Производственная мощность предприятия за последние 15 лет по руде и основным видам товарной продукции (медному, цинковому и пиритному концентратам) представлена в таблице 2. Там же приведены данные по динамике образования хвостов.

Таблица 2 Основные показатели производственной деятельности Учалинского ГОКа

Год	Мощность, тыс. т/год
	Руда (сухая)	Товарная продукция	Отвальные хвосты
		Медный концентрат	Цинковый концентрат	Пиритный концентрат
1986	3621,5	182,0	184,9	2359,6	896,3
1987	3766,6	228,6	184,8	2332,4	1017,7
1988	3898,9	263,3	188,7	2292,0	1161,4
1989	3872,8	264,6	192,6	2231,8	1179,2
1990	3673,9	245,8	189,1	1996,0	1228,3
1991	3382,2	197,5	180,4	1845,3	1178,9
1992	3155,9	165,1	131,2	1486,7	1371,2
1993	2906,6	156,6	148,4	1300,1	1301,3
1994	3027,2	175,5	178,2	810,3	1862,8
1995	2999,5	179,2	188,4	773,4	1858,5
1996	3050,5	181,3	174,3	891,5	1803,4
1997	2839,0	168,8	147,2	491,2	2031,7
1998	3065,0	167,3	160,2	612,8	2124,5
1999	3157,5	161,2	167,8	542,8	2285,5
2000	3379,4	166,9	181,0	599,9	2431,5
2001	3525,1	204,6	188,3	408,0	2724,1
2002	4499,8	313,7	209,4	411,6	3450,3
2003	4579,4	297,0	230,6	496,9	3554,9

Основными технологическими узлами горно-обогатительных комбинатов (ГОК) по переработке полиметаллических и других металлсодержащих руд являются:

карьер (или рудник);

обогатительная фабрика, рудоотвал (место для складирования руды);

отвалы вскрышных и рудовмещающих пород;

специально оборудованные хранилища для хранения твердых и жидких отходов (хвостохранилища, отстойные пруды).

К основным объектам учалинской промплощадки ОАО «Учалинский ГОК» в настоящее время относятся:

- Учалинский рудник, в состав которого входит: шахта, Учалинский карьер, Юлдашевский известняковый карьер, асфальто-бетонная и дробильно-сортировочная установки;

- Учалинская обогатительная фабрика с хвостовым хозяйством, которое с 2002 г. выделено в цех технологических гидротехнических сооружений;

- энергоцех;

- ремонтно-механический завод;

- автотранспортное предприятие;

- железнодорожный цех;

- строительно-монтажное управление;

Кроме того, УГОК располагает службой технического контроля, исследовательской и химической лабораториями, лабораторией автоматизации производств и измерительной техники, строительной лабораторией а также имеет комбинат общественного питания.

Основными производственными подразделениями учалинской промплощадки ГОКа являются Учалинский рудник, осуществляющий добычу руды открытым и подземным способами, и обогатительная фабрика.

Добыча металлсодержащих руд на стадии первоначальной разработки месторождения чаще всего осуществляется открытым карьером с последующей разработкой залежи подземным способом.

Экологические проблемы, вызванные деятельностью горно-обогатительных комбинатов, обусловлены составом перерабатываемых руд и горных пород и технологией их добычи и обогащения. Экологические проблемы повсеместно носят комплексный характер. Это заключается во включении тяжелых металлов в техногенные миграционные потоки основных цепей распространения загрязняющих веществ.

1.5.1 Характеристика и географическое положение Учалинского района и площадок размещения основных объектов предприятия

Учалинский район является самым восточным районом республики Башкортостан и имеет географические координаты: 54⁰54' - 53⁰55'с.ш., 58⁰43'- 60⁰ в.д. Район расположен в пределах двух частей света - Европы и Азии. На западе он граничит с Белорецким, на юге - с Абзелиловским районами РБ, на востоке и севере - с Челябинской областью. Площадь района составляет 4510 км ². Протяженность с запада на восток - 38 км, с севера на юг - 140 км, длина границ - более 400 км.

Участок расположения Учалинского ГОКа находится на восточном склоне Южного Урала, в районе развития грядо-мелкосопочного рельефа восточных предгорий системы хребта Ирендык. Характерными формами рельефа данного района являются субмеридиональные вытянутые гряды небольшой протяженности, сопки и холмы, разделенные плоскодонными понижениями и озерными котловинами. Пониженные части плоскодонных понижений заполнены водой озер Большие Учалы и Карагайлы. Абсолютные отметки рельефа изменяются в пределах 510.8 - 572 м. К западу от участка проходит гряда северо - северо-западного простирания, имеющая наибольшую отметку 663.3 м в своей северо - западной части и спускающаяся к оз. Малые Учалы. Южная вершина этой гряды (г. Кок-Баш) имеет абсолютную отметку 576.4 м. Вершины и склоны гряд, сопок и холмов, как правило, крутые и лишены почвенного покрова. Выположенные участки склонов и плоскодонные понижения выполнены рыхлыми отложениями и задернованы. В центральной части участка первоначальный рельеф нарушен карьером и отвалами горных пород, относительная высота которых достигает 20-60 м.

Промплощадка Учалинского ГОКа находится практически в центре г.Учалы. Рельеф промплощадки имеет явно выраженный сопочный и мелкосопочный характер, понижаясь в восточном, юго-восточном, южном и юго-западном направлениях. В юго-восточной и юго-западной частях промплощадки наблюдается заболоченность.

Общая площадь земель под учалинской промплощадкой составляет 1252 га. В 2000 году глубина Учалинского карьера достигала ~324 м, длина - 1800м, ширина - 1000 м.

Отвалы вскрышных пород занимают площадь около 300 га и с трех сторон окружают карьер рудника. Под отвалами и хвостохранилищем погребена большая часть оз. Мал.Учалы.

Площадь, находящаяся под корпусами обогатительной фабрики, составляет 45 га, хвостохранилищем (первым и вторым отсеками) - 140 га.

Схема расположения г.Учалы и близлежащих населенных пунктов представлена в Приложении.

1.5.2 Краткое описание гидрографической сети района расположения предприятия

Территория Учалинского района является водоразделом бассейнов рек Урал и Обь. Промплощадка Учалинского ГОКа находится в бассейне верхнего течения р.Урал, проте-кающей в 11 км к северо-западу от г.Учалы, и в бассейне р.Уй, протекающей по территории Челябинской области, и ее притока - р.Кидыш. В непосредственной близости от учалинской промплощадки протекают реки, впадающие в р. Урал (Канды-Булак, Имангул и др.) и в р. Кидыш (Буйда, Зириклы, Ям-Елга и др.).

Важными элементами гидрографии в районе месторождения являются озера: Большие Учалы, Ургун, Калкан и Карагайлы, расположенные: оз. Бол. Учалы - в 1,5 км к северу, оз. Ургун - в 5 км к северу, оз. Калкан - в 12 км к северо - востоку и оз. Карагайлы - в 2,4 км к северо - востоку от месторождения. Амплитуда сезонного колебания уровня воды озер доходит до 0.5 м. Питание озер преимущественно атмосферное. Водообильных источников, стекающих в озера, не имеется. Грунтовые воды встречаются на заболоченных участках района и родниках.

2 ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ

В данном разделе рассмотрены основные источники и виды экологического воздействия УГОКа на ОС, детально исследовано применение карбонатного геохимического барьера для очистки сточных вод от тяжёлых металлов, предложена и разработана схема постройки искусственного карбонатного барьера, позволяющего вкупе с естественным биохимическим барьером (болотом) очищать воду до норм ПДК_рх, рассмотрен риск-анализ безопасности объекта.

2.1 Основные источники и виды, объекты и индикаторы экологического воздействия Учалинского ГОКа на окружающую среду

Учалинская промплощадка комбината является одной из наиболее экологически неблагополучных, поскольку на ее территории сосредоточены такие опасные для окружающей среды технологические объекты, как Учалинский рудник с породными отвалами, обогатительная фабрика с хвостовым хозяйством, а также энергоцех, ремонтно-механический завод, асфальто-бетонные и дробильно-сортировочные установки, котельная и др.

В связи с тем, что эти объекты размещены в пределах небольшой площади, результаты исследований позволяют оценить суммарное воздействие на окружающую среду всех объектов Учалинской промплощадки комбината.

В качестве основных источников загрязнения окружающей среды рассматривались:

комплекс горнодобычи, включающий в себя Учалинский карьер и рудник с породными отвалами;

комплекс переработки руды, включающий в себя обогатительную фабрику с хвостовым хозяйством.

Основные виды экологического воздействия комбината на окружающую среду: газо-аэрозольное и пылевое, гидродинамическое, гидрохимическое и химическое, механическое, радиационное, тепловое, шумовое и сейсмическое, а также отчуждение и изъятие земель, изъятие ресурсов, нарушение природного ландшафта.

Объектами техногенного воздействия предприятия являются гидросфера, литосфера и приземные слои атмосферы на территории, прилегающей к учалинской промплощадке УГОКа, а также хозяйственные, селитебные, историко-культурные, инженерные и другие объекты, расположенные на этой территории.

Индикаторы техногенного воздействия - показатели, характеризующие модель загрязнения, нарушения или изъятия в объекте окружающей среды и позволяющие оценить влияние предприятия на природные объекты. В качестве представительных индикаторов техногенного воздействия УГОКа выбраны приоритетные для предприятия по добыче и переработке полиметаллических руд загрязняющие вещества, специфичные для данного предприятия, отличающиеся повышенной контрастностью и характеризующие максимальные по размерам аномалии техногенного происхождения - тяжелые металлы, сульфаты, ксантогенаты и др. Для каждого вида воздействия выбраны свои характерные индикаторные вещества.

2.1.1 Газо-аэрозольное и пылевое воздействия

Организованными источниками газо-аэрозольного и пылевого воздействия являются вентиляционные выбросы шахт, выбросы цехов дробления и измельчения руд, выбросы обогатительной фабрики, котельной и др.

К неорганизованным источникам относятся - взрывная отбойка в карьерах, пыление отвалов и хвостохранилища, выбросы автотранспорта, погрузочно - разгрузочные работы и т.д.

Газо-пылевому воздействию подвергаются приземная атмосфера, участки земной поверхности и расположенные в их пределах хозяйственные и инженерные объекты.

Основным индикатором газопылевого воздействия является пыль. Вещественный состав пыли отражает минеральный состав руд и вмещающих пород. При этом отмечается избирательное обогащение пыли элементами-спутниками руд. Индикаторами следа газо-пылевого облака организованных и неорганизованных источников выбросов Учалинского ГОКа на земной поверхности являются тяжелые металлы (Cu, Zn, Hg, Fe, Mn и др.), сульфаты, рН.

2.1.2 Гидродинамическое воздействие

Гидродинамическое воздействие комбината на окружающую среду выражается в формировании депрессионных воронок и конусов репрессии.

Организованными источниками воздействия являются водоотлив Учалинского подземного рудника, водозабор природных вод для хозяйственно-бытового и производственного водоснабжения, хвостохранилище, технологический пруд.

Неорганизованные источники воздействия - фильтрационные потери I и II отсеков хвостохранилища, подотвальные воды, поверхностные (ливневые) стоки.

К объектам гидродинамического воздействия относятся участки подземных вод в контуре соответствующего нарушения, связанные с ними природные водные объекты (родники, озера и реки), земная поверхность (подтопление, затопление, заболачивание), недра (активизируются инженерно-геологические процессы и карстообразование) и расположенные в их пределах водозаборы, сельскохозяйственные объекты и т.д.

Гидродинамическое воздействие сопровождается как привносом, так и изъятием подземных вод.

2.1.3 Химическое и гидрохимическое воздействия

Химическое воздействие предприятия отражается в загрязнении природных сред стабильными химическими компонентами (Cu, Zn, Hg, Fe, Mn, As, Cd, Са, сульфатами, ксантогенатами и др.).

Основными источниками являются промвыбросы, сточные воды, компоненты руд и вмещающих пород, а также технологические материалы, используемые в процессах добычи и обогащения полезного ископаемого.

Участки природных сред, подверженные химическому воздействию - приземная атмосфера, земная поверхность, недра и расположенные в их пределах антропогенные объекты.

Отдельно рассматривается гидрохимическое воздействие, под которым подразумевается загрязнение подземных и поверхностных вод, донных отложений водоемов металлами, сульфатами и другими загрязняющими веществами.

К основным источникам гидрохимического воздействия относятся сбросы дренажных вод и промстоков, фильтрационные потери хвостохранилища, подотвальные и шахтные воды.

Объекты гидрохимического воздействия - поверхностные и подземные воды, донные отложения, почва. Для кислых вод дополнительными объектами воздействия являются также инженерные сооружения, а при нисходящих движениях кислых рудничных вод - рудовмещающие породы нижележащих горизонтов, физико-механические свойства которых претерпевают существенные изменения.

Индикаторами воздействия являются тяжелые металлы, концентрирующиеся в сточных водах (Cu, Zn, Hg, Fe, Mn, Са,Мg, Cd и др.), As, сульфаты, ксантогенаты.

2.1.4 Отчуждение и изъятие земель

Этот вид воздействия характеризуется невозможностью или ограниченностью последующего использования занятых предприятием земель в иных (хозяйственных и др.) целях без применения реабилитационных мероприятий.

Источники отчуждения и изъятия земель связаны со всеми рассматриваемыми промышленными комплексами Учалинского ГОКа. Источники изъятия земель - это площади земельного отвода предприятия. Источники дополнительного изъятия - жилые поселки с инфраструктурой (рассматриваемые комплексы часто градообразующие), ЛЭП, трубопроводы и т.п.

Объектами воздействия являются участки природного ландшафта, качество земельных ресурсов, объекты хозяйственной деятельности и другие антропогенные объекты, расположенные на отчуждаемой, изымаемой и нарушаемой территории.

В качестве индикаторов воздействия можно рассматривать размер отчуждаемой и изымаемой площади (га), удельную землеемкость продукции расход площади земель на единицу продукции (га/т).

2.1.5 Изъятие ресурсов недр

Технологическими источниками данного вида воздействия служат добычные работы, водоотлив и водозабор.

Объекты воздействия - это участки недр геологического массива, содержащие руды, вмещающие породы, породы вскрыши, подземные воды.

В качестве индикаторов воздействия выступают количества извлекаемых ресурсов данного минерального сырья и побочных полезных ископаемых, вскрышных и вмещающих пород (тыс. т, млн м³).

2.1.6 Нарушение природного ландшафта

Основные источники этого воздействия связаны с разного рода механическими нарушениями окружающей среды и размещением отходов. Второстепенными источниками являются прочие воздействия рассматриваемых комплексов: химические, радиационные, гидродинамические, газо-аэрозольные, пылевые.

Воздействию подвергаются природный ландшафт, трансформируемый в техногенный, и расположенные в его пределах антропогенные объекты.

Индикатором воздействия служит площадь деградированных территорий, рассчитываемая в %.

2.1.7 Влияние на биоту Учалинским горно-обогатительным комбинатом

Повышенные содержания тяжелых металлов в почвах создают благоприятные условия для захвата их растениями. Это способствует изменению видового состава биоценозов: в них увеличивается доля толерантных видов, способных усваивать тяжелые металлы в значительных количествах. В горнодобывающих районах природные геохимические аномалии с экологических позиций можно отнести к зонам загрязнения. Этот факт почти не учитывается при размещении сельскохозяйственных угодий, личных участков и пастбищ в районах горнодобывающих предприятий.

Загрязнение растений происходит не только путем поглощения химических элементов из почв, но и прямым осаждением пыли на поверхность. Немытые листья содержат в 312 раз больше свинца [14].

Коэффициент накопления металлов растениями, наиболее высок для цинка и кадмия, наименьший -- для свинца. Благодаря подвижности кадмия в системе почва -- растение его токсичность примерно в 10 раз выше, чем у свинца. Наибольшая концентрация свинца, как правило, содержится в корнях, меньше его в вегетативных органах растений, еще меньше в репродуктивных органах (плоды, семена). Активное накопление свинца отмечается в основных сельскохозяйственных продуктах - корнеплодах и капусте. Цинк становится токсичным для томатов при концентрации от 8 до 15 мкг/л во внутрипочвенных растворах и при общей концентрации в почвах 500-- 800 мкг/л.

Известно, что под действием кадмия и свинца уменьшается снабжение растений фосфором, селективность клеточных мембран и увеличивается их проницаемость для токсикантов. Кроме того, свинец в небольших дозах оказывает синергетический эффект на поступление кадмия в растения. Смесь цинка и меди в 5 раз более токсична, чем тех же элементов в тех же концентрациях порознь.

Избирательной способностью к накоплению тяжелых металлов обладают грибы. Особую опасность представляет тенденция съедобных грибов к накоплению тяжелых металлов в районах промышленных выбросов. Так, цинк больше всего накапливается в лисичках 140, сыроежках 100 мг/кг. Медь в подберезовиках 21,6 мг/кг, в шампиньонах 66,6 мг/кг. Максимальное количество цинка и меди в шляпках, вдвое меньше в ножках.

Следовательно, ухудшение физических и химических свойств атмосферы, гидросферы, литосферы на территории, прилегающей к горно-обогатительному комбинату, отрицательно сказывается на биоте. Повышенные содержания тяжелых металлов в почвах создают благоприятные условия для захвата их растениями. Это способствует изменению видового состава биоценозов: в них увеличивается доля толерантных видов, способных усваивать тяжелые металлы в значительных количествах.

2.1.8 Влияние Учалинского горно-обогатительного комбината на организм человека

Общеизвестно, что здоровье человека зависит от состояния окружающей среды, и является результатом воздействия социальных и природных факторов. Болезни, характерные для горнорудных районов можно свести в две основные группы:

1. Эндемические заболевания, обусловленные геохимическими особенностями пород и вод территорий с отчетливо выраженной геохимической специализацией, вызванные в основном природными факторами.

2. Заболевания, основной причиной которых являются концентрации тяжелых металлов из техногенных источников.

К эндемичным заболеваниям относится, например, зоб, из-за нехватки в воде йода.

Техногенное загрязнение в районе характеризуется ассоциацией тяжелых металлов, из которых цинк, медь, кадмий, свинец, мышьяк и другие по степени воздействия на организм человека отнесены 1 классу опасности (по ГОСТу 1.41.02-83).

Содержание тяжелых металлов в овощах и корнеплодах через пищевые цепи поступает в организм человека, вызывая различные заболевания.

Геохимические особенности пород и вод Учалинского рудного района с отчетливо выраженной геохимической специализацией вызывают различного рода заболевания. Например, селен по характеру токсического действия, напоминающий мышьяк, поражает печень, почки, вызывает расстройства нервной системы, хроническое воспаление суставов. Для горнорудных районов установлены новые профессиональные болезни: бериллиозы, ванадиевы токсикозы, фторные остеопорозы, свинцовые поражения нервной системы, ртутные заболевания желудочно-кишечного тракта. В районах размещения предприятий цветной металлургии наблюдается повышение уровня онкологических заболеваний.

Техногенные загрязнения среды в зоне влияния горнорудной промышленности несомненно оказывает отрицательное воздействие на здоровье населения данного района. Причем распространены больше всего заболевания органов дыхания, болезни нервной системы, болезни кровообращения и патология беременности и родов.

Научные исследования должны быть сегодня направлены на разработку правил и норм сохранения здоровья населения и окружающей среды. Такой подход в будущем позволит выйти из состояния накопления фактов к действенным мерам по смягчению экологическою удара.

Следовательно, техногенные загрязнения среды в зоне влияния горнорудной промышленности несомненно оказывает отрицательное воздействие на здоровье населения данного района. Техногенное загрязнение в районе характеризуется ассоциацией тяжелых металлов, из которых цинк, медь, кадмий, свинец, мышьяк и другие по степени воздействия на организм человека отнесены 1 классу опасности. Один и тот же элемент оказывает положительное и отрицательное воздействие на организм человека в зависимости от концентрации элемента. Каждый из этих элементов обладает токсичными свойствами и вызывает специфические заболевания у человека.

Таким образом, анализ литературных данных показал, что УГОК является источником загрязнения окружающей среды.

При ведении технологических процессов, начиная от добычи горной массы до выпуска готовой продукции, происходит образование и выделение большого количества загрязняющих веществ, таких как нефтепродукты, медь, цинк, железо общее, кальций, магний, сульфаты, фосфаты, хлориды, натрий, калий, алюминий, никель, кобальт, марганец, кадмий, свинец, хром, среди которых наиболее токсичными являются тяжелые металлы. Попадая в окружающую среду тяжёлые металлы оказывают негативное воздействие на все составляющие биосферы атмосферу, литосферу, гидросферу, биоту и человека. Масштабнее происходит загрязнение и нарушение гидросферы. В результате сброса больших объёмов рудничных и шахтных вод в поверхностные водные системы отрицательное экологическое влияние прослеживается далеко за пределами месторождений и охватывает крупные районы.

В связи с этим необходимо рассмотреть вопрос об очистке рудничных вод УГОКа от ионов тяжёлых металлов. В виду простоты и экономичности барьерного метода целесообразно было проведение детальных исследований применительно к загрязнённым тяжёлыми металлами сточным водам горных предприятий.

2.2 Исследование возможности использования различных карбонатных минералов для очистки сточных вод горно-обогатительных комбинатов от тяжёлых металлов

Известно, что карбонаты и гидроксиды Ca, Mg и других щелочных и щелочноземельных металлов могут с успехом использоваться для очистки сточных вод от тяжёлых металлов.

При растворении карбоната кальция в воде происходит образование ОН - ионов в результате следующих реакций:

CaCO_3(тв) Ca²⁺ + CO₃²

CO₃² + H₂O HCO₃ + OH

HCO₃ + H₂O H₂CO₃ + OH,

Изначально эффект от применения карбоната кальция можно ожидать по меньшей мере в результате 3-х реакций удаления ионов ТМ:

реакции нейтрализации с образованием малорастворимых гидроксидов металлов (основных солей)

CaCO_3(тв) + Ме²⁺ + H₂O Ca²⁺ + Me(OH)₂ + CO₂

реакции обменного взаимодействия с образованием средних карбонатов металлов

CaCO_3(тв) + Me²⁺ MeCO_3(тв) + Ca²⁺

реакции образования основных карбонатов тяжёлых металлов

(х+у) Ме²⁺ + у СО₃² + 2х ОН х Ме(ОН)₂ у МеСО_3(тв).

Карбонат кальция относится к числу щелочных реагентов, исключающих перещелочившие растворов и создание среды выше 8,5.

Карбонат кальция обладает высокой способностью обменивать ион Са²⁺ на ионы ТМ, за исключением Ni²⁺ (16%).

Характерной особенностью карбоната кальция является участие в процессе осаждения металлов карбонат-ионов и преимущественное образование практически нерастворимых основных карбонатов.

Основные карбонаты могут иметь достаточно сложный и разнообразный состав, что связано с особенностями процессов осаждения и pH среды.

На основании литературных сведений, следует, что удаление ионов ТМ с помощью карбоната кальция происходит в результате образования основных карбонатов металлов.

Таким образом, результаты опытов с карбонатом кальция зависят как от типа и количества используемого реагента, так и от природы и концентрации металла в растворе. Подчеркнем: использование карбоната кальция открывает эколого-экономические перспективы создания надежного геохимического барьера карбонатного типа для удаления ТМ из шахтных вод.

В лабораторных условиях нами проведена серия экспериментов с различными карбонатными материалами для рекомендации их в качестве геохимического барьера

1) пропускание воды загрязнённой медью до концентрации 0,72 мг/л через CaCO₃ (мел), в виде мелкодисперсного порошкообразного вещества с квалификацией химически чистый

2) пропускание сточной воды Учалинского ГОКа через природный известняк из Юлдашевского известнякового карьера Учалинского ГОКа различной дисперсности

3) пропускание сточной воды Учалинского ГОКа через известняк из Юлдашевского известнякового карьера Учалинского ГОКа прошедший стадию обжига, также различной дисперсности.

Выбранные для исследования минералы готовились к проведению экспериментов следующим образом.

Мел смешивался с химически чистым кварцевым песком с целью обеспечения лучшей проницаемости воды сквозь слой такого барьера.

Известняк (исходный и обожжённый) измельчался до дисперсности 2-3 мм и 8-10 мм.

Подготовленные образцы использовались для оценки динамики насыщения их тяжёлыми металлами при различных условиях контакта сточной воды с образцами

равномерный проточный режим

режим непроточного динамического контакта.

Для проведения экспериментов использовалась подотвальная вода Учалинского ГОКа.

Состав сточной воды и исходный состав ТМ в известняковых минералах приведёны в таблицах 3 и 4.

Таблица 3 Содержание некоторых тяжёлых металлов в подотвальной воде Учалинского ГОКа

№ п/п	Элемент	Содержание, мг/дм3
1	Cu	72,22
2	Zn	160,62
3	Cd	0,0635
4	SO42-	2950
5	Mg	1,45

pH исходной воды = 3,06

Таблица 4 Содержание тяжёлых металлов в природных известняковых материалах дисперсностью 2-3 мм

№ п/п	Элемент	Содержание, мг/кг
		CaCO3	CaO
1	Cu	0,176	0,543
2	Zn	2,01	1,64
3	Cd	0,022	0,022
4	SO42-	0,033	0,033
5	Mg	2593	4093

2.2.1 Исследование мела

Навески мела (10 г) смешивались с таким же количеством химически чистого кварцевого песка и помещались в стеклянные хроматографические колонки с нижним сливом. Через колонку пропускался раствор меди с концентрацией 0,7 мг/л и рН = 2,39 порциями по 10, 50 мл. В каждой порции, прошедшей через слой мела измерялась величина рН и содержание меди. Общий объём пропущенного через колонку раствора составил 2,5 л. Медь, присутствующая в растворе, полностью осадилась на меловом барьере, о чём свидетельствуют результаты анализа всех порций рабочего раствора, пропущенных через колонку. Ни в одной проб медь не была найдена. Значение рН растворов, прошедших через колонку, варьировалось в диапазоне 8-9 рН.

2.2.2 Исследование природного известняка (до и после обжига)

Результаты исследования проб сточной воды после контакта с различными образцами известняка представлены в таблицах 5, 6, 7 и 8. Сточная вода пропускалась по порциям в 50 мл через навеску различных образцов известняка (10 г.).

Таблица 5 Содержание тяжёлых металлов в сточной воде после контакта с необожженным образцом известняка, дисперсностью 2-3 мм

№ п/п	Вид анализируемой воды	Содержание тяжёлых металлов, мг/л
		Cu	Zn	Cd	SO42-	Ca	Mg	pH
1	Исходная сточная вода	72,22	160,62	0,0635	2950		1,45	3,06
2	Вода, полученная после взаимодействия 1 порция	64,45	188,90	0,057	1516	503	3,35	6,31
3	2 порция	67,55	138,43	0,066	1366	413	2,60	10,87
4	3 порция	70,92	138,75	0,0675	1183	410	2,57	6,14
5	4 порция	63,82	91,25	0,0495	1808	1052	0,03	12,02
6	5 порция	65,87	143,12	0,057	1258	461	2,67	6,66
7	6 порция	64,18	136,25	0,062	2241	426	2,89	6,57
8	7 порция	69,22	149,21	0,0595	2966	450	2,66	6,71
9	8 порция	68,51	148,12	0,059	2433	452	2,81	6,81
10	9 порция	68,75	147,34	0,0605	2766	450	2,63	7,09
11	10 порция	62,07	160,62	0,0545	2991	211	2,70	6,74

Таблица 6 Содержание тяжёлых металлов в сточной воде после контакта с необожженным образцом известняка, дисперсностью 8-10 мм

№ п/п	Вид анализируемой воды	Содержание тяжёлых металлов, мг/л	pH
		Cu	Zn	Cd	SO42-	Ca	Mg
1	Исходная сточная вода	72,22	160,62	0,0635	2950		1,45	3,06
2	Вода, полученная после взаимодействия 1 порция	66,52	133,18	0,0635	1416	471	2,42	5,16
3	2 порция	66,18	158,75	0,0665	1400	335	2,04	4,38
4	3 порция	70,87	124,84	0,069	1233	262	1,96	3,80
5	4 порция	66,70	77,50	0,0415	1250	1600	0,01	12,2
6	5 порция	54,22	145,46	0,053	1208	282	2,17	4,91
7	6 порция	58,27	151,25	0,0565	2241	280	2,23	3,76
8	7 порция	34,87	150,00	0,0625	2433	296	2,26	4,45
9	8 порция	67,25	152,18	0,0525	2658	275	2,07	3,83
10	9 порция	57,52	153,12	0,0545	3083	49	1,99	4,05
11	10 порция	60,81	149,68	0,0525	3183	253	2,03	3,76

Таблица 7 Содержание тяжёлых металлов в сточной воде после контакта с обожженным образцом известняка, дисперсностью 2-3 мм

№ п/п	Вид анализируемой воды	Содержание тяжёлых металлов, мг/л	pH
		Cu	Zn	Cd	SO42-	Ca	Mg
1	Исходная сточная вода	72,22	160,62	0,0635	2950		1,455	3,06
2	Вода, полученная после взаимодействия 1 порция	60,67	79,37	0,056	2283	1180	0	12,16
3	2 порция	58,47	77,81	0,045	1166	1312	0,02	12,22
4	3 порция	62,92	104,06	0,0575	1100	1166	0,035	12,00
5	4 порция	71,58	121,40	0,065	1250	410	2,57	6,56
6	5 порция	66,16	104,21	0,0575	1000	1182	0,035	11,99
7	6 порция	65,72	102,50	0,0365	2191	1143	0,01	12,06
8	7 порция	69,00	93,75	0,05	2733	1106	0,02	11,98
9	8 порция	67,57	100,46	0,505	2483	1005	0,04	11,83
10	9 порция	64,42	100,93	0,046	2275	1085	0,035	11,85
11	10 порция	64,22	123,59	0,525	2883	551	0,475	10,34

Таблица 8 Содержание тяжёлых металлов в сточной воде после контакта с обожженным образцом известняка, дисперсностью 8-10 мм

№ п/п	Вид анализируемой воды	Содержание тяжёлых металлов, мг/л	pH
		Cu	Zn	Cd	SO42-	Ca	Mg
1	Исходная сточная вода	72,225	160,625	0,0635	2950		1,455	3,06
2	Вода, полученная после взаимодействии 1 порция	64,57	85,15	0,0465	1158	1108	0,08	12,13
3	2 порция	58,82	71,40	0,0405	1116	1328	0,02	12,13
4	3 порция	62,51	71,25	0,043	1000	1659	0	12,26
5	4 порция	71,78	127,81	0,0605	1233	321	2,03	3,97
6	5 порция	66,67	88,28	0,038	1283	1884	0,02	12,25
7	6 порция	64,76	93,90	0,345	2091	1778	0,02	12,28
8	7 порция	68,86	91,25	0,0435	2758	2218	0,09	12,44
9	8 порция	67,35	102,81	0,061	2566	1503	0,09	12,21
10	9 порция	63,81	107,03	0,048	2408	2290	0,02	12,23
11	10 порция	62,25	106,71	0,047	2900	1208	0,04	12,14

Результаты, представленные в таблицах 5-8 характеризуют изменение содержания тяжёлых металлов и сульфатов в каждой порции, полученной после взаимодействия её с навеской карбонатного материала. Чёткой закономерности поглощения элементом карбонатного соединения не выявлено.

При прохождении через все образцы исследуемых видов известняка пятикратного объёма сточных вод поглощающая способность образцов по отношению к тяжёлым металлам сохранилась практически неизменной. Из каждой порции раствора, прошедшего через колонку задерживалось около 10% Cu и Zn. Сульфаты карбонатами на первых 6-7 этапах обработки образцов сточной водой, после чего содержание SO₄^2- в полученных растворах соответствует исходной концентрации или даже превышало её.

На основании этого можно предположить, что подотвальная вода, прошедшая через 10 шагов очистки на подобном барьере, может освободиться от присутствия ТМ практически полностью.

Кроме того, можно утверждать, что пятикратный объём воды, пропущенный через заданное количество образца, существенно не изменит его поглощающие свойства.

Для динамики насыщаемости карбонатов тяжёлыми металлами и сульфатами были рассчитаны массы меди, цинка и сульфатов, задерживаемых на слое карбоната при прохождении каждой из 10 порций подотвальной воды.

На рисунках 2, 3, 4 представлены кривые, отражающие поглощающие способности различных образцов известняка, на каждой из 10 ступеней проведения эксперимента. Поглощаемость тяжёлых металлов различными видами известняка представлена в таблице 9.

Таблица 9 - Поглощаемость ТМ различными видами известняка

№ порции	CaCO3 2-3 мм	CaCO3 8-10 мм	CaCO3 после обжига 2-3 мм	CaCO3 после обжига 8-10 мм
	Cu	Zn	SO42-	Cu	Zn	SO42-	Cu	Zn	SO42-	Cu	Zn	SO42-
1	0,39	0	69	0,29	1,37	77	0,57	4,06	33	0,38	3,77	90
2	0,23	1,11	79	0,3	0,09	77	0,68	4,14	89	0,67	4,43	2
3	0,06	1,09	88	0,07	1,79	86	0,46	2,83	92	0,48	4,47	6
4	0,42	3,45	57	0,23	4,16	85	0,03	1,96	85	0,02	1,64	0
5	0,32	0,87	85	0,9	0,75	87	0,3	2,82	97	0,27	3,61	0
6	0,4	1,22	35	0,7	0,45	35	0,32	2,91	38	0,38	3,33	0
7	0,15	0,57	0	1,86	0,53	25	0,16	3,34	11	0,17	3,46	0
8	0,19	0,62	26	0,25	0,42	14	0,23	3	23	0,25	2,89	10
9	0,17	0,66	9	0,73	0,37	0	0,39	3	33	0,42	2,68	8
10	0,5	0	0	0,57	0,54	0	0,4	1,85	3	0,5	2,69	0



? необожженный образец известняка, дисперсностью 8-10 мм

? необожженный образец известняка, дисперсностью 2-3 мм

Д обожженный образец известняка, дисперсностью 2-3 мм

обожженный образец известняка, дисперсностью 8-10 мм

Рисунок 2 Кривые, отражающие поглощающую способность различными образцами известняка медь



? необожженный образец известняка, дисперсностью 8-10 мм

? необожженный образец известняка, дисперсностью 2-3 мм

Д обожженный образец известняка, дисперсностью 2-3 мм

обожженный образец известняка, дисперсностью 8-10 мм

Рисунок 3 Кривые, отражающие поглощающую способность различными образцами известняка цинк

? необожженный образец известняка, дисперсностью 8-10 мм

? необожженный образец известняка, дисперсностью 2-3 мм

Д обожженный образец известняка, дисперсностью 2-3 мм

обожженный образец известняка, дисперсностью 8-10 мм

Рисунок 4 Кривые, отражающие поглощающую способность различными образцами известняка SO₄^2-

Из рисунков видно, что медь поглощается на образце необожженного известняка крупностью 8-10 мм более эффективно, чем на других образцах. Цинк также эффективнее задерживается обожженным известняком. Сульфаты взаимодействуют с карбонатом кальция и остаются в составе барьера до определённого момента, связанно это с насыщением осадка сульфатами. После этого сульфаты проходят на следующую ступень очистки. Предел насыщаемости сульфатов для всех исследованных образцов наступает при прохождении 2-3 кратного объема воды данного состава.

Результаты исследования сточных вод Учалинского ГОКа после очистки на различных образцах карбонатов при динамическом контакте (непроточный режим) представлены в таблице 10.

Таблица 10 Содержание тяжёлых металлов в сточной воде после очистки на различных образцах карбонатов при динамическом контакте

№ п/п	Вид образца	Время контакта	Содержание тяжёлых металлов в сточной воде, мг/л	pH
			Cu	Zn	Cd	SO42-	Ca	Mg
1	Исходная сточная вода		72,225	160,625	0,0635	2950		1,455	3,06
2	CaCO3 2-3 мм	1 час	68,11	130,50	0,0595	2100	278,12	4,09	6,41
		5 часов	67,17	153,90	0,0495	2091	508,12	4,35	6,38
		10 часов	69,77	142,50	0,0475	2116	229,37	5,13	7,22
3	CaCO3 после обжига 2-3 мм	1 час	62,76	61,87	0,032	2575	141,87	0,095	12,20
		5 часов	62,93	51,25	0,012	1891	1278,12	0,1	12,18
		10 часов	62,91	42,50	0,0135	2033	1091,25	0,015	12,17

Из полученных результатов видно, что при динамическом контакте медь задерживается известняком в течение первого часа. Цинк на необожженном известняке также сорбируется в первый час контакта, на обожжённом поглощение продолжается в течение всего времени контакта. Содержание Ca и Mg в воде увеличивается по сравнению с исходной концентрацией при всех вариантах контакта образцов известняка с загрязнённой водой.

Результаты анализа тяжёлых металлов в образцах карбонатов после их использования в качестве барьера в лабораторных условиях представлены в таблице 11.

Таблица 11 Содержание тяжёлых металлов в различных образцах известняка после контакта их со сточной водой Учалинского ГОКа

№ п/п	Вид образца	Валовое содержание тяжёлых металлов в образце, мг/кг
		Cu	Zn	Cd
1	CaCO3 после обжига 2-3 мм	4137	11679	3,3
2	CaCO3 после обжига 8-10 мм	3166	41500	4,35
3	CaCO3 2-3 мм	92	482	0,4
4	CaCO3 8-10 мм	14	68	0,05
5	CaCO3 2-3 мм	1ч	26	275	0,3
6		5ч	26	417	0,35
7		10ч	37	415	0,65
8	CaCO3 после обжига 2-3 мм	1ч	1710	16734	2,95
9		5ч	1469	15500	4,15
10		10ч	1544	17359	5

Таким образом, в результате проведённых экспериментов в лабораторных условиях было установлено, что

при прохождении через все образцы исследуемых видов известняка пятикратного объёма сточных вод поглощающая способность образцов по отношению к тяжёлым металлам сохранилась практически неизменной. Поэтому можно предположить, что подотвальная вода, прошедшая через 10 шагов очистки на подобном барьере, может освободиться от присутствия ТМ практически полностью.

Кроме того, можно утверждать, что пятикратный объём воды, пропущенный через заданное количество образца, существенно не изменит его поглощающие свойства.

медь поглощается на образце необожженного известняка крупностью 8-10 мм более эффективно, чем на других образцах. Цинк также эффективнее задерживается обожженным известняком. Сульфаты взаимодействуют с карбонатом кальция и остаются в составе барьера до определённого момента, связанно это с насыщением осадка сульфатами. После этого сульфаты проходят на следующую ступень очистки. Предел насыщаемости сульфатов для всех исследованных образцов наступает при прохождении 2-3 кратного объема воды данного состава.

при динамическом контакте медь задерживается известняком в течение первого часа. Цинк на необожженном известняке также сорбируется в первый час контакта, на обожжённом поглощение продолжается в течение всего времени контакта. Содержание Ca и Mg в воде увеличивается по сравнению с исходной концентрацией при всех вариантах контакта образцов известняка с загрязнённой водой.

Итогом проведённых исследований служит рекомендация использования в проектируемом геохимическом барьере в качестве сорбирующего агента обожженного известняка крупностью 10-20 мм.

2.3 Применение геохимического барьера для очистки сточных вод горно-обогатительных комбинатов

Весьма перспективным при решении вопросов защиты окружающей среды от загрязнения водоемов тяжёлыми металлами, является создание искусственных геохимических барьеров с целью уменьшения интенсивности миграции токсичных веществ.

В связи с простотой и экономичностью барьерного метода целесообразно было проведение детальных исследований применительно к загрязнённым тяжёлыми металлами сточным водам горных предприятий.

Карбонат кальция является природным материалом и производится в промышленном масштабе в виде карбонатного щебня (различной крупности) и карбонатной муки.

Понятно, если его активность при удалении ионов ТМ окажется высокой, он будет представлять интерес для создания геохимического барьера пути естественной фильтрации загрязненных вод через карбонатный щебень.

На основании расчетных и экспериментальных данных по удалению ионов ТМ из СВ карбонатом кальция возможно создание конкретных технологических схем на базе карбонатного геохимического барьера.

В первую очередь необходимо разработать технические решения проектирования барьера, где фильтруются загрязненные ТМ сточные (шахтные, рудничные) воды.

На основании расчетных и экспериментальных данных по методам удаления ионов тяжелых металлов из сточных вод можно сформулировать два основных подхода к созданию геохимических барьерных зон.

Первый подход основан на возможности создания гидроксидно-карбонатного барьера с карбонатом кальция (кальцитом, доломитом), через который фильтруются загрязненные тяжелыми металлами сточные (шахтные, рудничные) воды.

Второй подход основан на возможности использования осадков образующихся при окислении ионов Mn²⁺ и Fe²⁺ (оксида марганца (IV) и гидроксида железа (III)) для создания геохимического барьера кольматационного типа, что приводит к сокращению (или даже предотвращению) поступления шахтных вод в шахты. Аналогичным образом для этой же цели можно использовать осадки, образующиеся при удалении ионов тяжелых металлов с помощью натриевых мыл.

Для иллюстрации эффективности геохимических барьеров в качестве сточных вод приняты воды из водосбросного канала на участке от хвостохранилища до технологического пруда Учалинского ГОКа, содержание металлов в которых за 2003 г. представлены в таблице 12. Объем вод из сбросного канала принят равным 2 млн 309 тыс. м³/год (рисунок 5).

Таблица 12 Основные показатели качества вод из водосбросного канала на участке от хвостохранилища до технологического пруда

Показатели	Содержание, мг/л
1. рН	5,5
2. Взвешенные вещества	69,9
3. Сульфаты	2868,8
4. Хлориды	87,7
5. Нитраты	11,4
6. Нитриты	0,6
7. Сухой остаток	5324
8. Кальций	730,5
9. Магний	178,7
10. Медь	9,4
11. Цинк	78,2
12. Железо	72
13. Марганец	19,4
14. Кадмий	0,2
15. Кобальт	0,36
16. Никель	0,16
17. Свинец	0,15



свежая вода ^{. , . .} оборотная вода загрязнённая сточная вода ~ ~ ~ ~ ~ ливневые стоки

Рисунок 5 Балансовая схема водопотребления и водоотведения Обогатительной фабрики

Баланс водопотребления и водоотведения по Учалинскому руднику представлен в Приложении.

Построенный водоотводной канал, по которому в технологический пруд на р. Буйде периодически сбрасываются осветлённые воды отстойного пруда, стоки с водосбросной площади и фильтрационные воды хвостохранилища представлен на рисунках 6 и 7.



Рисунок 6 Принципиальная схема оборотного водоснабжения обогатительной фабрики



Рисунок 7 Схема расположения технологических и сточных вод Учалинского ГОКа

2.3.1 Карбонатный геохимический барьер

В качестве минерального компонента (карбоната кальция) рекомендуется использовать известняк размером 10-20 мм, насыпная плотность - 1,2-1,4 т/м³, удельная плотность - 2,3 т/м³, истинная плотность 2,7 тм³. Известь добывается на самом предприятии, поэтому затрат по покупке не предполагает.

Карбонатный геохимический барьер предлагается выполнить в виде бетонного прямоугольного резервуара с определенными размерами (длиной, шириной и глубиной).

Известняк помещается в сетчатые контейнеры с размером сетки 88 мм с размерами 282 метра, что позволяет загружать в него 321,3 ? 41,6 т.

Принимая время контакта шахтной воды с известняком 12 часов, и зная объем обрабатываемой воды 3164 м³, что соответствует 6328 м³ известняка или 8226 тонн.

Таким образом, общее количество устанавливаемых контейнеров составит 822641,6 ? 197 штук.

Устанавливая по ширине резервуара 1 контейнер, получаем 197 рядов. Делая допуск для каждого контейнера 0,1 м, получаем длину резервуара 414 м, а ширину 8 м.

Также необходимо устройство приямков для сбора осадка глубиной 1,5 м и длиной 2,5 м. Общее число приямков составит (197-40)20 ? 8 длиной 20 м. Таким образом, общая длина резервуара составит 414 + 20 = 434 м. Фрагмент прямоугольного резервуара имеет следующий вид (рисунок 8).

Рисунок 8 Общий вид карбонатного геохимического барьера

Бетонный резервуар имеет каскадное строение для естественного течения воды.

Контейнерный вариант обеспечивает быструю замену сорбента в необходимых случаях.

Важным вопросом является оценка эффективности карбонатного барьера. Имеющиеся литературные данные позволяют утверждать, что остаточное содержание Cu²⁺, Ni²⁺ может быть принято на уровне 0,05 мг/л, Fe_общ. ~ 0,5 мг/л, Pb²⁺ ~ 0,01 мг/л, Zn²⁺ ~ 0,1 мг/л, Mn²⁺ ~ 0,27 мг/л, Cd²⁺ ~ 0,05 мг/л. Учитывая, то, что ионы Cd²⁺ в присутствии ионов CO₃^2- склонны к образованию основных карбонатов кадмия [], данная оценка может быть завышенной.

Что касается кобальта, то, растворимость карбоната кобальта составляет 0,21 мг/л. Однако для карбоната кобальта более характерно образование основных карбонатов CoCO₃•xCo(OH)₂•yH₂O, растворимость которых ниже, чем у средних [28]. Кроме этого основные карбонаты кобальта уже в процессе их образования окисляются, что приводит к гидроксокарбонатам кобальта (III): Co₂CO₃(OH)₂•xH₂O, Co₃(CO₃)₂(OH)₂•5H₂O и Co₅(CO₃)₂(OH)₆•H₂O, которые практически не растворимы в воде [219, с. 539]. В связи с этим можно полагать, что кобальт, вероятнее всего будет полностью задерживаться карбонатным барьером. С разумной осторожностью остаточную концентрацию кобальта можно принять на уровне 0,05 мг/л.

Исходя из начальной и конечной концентраций ионов металлов, можно рассчитать количество удаляемых металлов и расход карбоната кальция. Результаты расчета приведены в таблицах 13 и 14.

Таблица 13 Концентрации металлов на входе и выходе карбонатного барьера

Металл	Концентрация на входе, мгл	Концентрация на выходе, мгл
Медь	9,4	1,37
Цинк	78,2	15,7
Марганец	19,4	8,8
Кадмий	0,2	0,034
Кобальт	0,36	0,01
Никель	0,16	0,02
Железо	72	6,8
Свинец	0,15	<0,01
Итого	179,87	32,734

Таблица 14 Количество удаляемых металлов и расход карбоната кальция при очистке сточных вод в течение 1 года

Металл	Удалено, т	Расход СаСО3, т
Медь	18,5	44,1
Цинк	144,3	487,1
Марганец	24,4	97,4
Кадмий	0,38	0,7
Кобальт	0,8	2,3
Никель	0,32	0,8
Железо	150,6	195,5
Свинец	0,32	0,4
Итого	339,6	828,3

Учитывая то, что в реакции обмена карбонат кальция расходуется только частично, можно принять с достаточной степенью вероятности, что данный геохимический барьер может оставаться работоспособным в течение 3 лет. Таким образом, для непрерывной работы барьера 1/3 карбоната кальция должна ежегодно заменяться. Рекомендуется также периодически смещать контейнеры, меняя местами первый с последним, второй с предпоследним и т. д.

2.3.2 Биохимический барьер с высшей водной растительностью

Как уже было отмечено, единственным методом, позволяющим очистить сточные воды горных предприятий до уровня ПДК рыбохозяйственных водоемов, являются естественные (болота) или искусственные эколого-геохимические барьерные зоны с высшей водной растительностью. Однако характерной особенностью сточных вод горных предприятий является высокое содержание тяжелых металлов, практически гибельное для водной растительности.

В настоящее время сточные воды после очистки известью попадают в Буйдинское болото, а затем сбрасываются в реку Буйда. Таким образом, можно с достаточной уверенностью утверждать, что, проходя через естественное болото сточные воды, предварительно очищенные на спроектированном геохимическом барьере, очищаются до уровня ПДК рыбохозяйственных водоемов.

Очистка сточных вод с помощью высшей водной растительности, обычно осуществляется с использованием земноводных растений, растущих в воде, но значительная часть вегетативных органов которых выступает над ее поверхностью: рогоз, тростник, череда, стрелолист, сусак, камыш. Это связано с легкостью уборки засохших частей растений. Характерной особенностью этих растений является мощная корневая система, составляющая значительную часть общей биомассы (таблица 15).

Таблица 15 Соотношение надземных и подземных органов некоторых земноводных растений (% общей биомассы)

Растение	органы
	надземные	подземные
Тростник обыкновенный Phragmites australis	15,8	84,2
Рогоз узколистный Typha angustifolia	23,1	76,9
Камыш озерный Scirpus lacustris	57,1	42,9

Корневая система состоит из толстых корневищ, выполняющих роль запасающего органа, и толстых придаточных корней, основной функцией которых является поглощение из внешней среды растворимых питательных веществ.

Подводная часть растений является также субстратом для развития различных видов прикрепленных водорослей (диатомовых, зеленых и др.). Обнаружены также грибы, азобактерии, а также бактерии, способные разлагать крахмал и клетчатку. Вместе с растениями эти микроорганизмы активно участвуют в самоочищении водоемов.

Существенные различия в биомассе растений связаны с различиями в качестве субстрата, на котором они вегетатируют. Накопление тяжелых металлов в корневых системах намного превышает их содержание в надземной фитомассе. Это обстоятельство способствует захоронению загрязняющих примесей в донных отложениях, предотвращая их вторичное поступление в воду. Содержание тяжелых металлов в надземной и подземной фитомассе различаются не только для указанных выше растений, но и для многих других.

Важным является вопрос о максимальном количестве металлов, накапливаемых водными растениями в условиях сильного загрязнения сточных вод. Имеющиеся в литературе данные противоречивы и существенно отличаются друг от друга. Наиболее надежные данные получены Джексоном [23] и Никаноровым А.М. [24] и представлены в таблице 16.

Таблица 16 Максимальные количества металлов, накапливаемых водными растениями за вегетационный период (мг/кг сухой массы)

Металл	Cr	Mn	Fe	Со	Ni	Cu	Zn	Cd	Pb
[23]	57,5	2760	59500	860	840	140	1250	25,5	580
[24]	2100	30010	51220	30,7	144	1000	6700	433	5030

Для более объективного выбора максимальной накопительной способности представляет интерес работа Саксина Б.Г. и Крупской Л.Т., посвященная роли болотных систем в очистке стоков горных предприятий. По данным этой работы 1 га зарослей водных растений может извлекать из сточных вод в сутки 202 г свинца, 89 г меди, 110 г цинка. Таким образом, за вегетационный период (ориентировочно 0,5 года) болотные ландшафты могут накапливать 36 кг свинца, 16 кг меди и 20 кг цинка. В связи с этим накопительная способность водной растительности может быть принята равной максимальным значениям, приведенным в работа и, таким образом, составит (кг/га): для хрома 21; марганца 300; железа 595; кобальта 8,6; никеля 8,4; меди 10; цинка 67; кадмия 4,3; свинца 50,3.

Высокое содержание тяжелых металлов в шахтных водах может отрицательно сказаться на жизнедеятельности растений и нарушить их накопительную способность. Данные по токсичности ионов тяжелых металлов по отношению к растениям также противоречивы. С учетом последних публикаций по этому вопросу концентрация тяжелых металлов на уровне 0,25 мг/л (Cu²⁺, Cd²⁺) уже приводит к заметному снижению скорости фиксации СО₂ и снижению интенсивности фотосинтеза. Никель оказался менее токсичным и не оказывал существенного влияния на фотосинтетические способности. Следует ограничить концентрацию таких тяжелых металлов, как медь и кадмий, поглощаемых воздушно-водными растениями на уровне ~0,1 мг/л. Такие тяжелые металлы, как хром (III), железо, марганец и цинк обладают умеренной фитотоксичностью, и их концентрации в воде могут быть больше.

Из представленных данных (таблица 17) следует, что отношение содержания тяжелых металлов в сточных водах к значению ПДК для рыбохозяйственных водоемов должно находиться на уровне 25 и только для Cu²⁺ и Fe³⁺ на уровне 100 (для Cu²⁺ из-за низкого значения ПДК, равного 0,001 мг/л, для Fe³⁺ - из-за низкой токсичности). Следует отметить, что по некоторым данным ионы железа и марганца подавляют поглощение кадмия, и, возможно, представленные в таблице 13 данные могут оказаться завышенными.