Исследование элементного статуса молодого населения
посёлка Солнечный Хабаровского края
в рамках горно-экологического мониторинга

Введение

Интенсивное освоение минеральных ресурсов с начала 70-х годов XX в. горными предприятиями Дальневосточного федерального округа привело к значительному техногенному загрязнению всех компонентов окружающей среды [1, 2]. В окрестностях горнопромышленных предприятий, подверженных в той или иной степени воздействию техногенной системы, сформировались биогеохимические зоны с высоким содержанием соединений химических элементов, в том числе тяжёлых металлов и мышьяка. К таким градообразующим горным предприятиям в прошлом столетии относился и Солнечный горно-обогатительный комбинат (ГОК) в Хабаровском крае. В годы перестройки он не справился с трудностями переходного периода и был обанкрочен [3, 4]. Первое хвостохранилище Солнечной обогатительной фабрики (СОФ) находится в непосредственной близости от посёлка Горный (около 100 м) в долине р. Силинка (в районе слияния р. Силинка и р. Амут). Отходы накапливались с 1963 по 1997 г. Мощность отвальных хвостов составляет около 20–25 м. Площадь его составляет 20 га и объём – 10,6 млн т. Это хвостохранилище используется для повторной переработки сырья обогатительной фабрикой. Второе хвостохранилище СОФ располагается напротив горняцкого посёлка Солнечный. Данное хвостохранилище занимает 40,3 га, объём накопленных отходов составляет 24,09 млн т. В настоящее время активы бывшего Солнечного ГОКа, месторождения «Фестивальное» и «Перевальное», находятся под управлением «Оловянной рудной компании», которая перезапустила добычу олова и вольфрама и продолжила наполнять третье хвостохранилище, а компания ООО «Геопроминвест» активно перерабатывает отходы второго, построив за ним новое хвостохранилище. Согласно ранее проведённым исследованиям хвостохранилища, содержащие огромное количество отходов, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду, представляют реальную угрозу для здоровья человека, флоры и фауны, а также водных объектов [5–7] вследствие накопления токсичных тяжёлых металлов в живых организмах.

Известно, что волосы являются информативным и качественным биологическим материалом, несущим информацию об экологической обстановке, наличии заболеваний и отклонений в здоровье человека [8]. Химический состав волос отражает как внутреннее состояние организма, так и следствия воздействия различных экзогенных факторов [9]. В связи с малой скоростью роста волос их анализ показывает усреднённое содержание макро- и микроэлементов за несколько месяцев. По мнению А. Е. Побилат и др. [10, 11], мониторинг содержания микроэлементов в волосах позволяет решать целый спектр задач, стоящих перед наукой, таких как индикация загрязнения окружающей среды и оценка вредных факторов, влияющих на человека.

Целью исследования является оценка распространения соединений Pb, Hg, Cu, Cr, Fe, Zn, Cd, Sn и As с использованием элементного статуса молодого населения горняцкого посёлка. Исходя из цели сформулированы следующие задачи: 1. Анализ и систематизация литературных данных по проблеме техногенного загрязнения экосферы отходами переработки оловорудного сырья. 2. Оценка распространения химических элементов в компонентах окружающей среды от хвостохранилища Солнечного ГОКа. 3. Исследование элементного статуса населения в возрасте до 14 лет пос. Солнечный Хабаровского края в рамках горно-экологического мониторинга. 4. Разработка предложений по снижению уровня распространения техногенного загрязнения в экосистеме. Объектами исследования являются горнопромышленные техногенные территории, сформировавшиеся в результате деятельности Солнечного ГОКа, а также элементный статус волос детей и подростков горняцкого посёлка.

Второе хвостохранилище Солнечного ГОКа расположено на отметках 286–303 м, в 6,5 км к юго-западу от места слияния р. Холдоми и р. Силинка, напротив второй перерабатывающей фабрики. На противоположном борту долины, на более высоких отметках, находится горняцкий посёлок Солнечный (рис. 1).

Рис. 1. Поверхность второго хвостохранилища Солнечной обогатительной фабрики

Методы исследования

Для характеристики техногенной обстановки в границах влияния хвостохранилища проводился отбор проб почвогрунтов на валовое содержание тяжёлых металлов и мышьяка в почве вблизи второго хвостохранилища Солнечного ГОКа. Отбор проб проводился согласно ГОСТ 17.4.3.01–2017¹.

Также были отобраны пробы воды в границах влияния второго хвостохранилища в различных точках бассейна р. Силинка². Определение концентраций элементов осуществлялось методом атомно-абсорбционной спектрометрии с использованием атомно-абсорбционного спектрофотометра Thermo Solaar M. Series и спектрометра Agilent 720 ICP-OES.

Карта-схема отбора проб почв и воды приведена на рис. 2.

Рис. 2. Карта-схема отбора проб почв и воды вблизи второго хвостохранилища Солнечного ГОКа

Были изучены образцы волос детей и подростков в возрасте от 3 до 14 лет (мальчики и девочки), проживающих в посёлке Солнечном. Проведено определение элементного статуса у 45 детей, из них 20 мальчиков и 25 девочек в возрасте до 14 лет. Средний возраст составил при этом 6,68 лет ± 2 года. Мальчики до 7 лет включительно составляли 26,7 %, девочки – 33,3 %, мальчики 8–14 лет – 22,1 %; девочки 8–14 лет – 17,9 %. В выборку включены дети и подростки, постоянно проживающие в данном населённом пункте. Все пробы волос подвергались отбору, подготовке по методике определения микроэлементов в биосубстратах³, проанализированы в аккредитованном Информационно-аналитическом центре при Институте тектоники и геофизики ДВО РАН (г. Хабаровск). Определено содержание следующих элементов: Cr, Fe, Cu, Zn, As, Cd, Sn, Hg, Pb. Полученные данные обработаны в наборе офисных приложений Microsoft Office.

¹ ГОСТ 17.4.3.01–2017. Межгосударственный стандарт. Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб.

² Р 52.24.353–2012. Отбор проб поверхностных вод суши и очищенных сточных вод.

³ Методика определения микроэлементов в диагностируемых биосубстратах методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. Методические рекомендации. М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России; 2003. С. 22.

Результаты и обсуждение

За период с 1969 по 2001 г. во втором хвостохранилище Солнечного ГОКа накопилось около 24,1 млн т отходов. Отмечается, что на территории хвостохранилища на 1990 год было накоплено: 46 392 т олова (при среднем содержании 0,183 %), 707 000 т меди (0,28 %), 39 356 т цинка (0,156 %), 47 853 т свинца (0,188 %), 6742 т вольфрама (0,015 %), 5874 т висмута (0,013 %) и 339 т серебра (116 г/т), а также редких элементов и золота. Согласно ранее проведённым исследованиям по определению класса опасности отходов осушенные хвосты относятся к высоко опасному классу токсичности⁴ [2]. На территории нарушенных земель рекультивация в соответствии с Законом РФ «О недрах» не проводилась⁵. По нашим расчётам, учитывая глубину отбора проб (до 20 см), степень загрязнения, площадь загрязнённого участка, соответствующие коэффициенты и показатели, общий размер вреда, причинённого почвам, составляет 19 306 руб/м² [13].

В мониторинговых точках, расположенных на различном расстоянии от второго хвостохранилища Солнечного ГОКа, концентрации определяемых тяжёлых металлов и мышьяка в почвенных горизонтах 10–20 см значительно превышают нормативные значения (табл. 1).

Таблица 1

Содержание отдельных тяжёлых металлов и мышьяка в почвах на глубине 10–20 см
на различном расстоянии от второго хвостохранилища Солнечного ГОКа, мг/кг

Отмечается неблагоприятная ситуация на территории жилой застройки, находящейся в непосредственной близости от объекта (1,5–3,0 км), где превышение нормативных значений на уровне средних концентраций составило для Cu – 12,36, Zn – 2,73, Pb – 9,71, Hg – 1,40, As – 569,09 ПДК.

Отобранные образцы техногенных (Т. 1) и природных (Т. 2–5) вод (см. рис. 2) изучены на содержание следующих элементов: As, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Pb, Sn, Zn. Результаты представлены в табл. 2.

Таблица 2

Содержание отдельных тяжёлых металлов и мышьяка в воде бассейна р. Силинка
на различном расстоянии от второго хвостохранилища Солнечного ГОКа, мг/л

* Приказ Минсельхоза России №552 от 13.12.2016 (с изменениями на 13.06.2024 г.) «Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного назначения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного назначения».

В природных водах по течению р. Силинка после второго хвостохранилища отмечается превышение химических веществ в воде поверхностных водных объектов рыбохозяйственного назначения по Cr от 4 до 11,5, Cu – 110, Fe – от 2 до 24,2, Zn – от 31 до 46 ПДК. Превышение содержания As в исследуемых пробах воды не обнаружено.

Таким образом, население горняцкого посёлка Солнечный проживает в условиях превышения нормативных показателей загрязняющих веществ в почвогрунтах и водных объектах.

Для выявления региональной геохимической специфики природной среды были использованы коэффициенты, рассчитанные как отношение содержания химических элементов в волосах молодого населения посёлка к их среднему содержанию в волосах молодого населения (с учётом пола) (рис. 3).

Рис. 3. Элементный состав волос молодого населения пос. Солнечный относительно средних показателей по России
а – девочки; б – мальчики

Полученные данные позволили установить специфику геохимической составляющей волос детей и подростков горняцкого посёлка Солнечный:

для девочек: Hg_3,66 > Cr_3,52 > Pb_2,61 > Cu_1,43 > Cd_0,95 =
= Fe_0,95 > Zn_0,94 > Sn_0,32 > As_0,13;

для мальчиков: Hg_9,81 > Fe_8,75 > Cr_2,95 > Zn_1,54 > Cu_1,45 >
> Pb_1,06 > Sn_0,87 > Cd_0,57 > As_0,33.

Особенностью элементного статуса детей в исследуемой группе посёлка Солнечный являются повышенные показатели содержания токсичных металлов Pb, Hg, Cr. Отмечается, что у девочек содержание эссенциального элемента Zn приближено к минимальному нормативному значению (124–320 мкг/г).

Для снижения распространения загрязняющих веществ в компонентах природной среды требуется проведение экологических мероприятий путём внедрения технологических решений, в том числе с учётом современных технологий. Так, за последние 10 лет исследователями Тихоокеанского государственного университета предложено проведение рекультивации или консервации отходов с использованием субстратов из измельченной коры ели, лиственницы и берёзы с добавлением азотного активатора и триходермы⁶. В дальнейшем компоненты субстрата изменялись и добавлялись. Так, в 2015 г. был получен Патент РФ на состав для рекультивации хвостохранилища с использованием фототрофных бактерий⁷. Эффективными показали себя также составы с добавлением биоугля⁸ и отработанного мицелия вешенки⁹. Использование биологических субстратов из отходов других производств подразумевает снижение затрат на приобретение чаще всего применимых для процесса рекультивации плодородных почв. За последние годы в крае после лесозаготовки и переработки древесины накоплено более миллиона тонн лесопромышленных отходов. Таким образом, рекультивация или консервация поверхности хвостохранилища с их использованием является наиболее актуальной для Хабаровского края. В связи с этим необходимо совершенствование и внедрение предлагаемой технологии, которая способствует снижению затрат на рекультивацию и ликвидацию эрозионных процессов.

⁴ Приказ Минприроды России от 08.07.2010 № 238 (ред. от 18.11.2021) «Об утверждении Методики исчисления размера вреда, причиненного почвам как объекту охраны окружающей среды: зарегистрировано в Минюсте России 07.09.2010 № 18364. URL: https://docs.cntd.ru/document/902227668
⁵ О недрах. Закон РФ от 21.02.1992 № 2395-1 2024 г. Последняя редакция. М.: ЦЕНТРМАГ; 2024. 136 с.

⁶ Крупская Л. Т., Майорова Л. П., Орлов А. М. и др. Патент РФ 2486733. Способ рекультивации земель, нарушенных токсичными отходами, складированными в хвостохранилище, в условиях муссонного климата. 2013.

⁷ Крупская Л. Т., Кириенко О. А., Майорова Л. П. и др. Патент № 2569582. Способ рекультивации поверхности хвостохранилища, содержащего токсичные отходы, с использованием фототрофных бактерий. 2015.

⁸ Крупская Л. Т., Леоненко Н. А., Голубев Д. А., Леоненко А. В. Патент РФ № 2625469 от 14.07.2017. Состав пылеподавления и рекультивации поверхности хвостохранилища. Заявка № 2016122808 от 08.06.2016.

⁹ Крупская Л. Т., Ищенко Е. А., Голубев Д А. и др. Патент РФ № 2707030 от 21.11.2019. Состав для снижения пылевой нагрузки на экосферу и рекультивации поверхности хвостохранилища. Заявка № 2019114495 от 13.05.2019.

Заключение

На основании проведенных исследований и анализа литературных данных отмечается, что второе хвостохранилище Солнечного ГОКа является серьезным источником техногенного загрязнения окружающей среды. Концентрации тяжёлых металлов в почвогрунтах превышают ПДК по Cu, Zn, Pb и Hg в 12,36, 2,73, 9,71 и 1,4 соответственно. Среднее содержание As в почвах превышает нормативные значения в 569,09 раз. В водных объектах максимальные значения по содержанию химических элементов выявлены по Cr, Cu, Fe и Zn. При этом содержание As не превышает нормативных показателей.

Оценка элементного статуса населения горняцкого посёлка Солнечный в возрасте до 14 лет относительно концентрации химических элементов в волосах детей и подростков в зависимости от пола показала превышение содержания Hg, Pb и Cr. Особенностью элементного статуса для девочек в исследуемой группе является пониженное содержание важного эссенциального элемента Zn. Для мальчиков отмечается превышение по концентрации Fe.

Предложены технические решения с целью снижения распространения загрязняющих веществ от хвостохранилищ, в том числе Солнечного ГОКа, с использованием отходов лесоперерабатывающей промышленности.