ОПЫТ ГИДРОХИМИЧЕКИХ И ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ В РАЙОНЕ ДИГМАЙСКОГО ХВОСТОХРАНИЛИЩА

Джумаев Тохир Хусейнович

студент 1 курса, кафедра экономики ТГУК, г. Худжанд

Е-mail: tilloboev-2006@mail.ru

Джураев Отаджон Фарходжонович

студент 2 курса, кафедра экологии ХГУ, г. Худжанд

Тиллобоева Зиннатжон Хакимджоновна

студент 1 курса, кафедра общая химия ХГУ, г. Худжанд

Тиллобоев Хакимджон Ибрагимович

научный руководитель, канд. хим. наук, доцент ХГУ, г. Худжанд

Дигмайское хвостохранилище, является самым крупным в Ферганской долине хвостохранилищем радиоактивных отходов урановых руд. Оно расположено на севере Таджикистана в Согдийской области. Ближайший населенный пункт поселок Газиён расположен в 1,5 км от хвостохранилища, население поселка для водоснабжения и ирригации использует воду из скважин, располагающихся по площади поселка вниз по потоку движения подземных вод от хвостохранилища. Кроме того, в 6 км к северо-западу строго по тектоническому разлому, один из основных путей миграции инфильтрационных от хвостохранилища, от дамбы протекает главная водная артерия региона — р. Сырдарья, снабжающая водой не только Таджикистан, но и Узбекистан, Казахстан, где проживают десятки миллионов жителей, занятых в аграрном секторе и не только. Поэтому так важен вопрос обследования, предотвращения загрязнения подземных и поверхностных вод инфильтрационными загрязненными макроэлементами (сульфаты, нитраты, хлориды и др) и тяжелыми металлами. Р.Сырдарья, является природной областью разгрузки подземных вод региона [4].

Режимная наблюдательная сеть скважин начала создаваться практически со дня эксплуатации хвостохранилища (1965 г). Наблюдения проводились силами Гидрогеологической экспедиции 6 района ПГО Гидроспецгеология, на средства ГП «Востокредмет», которая периодически в отчетах приводила сведения о распространении ореола загрязнения подземных вод инфильтратом, занималась совершенствованием режимной сети скважин, вела буровые работы по созданию новых и вышедших из строя скважин. С 1995 г эти работы выполнились специально созданным подразделением ГП «Востокредмет». По разным причинам, в основном оттоком специалистов, режимные наблюдения в указанном регионе с 2003 г прекращены. Но после возобновления режимных наблюдений, тем более с помощью специалистов и при финансовой поддержке МАГАТЭ была восстановлена контрольно-наблюдательная сеть. В настоящее время гидрохимическая обстановка района известна, принятие защитных мер по предотвращению загрязнения подземных вод стало возможным.

За период стационарных гидрогеохимических наблюдений установлено, что на данной территории в подземных водах в повышенных концентрациях отмечены следующие, нормируемые компоненты: сульфат-анион, хлор-анион, нитрат-анион и естестевенные радионуклиды (ЕРН), а также отмечена повышенная минерализация подземных вод и увеличение ее общей жесткости [3, 1]. Максимальные значения концентраций этих компонентов приурочены к водоносному комплексу плиоцен — древнечетвертичных отложений.

Система радиоэкологического мониторинга хвостохранилища включает: наблюдательные скважины уже существующей режимной сети скважины, эксплуатационные, ирригационно — мелиоративные и дополнительно пробуренная две скважины на средства МАГАТЭ, которая заложенная на месте возможной фильтрации хвостовых вод, а также приведены точки наблюдения за поверхностными водами (Рис.).

Причина загрязнения подземных вод в районе хвостохранилища связана, с фильтрацией жидкой фазы пульпы накапливаемых радиоактивных отходов из хвостохранилища, а ее химический состав определяется составом перерабатываемых руд и растворов подземного выщелачивания, а также характером технологического процесса их переработки.

Рисунок 1. Обзорная карта расположения скважин режимной сети гидрохимического опробования в районе Дигмайского хвостохранилища (условные обозначения: • точки замеров координат, ° номера наблюдательных скважин).

Химический состав жидкой фазы отходов Дигмайского хвостохранилища и усредненные данные состава незагрязненных подземных вод водоносного комплекса в районе хвостохранилища приведены в табл. 1.

В процессе фильтрации жидкой фазы отходов из хвостохранилища отмечается зональность распределения ореолов загрязнения от дальних компонентов. В особенности это относится к тем из них, концентрация которых в растворах контролируется величиной рН. Эта зональность основных макрокомпонентов имеет вид [5]:

U → Fe³⁺ → Fe²⁺ → Ca²⁺ → CI^- →- NO₃^-→SO₄^2-

Остальные макро и микрокомпоненты, в том числе радионуклиды, распространены в пределах сульфатного ореола, по развитию которого можно судить об общем загрязнении водоносных комплексов.

Таблица 1.

Химический состав жидкой фазы отходов Дигмайского хвостохранилища

При анализе загрязнения подземных вод необходимо учитывать, что миграция химических радиоактивных элементов происходит как в горизонтальном так и в вертикальном направлениях.

Таблица 2.

Растворимость сульфатов в солевых отложениях

Если, при температуре раствора 18 ^оС (это температура подземных вод), выполняется условие  больше 9,110^-6.

Из приведенных данных (табл. 2), малорастворимым соединением, является только сульфат кальция (гипс). Поэтому процессы химического взаимодействия инфильтрационного раствора и породы в основном определяются взаимодействием кальция и серной кислоты, а также растворимостью гипса. В то же время в породе, в частности в цементе конгломератов, имеется большое количество легко растворимых солей.

Таблица 3.

Содержание основных анионов и катионов в прудковых водах

В табл. 3 приведены среднестатистические данные о содержании основных анионов и катионов в прудковых водах по результатам многолетних наблюдений. Водородный показатель (рН) прудковых вод 2,5. Водородный показатель в близлежащих скважинах № 18-7э, колеблется от 7,1—7,5. Все реакции между SO₄^2-, NO₃^- , CI^- с одной стороны и Mg²⁺ Ca²⁺ K⁺ Na⁺ Fe³⁺ NH₄⁺ с другой, являются ионными гомогенными. Образующиеся соединения достаточно хорошо растворимы и их миграционные свойства очень высоки. Количество сульфат — анионов с учетом их фоновых значений содержаний в водоносных комплексах средне-верхнечетвертичных (Q_II-Q_III) и плиоцен нижнечетвертичных (N₂-Q₁), составляющих 0,3 г/л, хорошо совпадают с показателями компонентов табл. 2.

Это указывает на то, что при инфильтрации через водовмещающие породы идет интенсивная нейтрализация инфильтрата за счет химических реакций его с породами.

Таким образом, анализ результатов гидрохимического опробования сети контрольно-наблюдательных и ирригационных скважин, находящихся на обследуемой территории, позволил установить ореол техногенного сульфатного загрязнения, формирование которого, происходит под воздействием двух источников — фильтрации жидкой фазы пульпы из хвостохранилища и поливное сельскохозяйственное производство.

Размеры ореола загрязнения подземных вод прудковыми инфильтрационными водами определяются дальностью миграции ингредиента, в нашем случае сульфат-иона, относящегося к миграционным формам II группы (отрицательно зараженные ионы), для которых характерно наибольшая скорость миграции. Под детальностью миграции понимаются расстояние (I max), на котором минимальная концентрация ингредиента (c min), еще определяется в водах методом химического анализа. Положение границы ореола загрязнения за период эксплуатации хвостохранилища (на момент времени t) определяется следующим уравнением [6].

I max=u*t [1-2 (nmin+no): n _∑  ]  ,

где u — скорость движения потока. 0,1 м/сут.

T — расчетное время на момент исчезновения прудка, 13000 сут;

nmin — минимальная концентрация SO₄ ^2-, 1,0 г/л

no — фоновая концентрация SO₄ ^2-,в подземных водах 0,6 г/л;

n — суммарная концентрация компонентов в прудковых водах, 18 г/л;

D — коэффициент конвективной диффузии, 1,5;

=1503м   (1)

Что подтверждается результатами гидрохимического опробования скважин в районе хвостохранилища (2009—2010 гг).

Проверим данные расчеты, учитывая факторы, минимизирующие распространение миграционных форм компонентов 11 группы. А именно: а) рассеяние миграционных форм в подземных водах, б) сорбционная способность подверженного загрязнению объема пород водоносного комплекса (до момента полного исчезновения его сорбционной возможности).

Оценим данные величины: Длина зоны рассеяния миграционных форм компонентов II группы (SO₄ ²)  определяется по уравнению (1).

L=4Znmin ,

где Z — аргумент интеграла Гаусса при n=n_min

L=44,241,0=2368м, т. е на данном расстоянии от источника загрязнения подземных вод, находится граница зоны рассеяния анионов, в т. ч. SO₄ ^2-, в подземных водах до фоновых.

Следует отметить, что рассеяние SO₄ ^2- имеет место лишь следствии гидродисперсии [2], что ужесточает условия расчета.

Период времени ∆t, в течении которого сорбционная способность водоносного пласта в северной и северо-западной части хвостохранилища (направление миграции инфильтрационных потоков) будет полностью исчерпан, определяется сорбционной способностью водовмещающей породы. Начальной концентрации миграционных компонентов (Со), расходом потока загрязненных подземных вод (Q) и величиной константы скорости адсорбции

;   Y

где dp — концентрация миграционных форм I группы (катионы), 0,4 г/л;

Со — равновесная концентрация, 0,5 г/л;

V — объем единицы сечения пласта длиной

L, 2,710⁹м³

;         Y

т. е. в объеме 2,710⁹м³ водовмещающих горных пород при расходе потока подземных вод 0,7510⁵м³ сорбция компонентов группы (катионы) продолжается до настоящего времени, что препятствует проникновению загрязненных продуктовых вод на расстоянии далее 1,3—1,5 км от хвостохранилища.

Прогнозное время действия инфильтрационных пудковых вод на количество вод ирригационных скважинах колхоза им. П. Бобокалонова (№ 82, 86, 164) (Рис.) после исчезновения прудка в условиях ровного соотношения количества атмосферных осадков и испаряемости (1,6 м/год соответственно) можно рассчитать по формуле (при принятии схемы одномерно плоскопараллельного потока подземных вод) [2].

где m — мощность загрязненного водоносного горизонта. 50 м;

n — активная пористость пород 0,01;

I — расстояние от хвостохранилища до ирригационных скважин 1500 м;

D — удельный расход потока зависящий от водопроницаемости км=45 м2/сут и гидравлического уклона потока подземных вод

I0,02, dkm, I0,9м²/сут.

Таким образом, с момента исчезновения прудка к 2010 году «законченный» поток инфильтрата прудовых вод уже достиг линии расположения ирригационных скважин и замешён природными подземными водами. В результате радиоэкологического мониторинга установлены следующие закономерности:

·суммарный ореол загрязнения от действующего хвостохранилища в плане по всем компонентам стабилен в северном направлении. Это обусловлено наличием крыла с низкой проводимостью; с юго и юго-востока имеется мощный поток природных подземных вод конуса выноса р. Ходжа-бакирган;

·относительное повышение концентрации сульфатов в подземных водах на территории севернее от хвостохранилища обусловлено сельскохозяйственным загрязнением, а также связано с тем, что скважинами №№ 82, 86, 164 находятся на пути направления движения потока подземных вод;

·на мелиоративно-ирригационной сети производился отбор подземных вод, для прогноза загрязнений инфильтратом хвостохранилища и последующая их транспортировка на эту площадь. Определить степень влияния каждого из этих факторов на данный момент не возможно;

·на данной территории, помимо явных источников загрязнения подземных вод — действующего Дигмайского хвостохранилища и поливного земледелия, возможны другие пути поступления компонентов загрязнителей, в том числе и связанные с постгенетическими процессами неотектонических движений.

Гидрохимическое опробование показало, что химический состав соответствует составу природных подземных вод района. Это объясняется процессами осаждения, сорбции, разбавления и кристаллизации.

Таким образом, определен «законченный» процесс влияния Дигмайского хвостохранилища на химизм подземных вод.

Список литературы:

1.ГОСТ 17.1.3.13.-86 Охрана природы Гидросфера иребование к отбору проб для анализа на содержание загрязняющих веществ. — М.: Изд-во стандартов, 1986. 17 с.

2.Голубев В.С. Динамика геохимических процессов. — М.: Недра, 1981. 214 с.

3.Ревинский Ф.Я. Мониторинг загрязнения и его экологические последствие в окружающую среду. — Профилактическая токсикология. Сборник учебно-методических материалов. — МРПТХВ. Т. 1. ч. 2 — М.: 1984. С. 143—152.

4.Разыков З.А. и др  Оценка экологической нагрузки при эксплуатации месторождений урана. В кн.: Подземное и кучное выщелачивание урана, золота и других металлов: В кн. Т. 1: Уран/ под ред. М.М. Фазулина. — М.: «Руда и металлы»; 2005. с. 322—324.

5.Смирнов Ю.В., Ефимова З.И. и др. Удаление отходов заводов по переработке уранового сырья // Атомная техника за рубежом. — М.: 1975. № 11 — 18 с.

6.Тютюнова Ф.И. Физико-химические процессы в подземных водах. — М.: Наука, 1976. 45 с.