Влияние физико-химических параметров отходов золотодобывающей промышленности на класс опасности для окружающей среды
Непомнящих М.П., ведущий научный сотрудник отдела охраны окружающей среды АО "Иргиредмет", канд. биол. наук
Петров С.В., отдел охраны окружающей среды АО "Иргиредмет", канд. техн. наук
Ольберг Е.П., и.о. начальника отдела охраны окружающей среды АО "Иргиредмет"
Дмитриев Б.А., инженер I категории, группа химического анализа природных и сточных вод отдела охраны окружающей среды АО "Иргиредмет"
При освоении месторождений полезных ископаемых образуется большое количество отходов, которые имеют сложный вещественный состав и разнообразные физико-химические свойства. Компоненты отходов могут взаимодействовать между собой и объектами среды, биологически разлагаться и ассимилироваться и тем самым оказывать негативное влияние на окружающую среду.
Класс опасности отходов
Процедура определения класса опасности является обязательной для организации работ по обращению с отходами и регламентируется Приказом Минприроды России № 536 от 04.12.2014 [1].
На основании утвержденного класса опасности даются соответствующие разрешения природоохранных органов на складирование отходов, определяется необходимость их предварительного обезвреживания, возможность рекультивации или вторичного использования в производстве.
Класс опасности является основой для установления норматива платы за образование и размещение единицы отхода. Значительные объемы производства отходов приводят к увеличению экологических платежей предприятия.
Основные противоречия возникают при решении вопросов отнесения отходов к IV и V классам опасности в силу существенной разницы в экологических платежах. Именно среди этих классов встречаются отходы с максимальными нормативами образования, поэтому и размеры выплат оказываются наиболее значительными.
В соответствии с Приказом № 536 класс опасности может устанавливаться расчетным или экспериментальным методом.
Расчетный метод проводится на основе количественного химического анализа и требует определения 100-процентного (полного) состава отхода.
Экспериментальный метод основан на биотестировании водных вытяжек отходов и является обязательным для подтверждения V класса опасности. Биотестирование выполняется с использованием как минимум двух тест-объектов из разных систематических групп (дафний и водорослей, цериодафний и бактерий и т.п.).
Основным преимуществом экспериментального метода является то, что он учитывает степень вредности комплексного воздействия всех загрязняющих веществ исследуемой пробы и дает интегральную оценку.
В силу того, что установление класса опасности отходов – процедура сложная и не имеющая однозначного решения, неизбежно возникают споры между субъектами, выполняющими соответствующие работы, и государственными органами исполнительной власти, согласовывающими полученные результаты.
На сегодняшний день исследования, касающиеся решения проблем определения класса опасности отходов горнодобывающей промышленности, немногочисленны, и представлены в работах Саксонова М.Н., Азаровой С.В., Усмановой Т.В., Сафаровой В.И. [2–5] и др.
Одной из главных сложностей является отсутствие данных по влиянию физико-химического состава отходов на класс опасности, определяемый экспериментальным методом. Изучение данного вопроса позволит предварительно спрогнозировать результаты биотестирования и в дальнейшем разработать эффективные природоохранные мероприятия.
Исследования по определению влияния физико-химических параметров отходов
АО "Иргиредмет" были проведены исследования на модельных и реальных материалах по определению влияния физико-химических параметров отходов золотодобывающей промышленности на класс опасности для окружающей среды.
На первом этапе определяли влияние токсичных соединений на тест-объекты, используемые в биотестировании. Для этого была проведена серия экспериментов на модельном растворе.
Химический состав раствора был смоделирован с учетом характеристик жидкой фазы обезвреженных хвостов цианирования одного из месторождений Камчатского края, которые выступали в качестве объектов исследований. В растворе варьировали следующие физико-химические параметры:
- рН (3,3; 7,5; 9,3; 10,5; 11,5);
- концентрации макрокомпонентов: Са2+ (194–2000 мг/л), Сl– (373–15000 мг/л), SO42– (510–3000 мг/л);
- концентрации цианидсодержащих соединений: CN– (0,05–200 мг/л), SCN– (0,1–500 мг/л);
- концентрации металлов: As (0,5– 3,0 мг/л), Сu (0,05–10 мг/л), Сo (0,1–0,6 мг/л), Fe2+ (1,5–25 мг/л) и Zn (0,03–25 мг/л).
Оценку влияния этих параметров на выживаемость тест-объектов – культуры дафний Daphnia magna и культуры водорослей Scenedesmus quadricauda – проводили по методикам ФР.1.39.2007.03222 и ФР.1.39.2007.03223 соответственно.
На втором этапе с помощью биотестирования были определены классы опасности реальных отходов: исходных хвостов цианирования и хвостов, обезвреженных разными методами – хлорированием, озонированием и комплексной обработкой, включающей INCO-процесс и хлорирование (табл. 1).
Таблица 1. Результаты химического анализа и биотестирования модельных и реальных отходов
|
Определяемый компонент |
Исходные хвосты |
Обезвреженные хвосты |
Модельный раствор |
||
|
Хлорирование |
INCO + хлорирование |
Озонирование |
|||
|
рН |
10,90 |
11,20 |
11,08 |
10,50 |
7,50 |
|
Концентрация, мг/л |
|||||
|
Сухой остаток |
1 792 |
6 900 |
11 300 |
1 927 |
1 390 |
|
Кальций |
227 |
1 399 |
2 087 |
229 |
194 |
|
Магний |
0,161 |
0,820 |
1,090 |
0,760 |
1,860 |
|
Хлориды |
24,0 |
2 095,0 |
3 284,0 |
42,6 |
373,0 |
|
Сульфаты |
530 |
531 |
1 410 |
718 |
510 |
|
Цианиды |
78,00 |
0,07 |
0,09 |
н.о. |
н.о. |
|
Тиоцианаты |
88,70 |
н.о. |
н.о. |
0,28 |
н.о |
|
Мышьяк |
0,418 |
0,096 |
0,092 |
0,500 |
<0,005 |
|
Кадмий |
0,0064 |
н.о. |
н.о. |
н.о. |
0,0020 |
|
Кобальт |
0,035 |
0,024 |
0,093 |
0,036 |
<0,001 |
|
Медь |
48,600 |
0,025 |
0,218 |
0,105 |
<0,001 |
|
Железо |
2,89 |
1,81 |
23,00 |
1,36 |
<0,05 |
|
Марганец |
н.о. |
н.о. |
н.о. |
н.о. |
0,0022 |
|
Никель |
0,0180 |
н.о. |
н.о. |
н.о. |
0,0014 |
|
Свинец |
н.о. |
н.о. |
н.о. |
н.о. |
<0,001 |
|
Цинк |
0,580 |
н.о. |
0,029 |
н.о. |
0,012 |
|
Класс опасности* |
III |
IV |
IV |
V |
– |
Примечание: н.о. — не обнаружено; * определен по ФР.1.39.2007.03222 (Daphnia magna) и ПНД Ф Т 14.1:2:3:4.10-04 (Chlorella vulgaris).
В модельных экспериментах определено, что показатели рН от 5,0 до 10,5 являются безопасными для тест-объектов. Содержание кальция (0,2–2,0 г/л) не влияет на класс опасности отходов. Концентрации сульфатов от 1,0 г/л и хлоридов от 2,0 г/л являются токсичными (см. рисунок). Выявлена прямая зависимость между увеличением концентраций цианидов и тиоцианатов и токсичностью растворов для тест-объектов. Безвредные концентрации CN– и SCN– соответствуют значениям их предельно допустимых концентраций (ПДК).
Дополнительно отмечено, что тест-объекты по-разному реагируют на концентрации тяжелых металлов в растворе. Водоросли и дафнии выдерживают высокие концентрации мышьяка (до 1,0 мг/л), в то время как концентрации меди 0,05 мг/л и кобальта 0,1 мг/л вызывают гибель от 20 до 100 % тест-объектов. Безвредные концентрации железа и цинка находятся на уровне значений их ПДК (см. рисунок), увеличение которых приведет к понижению класса опасности отхода.
Влияние токсичных соединений на тест-объекты
По результатам биотестирования реальных отходов, исходные хвосты цианирования были отнесены к III классу опасности для окружающей среды; хвосты цианирования, обезвреженные методом хлорирования и совместно с INCO-процессом, – к IV классу; хвосты, обезвреженные озонированием, – к V классу (табл. 1).
Сравнительный анализ результатов биотестирования модельных растворов и хвостов цианирования позволил установить закономерности между химическими параметрами отходов и классом их опасности.
Выявленные тенденции (табл. 2) дают возможность спрогнозировать класс опасности в зависимости от агрегатного состояния отходов (раствор, кек) и содержания токсичных соединений в их жидкой фазе.
Таблица 2. Прогнозирование класса опасности в зависимости от агрегатного состояния отходов и содержания токсичных соединений в их жидкой фазе
|
Класс опасности |
Агрегатное состояние |
Химические показатели жидкой фазы отходов |
|||||||||
|
рН |
Cl– |
SO42– |
СN |
SCN |
As |
Co |
Cu |
Fe |
Zn |
||
|
V |
раствор |
5,0–10,5 |
<1,9 г/л |
<0,9 г/л |
≤0,05 мг/л |
≤0,1 мг/л |
<0,9 мг/л |
<0,09 мг/л |
<0,05 мг/л |
<0,1 мг/л |
<0,01 мг/л |
|
кек |
≤1,2 мг/л |
≤100 мг/л |
≤ 0,1 мг/л |
≤1,84 мг/л |
|||||||
|
IV и ниже |
раствор |
>10,5 |
>1,9 г/л |
>1,0 г/л |
>0,05 мг/л |
>0,1 мг/л |
>1,0 мг/л |
>0,1 мг/л |
>0,05 мг/л |
>0,1 мг/л |
>0,01 мг/л |
|
кек |
>1,2 мг/л |
>100 мг/л |
>0,1 мг/л |
>1,84 мг/л |
|||||||
Выводы
Исследования на модельных и реальных отходах золотодобывающей промышленности позволяют дать рекомендации по прогнозированию класса опасности в зависимости от химического состава жидкой фазы и агрегатного состояния отходов.
Полученные данные являются перспективными для дальнейшей разработки эффективных природоохранных мероприятий и минимизации экологических платежей предприятия.
Список использованной литературы
- Приказ Министерства природных ресурсов РФ от 04.12.2014 № 536 "Об утверждении Критериев отнесения отходов к I - V классам опасности по степени негативного воздействия на окружающую среду".
- Саксонов М.Н. Определение класса опасности отходов методами биотестирования / М.Н. Саксонов, А.Э. Балаян, О.А. Бархатова // Экология и природопользование. – Электронный журнал. № 1. – С. 1–4.
- Азарова С.В. Оценка экологической опасности отходов горнодобывающих предприятий Республики Хакасия с применением метода биотестирования / С.В. Азарова, Е.Г. Язиков, Н.Н. Ильинских // Известия Томского политехнического университета. 2004. – Т. 307. № 4 – С. 55–59.
- Усманова Т.В. Экологические проблемы в районах размещения горнопромышленных отходов / Т.В. Усманова, С.В. Азарова // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 2. – С.684–692.
- Сафарова В.И. Разработка подходов к объективной оценке класса опасности отходов / В.И. Сафарова, И.Р. Галинуров, Р.М. Хатмуллина, Н.Р. Низамутдинова, А.П. Ступин // Российский журнал прикладной экологии. – С. 64–70.
"ЗОЛОТОДОБЫЧА" № 11 (312), НОЯБРЬ 2024 ГОДА
© АО "Иргиредмет", 2025