Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Тяжелые металлы в реках Башкирского Зауралья в условиях добычи и переработки медно-колчеданных руд

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Тяжелые металлы в реках Башкирского Зауралья в условиях добычи и переработки медно-колчеданных руд"

На правахрукописи

КОЛЕСНИКОВА Альфия Махмутовна

Тяжелые металлы в реках Башкирского Зауралья в условиях добычи и переработки медно-колчеданных руд

Специальность 03.00.16 - экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Тольятти - 2004

Работа выполнена в Федеральном Государственном Учреждении по мониторингу водных объектов бассейнов рек Белой и Урала, Институте биологии Уфимского научного центра РАН, Уфимском государственном институте сервиса

НАУЧНЫЕ РУКОВОДИТЕЛИ: доктор технических наук, профессор

Хабибуллин Раис Рахматуллович; доктор биологических наук, профессор Кулагин Алексей Юрьевич.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: доктор технических наук, профессор

Защита диссертации состоится «01» декабря 2004 года в 1100 часов на

заседании диссертационного совета Д 002.251.01 при Институте экологии Волжского бассейна РАН по адресу: 445003, Самарская обл., г. Тольятти, ул. Комзина, 10. Тел./факс (848-2) 48-95-04, E-mail: ecology@avtograd.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института экологии Волжского бассейна РАН.

Автореферат разослан 28 октября 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

Селезнев Владимир Анатольевич; доктор биологических наук, профессор Гелашвили Давид Бежанович

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ:

Сибайский институт Башкирского государственного университета

кандидат биологических

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Наличие медно-колчеданных месторождений в рудных районах Башкирского Зауралья способствовало бурному развитию в регионе горнодобывающей и перерабатывающей промышленности цветной металлургии, строительство предприятий в котором велось без должного учета экологических факторов, самоочищающей способности водных объектов и их экологической емкости (Балков, 1996; Гармаш, 1985; Глазовская, 1989; Оценка экологической..., 2001). С целью оздоровления окружающей среды и улучшения экологической обстановки в регионе предлагаются программы технических мероприятий, цель которых состоит в определении основных направлений и методов обеспечения экологической безопасности населения. Для решения задач таких программ крайне важно создание информационной базы по источникам загрязнения, их классификация, учитывающая условия их образования и степень их воздействия на водотоки; изучение физико-химического состава воды водотоков промышленных предприятий; мониторинг загрязнения водоемов и оценка степени влияния промышленных предприятий на состояние водных объектов, применение биотестовых методов анализа качества вод, позволяющие обнаружить токсичные соединения, влияющие на организм (Краснощекое, Розенберг, 1994; Розенберг и др., 2000; Малушко, 2002; Зинченко и др., 2004;).

Цель и задачи исследования. Целью работы является характеристика водных объектов Башкирского Зауралья — рек Худолаз и Таналык в связи с разработкой рудных месторождений и урбанизацией; исследование источников загрязнения и степени их воздействия на состояние изучаемых рек в местах размещения горнорудных предприятий Башкирского Зауралья.

Для решения этой цели были поставлены следующие задачи: 1) охарактеризовать состояние рек Худолаз и Таналык и годичной динамики загрязнения; 2) установить основные загрязняющие компоненты и выявить основные источники загрязнения; 3) изучить распределение ионов тяжелых

г-

металлов в системе вода — донные отложения; 4) провести биотестирование донных отложений изучаемых рек.

Научная новизна. В зоне Башкирского Зауралья автором впервые проводились комплексные исследования влияния деятельности горнообогатительных комбинатов на накопление и распределение тяжелых металлов в речной воде и донных отложениях. Получены характеристики фонового и техногенного содержания ионов металлов в реках. Биотестирование иловых осадков рек с использованием ракообразных Daphnia magna Str. показало, что загрязнение рек сточными водами горно-обогатительного комбината в сочетании со сбросами городских сточных вод резко увеличивают общую токсичность. В таких условиях речные экосистемы имеют ограниченные возможности самовосстановлению, а реки Башкирского Зауралья весьма уязвимы к техногенному воздействию со стороны предприятий горнорудного комплекса.

Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные в

результате проведенных исследований данные позволяют дать оценку экологического состояния малых рек Башкирского Зауралья и могут быть использованы как основа для разработки основных направлений, методов и природоохранных мероприятий, обеспечивающих экологическую безопасность населения в регионе.

Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертации докладывались на Международной и молодежной конференции «Экологические проблемы крупных рек - 3», (Тольятти, 2003); конференции «Неделя науки — 2003» Сибайского института Башкирского государственного университета (Сибай, 2004); международной научно-практической конференции «Приоритет России XXI века: от биосферы и техносферы к ноосфере» (Пенза, 2004); международной конференции «Природное наследие России: изучение, мониторинг, охрана», (Тольятти, 2004).

Декларация личного участия автора. Автором лично проведены исследования в 2000-2003 гг.: отбор проб воды и донных отложений, описание

створов, анализ и тестирование проб воды и донных отложений. Всего в процессе работ было отобрано и проанализировано 292 проб воды и донных отложений.

Основные положения диссертации, вносимые на защиту.

1. В районе функционирования горнорудных предприятий формируются техногенные ландшафты с повышенным содержанием меди, цинка и марганца.

2. Правобережные притоки реки Урал - река Худолаз и река Таналык испытывают дополнительную техногенную нагрузку (С^ Zn, Mn), так как главным промышленным производством Башкирского Зауралья является широкая по масштабам и продолжительная по времени добыча и переработка медно-колчеданных руд.

3. В донных отложениях изучаемых рек адсорбировано большое количество тяжелых металлов. Речные экосистемы в условиях техногенного воздействия характеризуются ограниченными резервами к самовосстановлению.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ.

Объем и структура диссертации. Работа изложена на 129 страницах текста, содержит 3 карты — схемы, 13 таблиц, 14 рисунков. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, 7 приложений, списка литературы, включающего 171 наименований, в том числе 11 иностранных.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Тяжелые металлы в окружающей среде (обзор литературного материала).

Рассматриваются источники техногенного (предприятия черной и цветной металлургии) (Глазовская, 1968, 1972; Ильин; Степанова, 1979; Варшал, Папина, 1989; Оценка экологического..., 2001; Рудницкая, 2001;

б

Котлов, 1978; Чибилев, 1987; Ильин, 1989; 1990; Клысов; Гареев, 1995; Фаткуллин, 1995; Нестеренко, 1995; Фаткуллин и др., 1997; Обзор о состоянии..., 1999; Назаров и др., 2002; Протасов, 1995) и природного поступления тяжелых металлов в окружающую среду (Майстренко и др., 1996). Отмечены их характерные свойства и степень токсичности (Robb at al., 1980; Wallace at al., 1980; Singh, 1988; Протасов, 1997). Дана характеристика приоритетным тяжелым металлам и их воздействия на биоту (Wallace at al.. 1980; Одум, 1986; Келлер, 1998; Краснощекое, Розенберг, 1994). Приведены сведения о поведении металлов в воде. На основе обзора литературы сформулирована необходимость проведения исследований о влиянии деятельности горно-обогатительных комбинатов на накопление и распределение тяжелых металлов в малых реках Башкирского Зауралья.

Глава 2. Природные условия региона и методы исследования.

Охарактеризованы природные условия района исследования, который находится в пределах двух подзон Евразиатской степной области: Зауральской лесостепи и Зауральской степи, составляющих в целом Башкирское Зауралье. Климат характеризуется выраженной континентальностью, специфическими чертами климата являются довольно длительная, холодная и малоснежная зима, резкие колебания суточного и годового хода температуры. Характерны частые и сильные ветра.

В почвенном покрове Башкирского Зауралья преобладают черноземы (Суюндуков, 1995; 1998; 2001).

В целом природные и геохимические условия исследованного района разнообразны и уникальны. Уникальность заключается в наличии разнообразных металлогенных поясов, обогащающих прилегающие природные среды тяжелыми металлами. К перечисленному добавляется высокий уровень техногенной нагрузки в регионе.

В 2000-2003 гг. на территории Башкирского Зауралья в зоне воздействия горно-обогатительных комбинатов, работающих на базе медно-колчеданных

месторождений Баймакского, Сибайского и Бурибай — Маканского рудных районов, были проведены комплексные работы по влиянию загрязняющих веществ, в первую очередь тяжелых металлов, на состояние рек Худолаз и Таналык.

Карта - схема расположения района исследования

В пределах упомянутых выше рудных районов действуют Башкирский медно-серный комбинат (БМСК) и Бурибаевский горно-обогатительный комбинат (Бурибаевский ГОК), специализирующиеся на добыче, обогащении

медно-колчеданных руд и являющиеся одними из основных поставщиков концентратов медно-колчеданных руд металлургическим предприятиям. Водопользование на технические нужды ОАО БМСК осуществляет из водохранилища на реке Худолаз, а Бурибаевский ГОК - из реки Таналык. Вода, попутно забранная при добыче полезных ископаемых в карьерах, сбрасывается в поверхностные водные объекты.

Изучалось накопление и распределение меди, цинка и марганца в реках Худолаз и Таналык. Каждая из этих рек имеет свои притоки и характеризуется, преимущественно, снеговым типом питания.

Бассейн реки Худолаз расположен в пределах Баймакского района и части Челябинской области. Она берет свое начало на восточном склоне хребта Ирендык, вблизи вершины Яман-таш. Здесь проходят рубежи между степью и лесостепью, горами и равнинами, горно-лесной и степной зоной. Длина реки Худолаз 81 км, площадь водосбора составляет 1060 км2. Река характеризуется быстрым течением, каменистым ложем, узкой долиной, обрывистыми берегами. В верхнем течении вода реки Худолаз чистая и прозрачная, на территории г.Сибая загрязняется отходами и стоками промышленных предприятий, в первую очередь, ОАО БМСК.

Севернее в 7 км от реки Худолаз берет начало река Таналык. Река Таналык и ее приток река Бузовлык являются основными водными артериями Хайбуллинской сухостепи. Восточная половина этого района бедна речной сетью. На территории Хайбуллинского района вода в реке Таналык загрязняется отходами и стоками Бурибаевского ГОК.

Тяжелые металлы определялись в 3-х створах реки Худолаз и в 4-х створах реки Таналык. В реке Худолаз были выделены следующие точки отбора проб: 1х — пос. Казанка, которая приравнена к местному биогеохимическому фону; 2х - пос. Калинино, после впадения стоков г. Сибай; Зх - пос. Новопокровский, пограничный створ с Челябинской областью. Створы реки Таналык: 1т - выше г. Баймак, приравнена к местному фону; 2т -пос. Самарское, до приема стоков Бурибаевского ГОК; Зт - ниже пос. Бурибай,

после приема стоков; 4т - с. Мамбетово, пограничный створ с Оренбургской областью.

Характеристику водных объектов мы проводили двумя способами: 1-е использованием физико-химических методов, II - с использованием биотестовых методов анализа качества воды. Физико-химические методы (метод инверсионной вольтамперометрии) применялись при изучении содержания, накопления и распределения меди, цинка и марганца в воде и донных отложениях изучаемых рек. Для экологической оценки вод мы использовали кратность превышения предельно допускаемых концентраций для водоемов рыбохозяйственного назначения при этом

учитывалась группа токсичности металлов. Содержание тяжелых металлов в поверхностных водах и донных отложениях определялось методом инверсионной вольтамперометрии (ИВ) в лаборатории Федерального государственного учреждения по мониторингу водных объектов бассейнов рек Белой и Урала (ФГУ МВО БУ) на анализаторе ТА-2. Пробы анализировались в соответствии с МУ 08-47/091, МУ 08-47/56 и МУ 08/47/101.

Для определения степени токсичности иловых отложений рек применились биотестовые методы анализа с использованием пары тест организмов — одноклеточных водорослей Chlorella vulgaris Ваег и дафний Daphnia magna Str. Пробы анализировались в лаборатории Нижегородского государственного университета (г. Нижний Новгород) в соответствии с ПНД ФР. 1.39.2001.00283 и ФР. 1.39.2001.00284.

Эксперимент был проведен по схеме кратковременного биотестирования (96 часов), что позволяет определить острое токсическое действие исследуемой воды по выживаемости дафний и ингибированию роста водорослей. Критерием токсичности является гибель 10% дафний за наблюдаемый период по сравнению с контролем и 20% отклонение от контроля при развитии водорослей. Степень токсичности водной вытяжки отходов характеризуется величиной (кратностью) их разбавления, при котором отсутствует острое

токсическое действие на тест-объекты и достигается безвредная кратность разбавления вод (Бкрю-^и Бкрад-эб)-

Статистическая обработка данных проводилась с использованием программы Statistica-6 и системы электронных таблиц Excel.

Глава 3. Горнорудный комплекс, как основной фактор техногенного воздействия на окружающую среду изучаемого района. Приводится историческая справка о том, как основные производственные процессы горнорудных предприятий воздействуют на окружающую среду изучаемого района. Описание приводится в хронологической последовательности, и отражает динамику развитая горнорудного производства.

Глава 4. Содержание и распределение тяжелых металлов в водах рек Худолаз и Таналык. Изучалось содержание Си, Zn, Mn в водах рек Худолаз и Таналык. Периодические, повторяющиеся через определенные промежутки времени анализы концентрации тяжелых металлов в разных точках реки, позволяют видеть динамику изменения ингредиентов воды, распределение концентрации токсических компонентов по течению от фонового створа до устья, выявить основные источники поступления загрязняющих веществ.

4.1. Тяжелые металлы в воде реки Худолаз. Приводится оценка состояния фонового створа. Среднее содержание меди в фоновом створе составляет 0,004 мг/дм3, что соответствует 4 ПДКрыб хо,; цинка - 0,03 мг/дм3 (3 ПДКрнвхоз); марганца-0,07 мг/дм3 (7 ПДКрыбх03).

Для оценки техногенного влияния сточных вод г. Сибай, был выбран створ реки Худолаз, пос. Калинине Здесь происходит резкое увеличение загрязняющих веществ. Если вновь обратиться к средним значениям веществ, то концентрация меди составляет 0,026 мг/дм3, что соответствует 26 ПДК^ хоз. Огромные значения наблюдаются по иону цинка — средняя концентрация равна

Среднее за 4 года значение концентрации марганца

составляет 0,65 мг/дмЗ

Как видно из результатов исследований, река Худолаз у пос. Калинине сильно загрязнена. Внос токсичных веществ осуществляет река Караганды, в

которую попадают все стоки г. Сибай. Далее в главе 4.1. приведена динамика изменения концентрации тяжелых металлов в воде по течению реки Караганды, где четко видно, что внос тяжелых металлов осуществляется шахтными и подотвальными водами ОАО БМСК.

Пограничный с Челябинской областью створ на реке Худолаз расположен у пос. Новопокровский. Расстояние от предыдущего створа 10 км, в этом промежутке реки сброс сточных вод не осуществляется. При сравнении меди в этом створе с вышележащим створом наблюдается следующая картина. В декабре 2002 г., в январе, феврале, июне 2003 г. содержание этого металла выше, а в октябре и ноябре 2002 г. и 2003 г., декабре 2003 г. - ниже. Остальные месяцы концентрация меди в обеих точках примерно на одном уровне. Концентрации цинка в пограничном створе ежемесячно достигают экстремально-высоких значений (более 50 ПДКрыбкоз)- Как правило, эти значения ниже, чем в створе пос. Калинине Снижение концентраций цинка составляет 1,5-2,6 раза (рисунок 1).

Рисунок 1

Изменение концентрации 2п в р.Худолаз, 2003 г.

*

\ К

% 4 \ А -♦-Казанка

с 3 3 / \ /\ -»- Калининское

О , К ^ /АЛ / \ -*- Новопокровский

1

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

месяцы

Концентрации марганца в большинстве случаев в створе п. Новопокровский в 1,1-1,5 раза ниже, чем в предыдущем створе.

Таким образом, по результатам исследований видно, что фоновый створ реки Худолаз содержит повышенное количество тяжелых металлов. Это

обусловлено геохимическими факторами. Сбросы сточных вод ОАО БМСК дает меди - 7-кратное , цинка - 57-кратное, марганца - 10-кратное увеличение. Река Худолаз сильно загрязняется после впадения реки Карагайлы, в которую попадают стоки предприятий г. Сибай.

4.2. Тяжелые металлы в воде реки Таналык. Фоновым створом реки Таналык является точка 2000 м выше города Баймак. Среднее содержание меди здесь 0,005 мг/дм3 <5 ПДКрыбм*,); цинка - 0,047 мг/дм3 (5 ПДКрыбХ0з); марганца - 0,175 мг/дм3 (17 ПДКры6хоз).

Створ реки Таналык близ пос. Самарское был выбран в качестве, фонового для оценки влияния деятельности Бурибаевского ГОК на состояние реки. Среднемноголетнее содержание меди 0,0087 мг/дм3, что почти равно показателю вышерасположенного створа. Среднегодовые значения цинка находятся в диапазоне от 3 до 11 ПДКрыбхоз- Среднее за 4 изучаемых года концентрации марганца равно 0,141 мг/дм3, что несколько ниже, чем в вышележащем створе.

После попадания в реку сточных вод Бурибаевского ГОК, концентрация изучаемых металлов резко возрастает. Содержание меди, по сравнению с предыдущим створом, увеличивается в 8 раз. Оно равно 0,069 мг/дм3 (69 ПДКрыблоз). Средняя концентрация цинка составляет 0,173 мг/дм3 (17,3 ПДКрыбми) а марганца - 0,57 мг/дмЗ (б ПДКрыбш,). Анализ среднемноголетних значений показывает, что в данном створе происходит увеличение содержания меди в 8,5 раз, цинка - 2,6, марганца - 4 раза по сравнению с вышележащим створом. Класс качества в этом створе за весь период наблюдений постоянно шестой. Величина индекса загрязненности воды находится в пределах 10,137,5, что согласно «Классификации...» характеризуется как «чрезвычайно грязная».

Для определения качества воды, попадающей в Оренбургскую область, мы определили пограничную точку отбора - река Таналык близ пос. Мамбетово. Содержание меди здесь колеблется в пределах 6-5 0 ПДКрЫбХ03. Значения концентрации марганца определено в пределах 0,01 - 0,4 мг/дм3.

Концентрация цинка меняется в диапазоне 1,8 — 46,3 ПДКры6 хоз. Выше створа реки Таналык (пос. Мамбетово) наблюдается разбавление воды за счет притоков, вследствие этого объем загрязняющих веществ значительно снижается (табл. 1).

Таблица 1

Средние значения концентраций тяжелых металлов за 2003 год в реке Таналык, в точке техногенного влияния (пос. Бурибай)

и на границе Башкортостан - Оренбургская область (пос. Мамбетово)

Ингредиенты ПДКрыбхоэ, мг/дм3 р. Таналык, пос. Бурибай, мг/дм3 р. Таналык, пос. Мамбетово мг/дм3

Си 0,001 0,098 0,019

7п 0,01 0,22 0,15

Мп 0,01 0,41 0,17

Была произведена оценка взаимосвязи концентрации тяжелых металлов и количества атмосферных осадков. Коэффициент корреляции равен 0,17.

Глава 5. Влияние эксплуатации рудных месторождений на содержание тяжелых металлов в донных отложениях рек Башкирского Зауралья. Приведены результаты анализов проб донных отложений в реке Худолаз, до (пос. Казанка) и после (пос. Калинино) сбросов сточных вод ОАО БМСК; в реке Таналык, до (пос. Самарское) и после (пос. Бурибай) впадения сточных вод Бурибаевского ГОК. Иловые осадки рек обладают сорбционной способностью и накапливают загрязняющие компоненты в больших количествах, что доказывают результаты исследований. ПДК для донных отложений не существует, и поэтому, для сравнения в таблице 2 предлагаются средние содержания металлов в донных отложениях мира (Добровольский, 1983).

Таблица 2

Валовое содержание металлов в донных отложениях водных объектов

Элемент Место отбора проб и концентрация, мг/дм3 Среднее содержание (валовое)в донных отложениях мира, мг/кг

р.Худолаз, пос. Казанка р.Худолаз, пос. Калинине р.Таналык, пос. Самарское р.Таналык, пос. Бурибай

Си 47,6 85,0 14,6 431,9 61,0

Zn 97,4 6909,0 35,9 136,1 123,0

Мп 180,2 552,8 231,8 871,2 530,0

Наиболее загрязнены цинком и медью донные отложения реки Худолаз, после сбросов сточных вод ОАО БМСК, где наблюдаются 56-кратное превышение среднемировых значений по цинку.

Повышенное содержание меди отмечается в донных отложениях реки Таналык, после впадения сточных вод Бурибаевского ГОК, по содержанию в семь раз превышающей среднемировые концентрации. Большие концентрации в этой точке наблюдаются также и по марганцу (871,2 мг/кг).

Глава 6. Биоиндикация токсического действия загрязняющих веществ в изучаемых реках. Полученные результаты свидетельствуют о том, что неразбавленная водная вытяжка иловых осадков не оказывает ингибирующее действие на одноклеточные водоросли. Кроме того, вещества, содержащиеся в иловых осадках, оказывают стимулирующее действие на развитие водорослей. При разбавлении водной вытяжки проб, стимулирующее действие веществ сменяется на угнетающее воздействие. Таким образом, пробы иловых осадков «Таналык-2» при разбавлении в 10 раз оказывают достоверное (более чем 20%) токсическое действие (табл.3).

Таблица 3

Результаты биотестирования иловых отложений реки Таналык,

после сбросов сточных вод Бурибаевским ГОК

Характе- Концентрация Численность Среднее Отклонение Оценка

ристика водной водорослей, значение, от нормы, % качества

пробы вытяжки, % тысЛм3 тысЛм3 (острое

токсическое

действие)

Контроль 10S7 1077,6

1078

1098

Река Таналык, Буриба-евский ГОК 100% 1015 1008,0 6,46 Не оказывает

1015

994

10% 723 722,7 32,93 Оказывает

723

723

Таблица 4

Результаты биотестирования иловых осадков реки Худолаз,

после сбросов сточных вод ОАО БМСК

Проба Исследуемая Время Количество Смерт- Оценка

концентра от выживших ность качества

ция начала дафннй дафний воды

воды, % бнотес (среднее по в опыте,

тн- паралельным %к

рования, сериям) контро

часы кон опыт лю ЛКРяи* ККРим*

троль

1 2 3 4 5 6 7 8

1 2 3 4 5 6 7 8

Река 100 0 100

Худолаз, 50 0 100

пос. 25 96 10 0 100 55,00 91,00

Калинино 10 0 100

1 10 0

од 10 0

При исследовании токсичности водной вытяжки проб с использованием ракообразных Daphnia magna Str. выявлено, что пробы реки Таналык и фоновая проба реки Худолаз не оказывают токсического действия на жизнедеятельность дафний. Вместе с тем, водная вытяжка иловых осадков реки Худолаз, после стоков г. Сибай (пос. Калинине) является токсичной для дафний (таблица 4).

Выводы

1. Зауралье - уникальный в геохимическом отношении регион, где на фоне повышенного природного уровня содержания химических элементов и на фоне масштабных и продолжительных по времени, добычи и переработки медно-колчеданных руд в речные экосистемы испытывают высокую техногенную нагрузку. Техногенные ландшафты характеризуются ограниченными резервами к самовосстановлению.

2. Правобережные притоки реки Урал - река Худолаз и река Таналык имеют свои притоки и характеризуются преимущественно снеговым типом питания. Река Худолаз в районе пос. Калинино и дальше, на всем протяжении, загрязняется шахтными и подотвальными водами Сибайского карьера и карьера Камаган. Так же на загрязнение воды реки Худолаз тяжелыми металлами сильно влияет материал хвостохранилищ ОАО «Башкирский медно-серный комбинат».

На загрязнение воды реки Таналык ионами тяжелых металлов большое влияние оказывают сточные воды Бурибаевского ГОК.

Концентрации загрязняющих веществ резко увеличиваются в осенне-зимние месяцы, что объясняется засушливостью лета и уменьшением объемов воды в реках в это время года.

Река Худолаз обладает слабой самоочищающейся способностью вследствие маловодности.

3. Донные отложения изучаемых рек загрязнены тяжелыми металлами. ПДК для донных отложений не существует, поэтому при сравнении

использовали сведения о содержании металлов в донных отложениях мира по В.В. Добровольскому (1983).

Установлено, что наиболее загрязнены цинком донные отложения реки Худолаз, после впадения сточных вод г. Сибай. Содержание этого металла составляет 6909 мг/кг, что соответствует 56-ти кратному превышению среднемировых значений.

Повышенное содержание меди отмечается в донных отложениях реки Таналык, ниже сточных вод Бурибаевского ГОК - 431,9 мг/кг, по содержанию в 7 раз превышающее среднемировые концентрации. Здесь же отмечается повышенное 1,5 разовое превышение среднемировых концентраций ионов марганца (871,2 мг/кг).

4. Неразбавленная водная вытяжка иловых осадков рек Худолаз и Таналык не оказывает ингибирующее действие на одноклеточные водоросли. При исследовании токсичности водной вытяжки этих же проб с использованием ракообразных Daphnia magna Str. выявлено, что три пробы (р. Худолаз, фон; р. Таналык, фон; р. Таналык, после сброса сточных вод Бурибаевского ГОК) не оказывают токсического действия на жизнедеятельность дафний. Вместе с тем, водная вытяжка иловых осадков реки Худолаз, после сбросов сточных вод г. Сибай является токсичной для дафний. Безвредная кратность разбавления водной вытяжки этой пробы составляет 91,00, что соответствует согласно «Критериев ...» категории «малоопасные отходы» и характеризует экологическую систему как нарушенную с периодом самовосстановления не менее 3-х лет.

Вышеперечисленные особенности характеризуют реки Башкирского Зауралья как весьма уязвимые по отношению к техногенному воздействию предприятий горнорудного комплекса.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Селезнева A.M. Характеристика уровня загрязнения р. Туяляс (Худолаз) в связи с разработкой месторождения полиметаллических руд (Башкирское Зауралье) // Экологические проблемы бассейнов крупных рек - 3: Тезисы докладов Международной и Молодежной конференции. - Тольятти, 2003. - С. 255.

2. Селезнева А.М. Влияние тяжелых металлов на биологические системы // Труды Сибайского института Башкирского государственного университета: Сборник статей. Ч. 2 / Изд-е Сибайского института БашГУ. - Сибай, 2003. -С.100 - 102.

3. Селезнева А.М. Влияние горнорудной промышленности на состояние рек Худолаз и Таналык // Научные доклады конференции «Неделя науки - 2003» Сибайского института Башкирского государственного университета: 4.1 / Изд-е Сибайского института БашГУ. - Сибай, 2004,- С.10 -18.

4. Сарбаев Р.С., Селезнева А.М. Экологические последствия деятельности горнорудных предприятий Башкирского Зауралья // Приоритет России XXI века: от биосферы и техносферы к ноосфере: Материалы международной научно-практической конференции. — Пенза, 2004.-С. 124-126.

5. Селезнева А.М., Безруков М.Е. Биотестирование иловых осадков рек Башкирского Зауралья // Бюллетень «Самарская лука» - 2004. - №15. С.23-26.

Отпечатано с готовых диапозитивов ООО "Принт+" Тираж 100 экз. Заказ № 34 450054, г. Уфа, пр. Октября, 71

f*21158

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Колесникова, Альфия Махмутовна

Введение.

Глава 1. Литературный обзор.

Тяжелые металлы в окружающей среде

Глава 2. Характеристика объектов и методы исследования.

2.1 .Общая характеристика природных условий района исследования.

2.2. Характеристика объектов исследования.

2.3. Методы исследования и объем выполненных работ.

3. Горнорудный комплекс как основной фактор техногенного воздействия на окружающую среду изучаемого района.

3.1. Краткая историческая справка по Баймакскому району.

3.2. Краткая историческая справка по г. Сибай и ОАО БМСК

3.3. Загрязнение воздушной среды.

3.4. Хвостохранилища твердых отходов.

3.5. Загрязнение водной среды.

Глава 4. Содержание и распределение тяжелых металлов в водах рек Худолаз и Таналык.

4.1. Тяжелые металлы в воде р. Худолаз.

4.1.1. Оценка состояния фонового створа р. Худолаз.

4.1.2. Оценка техногенного влияния на состояние р. Худолаз.

4.1.3. Результаты исследования состояния реки Карагайлы, как притока р. Худолаз.

4.1.4. Качество воды в реке Худолаз, впадающей в р. Урал.

4.2. Тяжелые металлы в воде р. Таналык.

4.2.1. Оценка состояния фонового створа р. Таналык.

• 4.2.2. Створ р. Таналык, пос. Самарское.

4.2.3. Оценка техногенного влияния на состояние р. Таналык.

4.2.4. Качество воды в реке Таналык, впадающей в р. Урал.

Глава 5. Влияние эксплуатации рудных месторождений на содержание тяжелых металлов в донных отложениях рек Башкирского Зауралья.

Глава 6. Биоиндикация токсического действия загрязняющих веществ в реках Худолаз и Таналык.

Выводы.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Тяжелые металлы в реках Башкирского Зауралья в условиях добычи и переработки медно-колчеданных руд"

В современном мире из-за быстрого развития промышленности крайне остро встали вопросы взаимодействия человека и природы. Особую тревогу вызывают загрязнения окружающей среды.

Одной из серьезных проблем, которые встали перед человечеством, является вопрос загрязнения водных ресурсов.

Наличие медно-колчеданных месторождений в рудных районах Башкирского Зауралья способствовало бурному развитию в регионе горнодобывающей и перерабатывающей промышленности цветной металлургии, строительство предприятий в котором велось без должного учета экологических факторов, самоочищающей способности водных объектов и их экологической емкости (Балков, 1996; Гармаш, 1985; Глазовская, 1989; Оценка экологической., 2001).

Актуальность проблемы. С целью оздоровления окружающей среды и улучшения экологической обстановки в регионе существуют программы технических мероприятий, цель которых состоит в определении основных направлений и методов обеспечения экологической безопасности населения. Для решения задач таких программ крайне важно создание информационной базы по источникам загрязнения, их классификация, учитывающая условия их образования и степень воздействия на водотоки; изучение физико-химического состава воды водотоков промышленных предприятий; мониторинг загрязнения водоемов и оценка степени влияния промышленных предприятий на состояние водных объектов, применение биотестовых методов анализа качества вод, позволяющие обнаружить токсические соединения, влияющие на организм (Краснощекое, Розенберг, 1994; Розенберг и др., 2000; Малушко, 2002; Зинченко и др., 2004;).

Цели и задачи исследования. Целью работы является характеристика водных объектов Башкирского Зауралья - рек Худолаз и Таналык в связи с разработкой рудных месторождений и урбанизацией; исследование источников загрязнения и степени их воздействия на состояние изучаемых рек в местах размещения горнорудных предприятий Башкирского Зауралья.

Для решения этой цели были поставлены следующие задачи:

1) охарактеризовать состояние рек Худолаз и Таналык и годичной динамики загрязнения;

2) установить основные загрязняющие компоненты и выявить основные источники загрязнения;

3) изучить распределение ионов тяжелых металлов в системе вода — донные отложения;

4) провести биотестирование донных отложений изучаемых рек.

Научная новизна. В зоне Башкирского Зауралья автором впервые проводились комплексные исследования влияния деятельности горнообогатительных комбинатов на накопление и распределение тяжелых металлов в речной воде и донных отложениях. Получены характеристики фонового и техногенного содержания ионов металлов в реках. Биотестирование иловых осадков рек с использованием ракообразных Daphnia magna Str. показало, что загрязнение рек сточными водами горно-обогатительного комбината в сочетании со сбросами городских сточных вод резко увеличивают общую токсичность. В таких условиях речные экосистемы имеют ограниченные возможности самовосстановлению, а реки Башкирского Зауралья весьма уязвимы к техногенному воздействию со стороны предприятий горнорудного комплекса.

Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные в результате проведенных исследований данные позволяют дать оценку экологического состояния малых рек Башкирского Зауралья и могут быть использованы как основа для разработки основных направлений, методов и природоохранных мероприятий, обеспечивающих экологическую безопасность населения в регионе.

Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертации докладывались на Международной и молодежной конференции «Экологические проблемы крупных рек - 3», (Тольятти, 2003); конференции «Неделя науки - 2003» Сибайского института Башкирского государственного университета (Сибай, 2004); международной научно-практической конференции «Приоритет России XXI века: от биосферы и техносферы к ноосфере» (Пенза, 2004); международной конференции «Природное наследие России: изучение, мониторинг, охрана», (Тольятти, 2004).

Выражаю благодарность научным руководителям: доктору биологических наук, профессору, академика РАЕН А.Ю. Кулагину и доктору технических наук, профессору P.P. Хабибуллину за советы и консультации при подготовке настоящей рукописи. Работа выполнена благодаря советам, содействию и практической помощи со стороны доктора биологических наук Ю.А. Янбаева; директора Федерального государственного учреждения по мониторингу водных объектов бассейнов рек Белой и Урала A.C. Малмыгина; заведующего лабораторией биоиндикации университета им. Лобачевского М.Е. Безрукова; доктора биологических наук Я. Т. Суюндукова, начальника Сибайской лаборатории ФГУ МВО БУ Гумеровой Г.Я., которым автор приносит слова искренней признательности.