Хвостохранилища Тырныаузского вольфрамо-молибденового комбината как объект генетической опасности

Автор: Барашева Арина, СШ № 6, 11 класс «Б»

Научный руководитель: К.Б.Н., ст. преп. каф. генетики,
селекции и семеноводства КБГУ Реутова Н. В.

г. Нальчик, КБР

Введение.

Тяжелые металлы считаются одним из наиболее опасных загрязнителей окружающей среды. Это связано с тем, что они не выводятся из биогеоценозов, поэтому даже при низких уровнях поступления они постепенно накапливаются и их концентрация может достигнуть опасных пределов.

В нашей республике имеются два источника загрязнения тяжелыми металлами. Это Тырныаузский вольфрамо-молибденовый комбинат (ТВМК) и Нальчикский гидрометаллургический завод (НГМЗ). Основным источником загрязнения наТВМК являются отвалы, на которых поступает пульпа с горно-обогатительного комбината.

Наша работа является частью комплексного исследования генетического влияния комбината на окружающую среду. Эти исследования начаты в 1996 г.. Летом этого года сошедший сель размыл хвостохранилихе ТВМК и разнес их на десятки километров вниз по течению р. Баксан. В этих отвалах имеются не только вольфрам и молибден, но и реагенты, с помощью которых эти металлы извлекаются из породы. Таким образом они имеют сложный химический состав и их мутагенное влияние может оказаться значительно выше, чем влияние только вольфрама или молибдена. В 1997-99 гг. были проведены модельные исследования мутагенного влияния вольфрама и молибдена. Изучался уровень мутаций у растений, растущих на отвалах.(5,6)

Поэтому целью нашей работы является определение генетической опасности жидких стоков комбината с помощью растительной тест-системы. Подобная работа проводится впервые.

Задачами нашей работы являлись:

1. Подбор тест-системы для определения мутагенного влияния отходов ТВМК.

2. Проведение исследования мутагенной активности жидких стоков комбината.

Наша работа имеет прогностическую ценность для определения влияния отходов ТВМК.

Тырныаузский вольфрамо-молибденовый комбинат.

ТВМК введен в эксплуатацию в 1940 г. Запасы месторождения последний раз утверждались в ГКЗСССР по состоянию на 1.07.82 г. Горный отвод ТВМК был переоформлен в 1976 г. До 1994 г. комбинат работал в соответствии с проектом реконструкции ТВМК составленной институтами «Гидроникель», «Механобр» и утвержденными Минцветметом СССР 4.10.86, который предусматривал строительство 1-ой очереди комбината мощностью 10 млн.т. добычи руды в год, в том числе определял мощность подземного рудника в 4 млн.т. рудниковых открытых работ в 6 млн.т.

В связи с изменением экономических условий в стране, в последние годы потребность в продукции ТВМК резко снизилась. Если комбинат в предыдущие годы достиг производительности по добыче руды в 7 млн. т., то в 1993 г. он составлял всего 1,1 млн.т. При этом вскрышные работы, превышавшие 11 млн. м в год, в 1994 году составляли только 207 тыс. м³, при их полном свертывании в 1995 г.

Планируемая в текущем году добыча руды в объеме 2,2 млн.т. предполагается только за счет мощностей подземных рудников, из-за низкой рентабельности открытых разработок.

Свертывание объемов производства горных работ и обогащения на ТВМК, безусловно, должно было отразиться положительно на техногенной нагрузке на окружающую среду. Однако отсутствие средств на реконструкцию производства и падение технологической дисциплины, особенно в обогатительном производстве, привели к резкому ухудшению экологической обстановки в долине р. Баксан.

Систематически нарушается технология очистки сточных вод.

В 1998 г. гидрохимическое состояние водоема в реке Баксан показало содержание вольфрама 18,6 ПДК, молибдена 15,8 ПДК. Так же в 1998 г. ТВМК сброшено 691,4 тыс. м³ дренажных вод. Оживление производства в 1998 г. привело к увеличению количества отходов, содержащих мышьяк. В 1999 г. при проверке состава сточных вод из слива с хвостохранилища показал среднее содержание молибдена 4,25 мг/л, вольфрама 2,1 мг/л. На 1.01.99 г. отходов в хвостах обогатительной фабрики обнаружено 118 млн. м³.

Совместно проверкой Минприроды КБР и Каббалккомвод. ЦГСЭН в феврале и марте1999г., установлено значительное ухудшение экологической обстановки в регионе.

Прилегающие склоны и пойма р. Баксан покрыты слоем осевшей "пульпы", а во всех сбросах сточных вод содержание взвешенных веществ значительно превышает предельно-допустимые величины "ПДС", и по слоям тяжелых металлов в сотни раз. Данные лабораторных анализов пробной воды в контрольных створах р. Баксан, показывают распространение влияния сточных вод ТВМК вплоть до устья реки и даже по р. Малка в процессе переброски в нее баксанских вод по межреспубликанскому каналу Баксан-Малка. Цвет воды в реке изменяется от зеленовато- голубого (выше г. Тырныауза) до серо-белого (в районе г. Баксан).

Экономическое состояние р. Баксан, как рыбохозяйственного водоема первой категории, за последние четыре года, резко ухудшилось. Река потеряла рыбохозяйственное значение в ареале на участке от сброса шахтных вод до гидроузла Баксан-Малка на протяжении 60 км. и было выведено из рыбохозяйственного оборота 90 га ценных нерестовых и нагульных площадей.

На ТВМК в 1994 г. упразднен отдел охраны окружающей среды. Передвижная лаборатория по загрязнению атмосферного воздуха не используется по назначению, контроль за выбросами в атмосферу за не проводится.

Инструментальный контроль за составом выбросов не осуществляется, не все техническое оборудование оснащено очисткой, действующие газопылелесоочистные установки неэффективны.

На известковом заводе, находящемся в составе ТВМК, при составе выбросов до 900 т / год нет ни одной пылеулавливающей установки. Предельно допустимый норматив выброса, утвержденным комбинату в 1993 г. составил 10529 т / г. В состав выбросов входят вещества второго, третьего и четвертого классов опасности.

Общая площадь поверхности, подвергаемая ветровым процессам, поднимающим огромные тучи токсичной пыли в общей сложности составляют порядка 29000 м².

Изучение техногенных факторов загрязнения окружающей среды в районе деятельности ТВМК проводилось Кабардино-Балкарской геологоразведочной экспедицией ( КБГРЭ ), в 1990-1992 г. на площади около 150 км² . По данным экогеохимических зон составлена около 60% обследованной территории.

Центральную и южную часть участка занимает аномалия площадью 51.8 км, охватывающая Тырныаузского месторождения и южную часть города, в пределах которой установлены опасные концентрации многих элементов (мышьяк, свинец, цинк, кобальт, никель, медь, сурьма, хром, барий, ванадий). Эта аномалия, как и ряд других, по результатам изучения отнесена к собственно природным, приуроченным к зоне распространения скарбовых разных тел Тырныаузского месторождения. Вместе с тем нельзя исключать роль воздействия техногенных факторов зарождения в условиях длительной работы горнорудного предприятия, хотя их роль для аномалий второстепенна. К территориям с высокой техногенной нагрузкой отнесены:

горный отвод ТВМК, г. Тырныауз и полоса к северо-востоку от него по долине р. Баксан, где проходят автодорога и пульпопровод. В районе вольфрамо-молибденового месторождения территория с высокой техногенной нагрузкой в значительной мере совпадает с самой крупной экогеохимической зоной, имеющей высокую степень загрязнения почв.

Геохимические работы КБГРЭ в районе ТВМК не были продолжены в связи с прекращением финансирования, хотя проблема экологического состояния окружающей среды в местах деятельности данного предприятия является весьма актуальной.

Выводы и заключения комиссии.

Производственная деятельность ТВМК, с нарушением технологии очистки сточных вод и частыми авариями, сопровождающимися аварийными и залповыми сбросами, привела к загрязнению поверхностного стока р. Баксан. Засорение поймы спрессовавшейся породой с высоким содержанием солей тяжелых металлов еще длительное время будет служить их поставщиком в воды реки и оросительные каналы, накапливаться в почвогрунтах орошаемых земель. Их влияние может сказываться и на растениеводческой и мясомолочной продукции региона, так как воды оросительных каналов и реки используются для полива и водопоя скота.

Разное ухудшение сточных вод ТВМК текущего года в качественном и количественном составе оказали резкое негативное влияние на работу гидротехнических сооружений Баксанской ГЭС, что привело к значительным непроизводным затратам и недовыработки электроэнергии.

В связи с резким ухудшением гидрохимического состава воды р. Баксан значительно потеряла рыбохозяйственное значение в ареале и имеется опасная тенденция его распространения на другие водоемы высшего порядка, что приведет к выведению из рыбохозяйственного оборота значительных нерестовых и нагульных площадей по бассейну р. Терек в целом.

Предоставляемые комбинатом планы природоохранных мероприятий, в том числе предельно-допустимых сбросов (ПДС) и предписания МИН природы КБР и других природоохранных ведомств по предотвращению загрязнения р. Баксан и прилегающей территории не выполняются.

Особую опасность представляет токсичная пыль, очагами которой являются участки осевшей, спрессовавшейся "пульпы" сточных вод на участках хвостохранилищ и утечек по всей территории комбината.

Пыль оседает на территории г. Тырныауза, п. Былым, в пойме р. Баксан с ее протоками и на склонах используемых под естественные пастбища.

Сложность ветрового режима способствует накоплению техногенной пыли от Былымского хвостохранилища как по долине р. Гижгит так и на склонах междуречья Баксана и Былыма.

Возрастание содержания молибдена в травах до тысячных долей процента вызывает у скота хронический молибденовый токсикоз и появление специфического заболевания, известного под названием молибденозиса (потеря веса, желудочно-кишечные расстройства, выпадение шерсти и другие симптомы). Фоновые концентрации молибдена в травах 4-6×10% (в пересчетах на сухое вещество). Концентрация молибдена в травах в этом районе в среднем составляет 100×10%, тогда как возникновение молибденозиса отличается при концентрации 6-14×10%. Отмечено значительное увеличение концентрации молибдена в молоке, шерсти и экскрементах животных, что может только подтверждать факт передачи молибдена по трофической цепи.

Наиболее серьезной проблемой представляется близость ареалов сильного загрязнения к наиболее интенсивно используемым пастбищным угодьям, примыкающим к населенным пунктам.

Материалы и методы.

Нами были взяты два варианта сточных вод: с озера отвалов и дренажные воды отвалов. В качестве тест-системы была использована Crepis capillaris (Скерда зелёная).

В 1905 г. Джуэл привлек внимание к тому, что виды рода Crepis представляют хороший объект для исследований, обладающий малым количеством хромосом. Роденберг показал, что Crepis virens содержит всего три пары хромосом.

Хромосома А - самая большая неравноплечая хромосома с субмедиальным положением центромеры. Средняя длина равна 7,5 мкм.

Хромосома D - вторая по величине, равна длине большого плеча хромосомы А, с акроцентрическим расположением центромеры, со спутниками и ядрообразующим участком на коротком плече. Средняя длина - 5,5 мкм.

Хромосома С - самая маленькая, с терминальным расположением центромеры. Средняя длина - 3 мкм.

Семена замачивают на 42 часа в исследуемом растворе. За 2 часа до окончания обработки проростки помещают в 0,05 % колхицин.

Далее препараты готовят по общепринятой методике.

Материалы: отходы комбината в виде пульпы перекачиваются по трубам за несколько киллометров вниз по Баксанскому ущелью, где из неё формируются отвалы. Пульпа представляет собой взвесь измельченной породы после флотациионного измельчения вольфрама и молибдена. Для складирования этих отходов в боковом ущелье р. Гижгит строится подпорная стенка поперёк ущелья. В образовавшееся пространство сливается пульпа. После заполнения и затвердевания выше ставится следующая стенка и так далее. Поэтому хвостохранилище имеет ступенчатый вид. На верхней ступени расположено озеро, образующееся из сливаемых отходов ( фото 1,2…). Именно из этого озера и взяты отходы в виде пульпы.

Через всё это хвостохранилище вниз из озера просачивается вода. Она смешивается с дождевыми и талыми водами и в виде ручейков вытекает с нижней ступени хвостохранилища и стекает в р. Баксан. Эти дренажные воды также были взяты для исследования.

Полученные результаты и обсуждения.

Полученные результаты приведены в таблице. Как видно из таблицы в контроле уровень мутаций составил 0,19 %, что соответствует литературным данным.

Значительное (11,7 раза) превышение уровня мутаций имело место случае обработки семян жидкой пульпой, поступающей с комбината на хвостохранилища. В данном случае наблюдалось выраженное токсическое влияние. Проростки были длиной всего 1-2 мм вместо 4-5 мм в контроле. Количество метафаз на один кончик корня составило всего 16,2, по сравнению с 47 метафазами в контроле.

Дренажные воды, взятые в нижней части отвалов и стекающие в р. Баксан, также оказались мутагенными. Уровень мутаций превышал контроль в 5 раз. В этом случае также было и токсическое влияние, хотя корешки по длине незначительно отличались от контроля, но все же число метафаз на один проросток было ниже, чем в контроле и составило 16,5.

Влияние сточных вод ТВМК на Crepis capillaries.

Что касается типов перестроек, то большая их часть - делеции длинных плеч А и D хромосом, также встречаются "мосты", которые представляют собой либо дицентрические хромосомы, образовавшиеся в ходе транслокаций, либо, опаздывающие хромосомы, возникновение которых объясняется нарушением веретена деления.

Таким образом, нами было обнаружено, что пульпа, поступающая на хвостохранилище с комбината, вызывают повышение уровня мутаций у C. capillaries в 11,7 раза. В прошлом году на этой же тест-системе были исследованы мутагенные свойства молибдата натрия и было обнаружено, что он вызывает повышение уровня мутаций в 3,4 раза в концентрации 10^-4 М. Примерно такая концентрация молибдена имеется и в хвостохранилище (2).

Следовательно сами отходы представляютбольшую генетическую опасность для окружающей среды, чем сам молибден.

Естественно, такое же негативное влияние приходится ожидать и в тех участках поймы р. Баксан, куда эти отходы были вынесены селем.

Выводы.

1. Сточные воды ТВМК в виде пульпы являются мутагенами.

2. После их фильтрации через хвостохранилище и разбавления талыми и дождевыми водами это мутагенное влияние сохраняется.

3. Отходы ТВМК отрицательно влияют на генофонд растений за счет повышения уровня мутаций.

Список литературы.

1. Айыдов А. «Исследование генотоксического потенциала вольфрама и молибдена при совместном действии». Нальчик. 1999 г.

2. Волкова Н. «Молибден, как возможная причина повышения спонтанного уровня мутаций у растений с отвалов Тырныаузского вольфрамо-молибденового комбината». Нальчик. 1999 г.

3. Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды в КБР в 1997 г.
4. Дубинина Л.Г. «Структурные мутации в опытах Crepis capillaris». Москва. 1978 г.
5. Кайседо П.Л., Турков В.Д., Шалумашвили М.А., Шелепина Г.А. «Хромосомный анализ растений». Москва. Университет дружбы народов. 1982 г. стр.89.
6. Локан Г.Ф. «Биометрия». Москва. Высшая школа. 1990 г.
7. Магсумов И.В. «Состав кормовых угодий в бассейне р. Баксан» РЭБЦ. Нальчик. 1998г.
8. Справка в Кабинет министров КБР по оценке влияния производственной деятельности Тырныаузского вольфрамо-молибденового комбината на окружающую природную среду.
9. Тишевская Е. , Степанова Э. «Спонтанный уровень мутаций иу дикорастущей флоры на отвалах Тырныаузского вольфрамо-молибденового комбината». Нальчик. 1999г.
10. Экологический паспорт ТВМК.