвидированных предприятий, поэтому это направление исследований является чрезвычайно актуальным.
- Назначение и область применения результатов проекта
3.1. Описание областей применения полученных результатов (области науки и техники; отрасли промышленности и социальной сферы, в которых могут или уже используются полученные результаты или созданная на их основе инновационная продукция).
Сведения о техногенной минерализации имеют научный интерес и представляют определенную ценность для ряда смежных с минералогией и геохимией наук, таких как экология, геоэкология, геология и др.
Анализ химического состава поверхностных водотоков, формирующихся при интенсивном воздействии отработанных горных выработок, может использоваться при экологическом картографировании вод суши исследуемых районов.
Изучение химического состава хвостов позволит установить элементы, содержание которых в отходах обогащения значительно превышают нормы предельно допустимых концентраций, что может стать основанием для выявления почвенно-геохимических аномалий, их картирования и реализации рекультивационных мероприятий.
Ценность проведенных исследований заключается в использовании полученных данных при эксплуатации угольных, оловорудных месторождений, создании наиболее рациональных технологических схем переработки руд и рекультивации их отходов, которые, несомненно, приведут к снижению негативного воздействия на экосистемы и здоровье человека.
Результаты исследования активно используются в образовательном процессе ДВФУ при реализации учебных программ подготовки специалистов, бакалавров и магистров по специальности 020800.62 «Экология и природопользование», 120700.62 «Землеустройство и кадастры», 130301.65 «Геологическая съемка, поиски и разведка МПИ», при проведении практических и лабораторных работ, написании и защите дипломных проектов и магистерских работ.
Кроме того, результаты исследований могут быть использованы в организации и проведении научно-исследовательской работы студентов, научных мероприятий - семинаров, конференций для студентов и преподавателей, для подготовки докладов, сообщений и рефератов.
- Перспективы развития исследований
Краткая информация о перспективах развития выполненного в ходе выполнения проекта исследования.
1) Информация о том, насколько участие в ФЦП способствовало формированию новых исследовательских партнерств. Участвует ли научный коллектив в проектах по 7-й рамочной Программе Евросоюза (с указанием названия проектов и перечня партнеров по ним).
Участие в ФЦП способствовало формированию новых исследовательских партнерств сотрудников ДВФУ с научными работниками Дальневосточного геологического института ДВО РАН.
2) Краткая информация о проектах научного коллектива по аналогичной тематике.
Проекты НОЦ по аналогичной тематике авторам настоящего проекта не известны.
3) Информация о том, сотрудничество с какими странами и исследовательскими центрами может способствовать наибольшей отдаче для развития в России технологий в области исследования, а также для выхода российской продукции на региональные и глобальные рынки.
Возможно сотрудничество с зарубежными партнерами и исследовательскими центрами тех стран, где существуют ликвидированные горнопромышленные предприятия и, соответственно, экологические проблемы, решение которых является актуальной задачей и для этих стран (КНР, Германия, Англия).
- Опыт закрепления молодых исследователей – участников проекта (этапа проекта) в области науки, образования и высоких технологий
Хвост Екатерина Олеговна, 06.02. 1986 года рождения, планирует в 2014 г поступать в очную аспирантуру.
Руководитель проекта - получатель гранта Е.В. Оводова