Загрязнение воды и защита водоемов

Загрязнение воды и защита водоемов Трудно сказать, какое озеро больше загрязнено: Имандра - самый крупный водоем Кольского полуострова, источник водоснабжения городов Апатиты, Полярные Зори и поселков Африканда и Зашеек, или озеро Монча - питьевой водоем Мончегорска, расположенный выше завода и города.

Имандра – озеро с объемом воды около 11 кубических километров, в которое сливаются загрязненные воды заводов и хозбытовые стоки всех городов и поселков, расположенных на его берегах, в течение всей деятельности комбината Североникель озеро загрязнялось промышленными сточными водами этого комбината и хозбытовыми стоками города Мончегорска.

Приоритетными токсическими загрязнителями поверхностных вод в районе Мончегорска и Североникеля являются тяжелые металлы, наиболее массовые из них – медь и никель. Самые высокие концентрации никеля, меди, кобальта и цинка наблюдаются в губе Монча, но довольно высокие концентрации никеля (более 20 мкг/л) наблюдались по всей акватории оз. Имандра. Трудно предположить, что столь высокие его значения даже в самых отдаленных участках Бабинской Имандры связаны с распространением сточных вод, скорее они обусловлены аэротехногенным загрязнением металлосодержащей пылью.

На основе анализа многолетних данных по содержанию никеля и меди в природных водах Кольского полуострова Т.И. Моисеенко и В.А. Яковлев предложили следующие уровни этих металлов (мкг/л) в природной воде [Моисеенко, Яковлев, 1990]: региональный фон – медь <3, никель <5; буферный уровень – cоответственно 3-5 и 5-10; опасный уровень - >5 и >10 мкг/л.

Большая часть загрязняющих веществ, поступающих в озеро Имандра, накапливается в донных отложениях, в частности в Монче-губе накоплены серовато-черные илы с отходами комбината. Имеется множество литературных данных, указывающих на то, что илы чрезвычайно активно аккумулируют металлы [Семенович, 1975; Кондратова, Горшков, 1980; Fornster, 1982; Нахшина., 1985 и др.]. Наибольшие концентрации тяжелых металлов в Монче-губе обнаружены в илах вблизи устья р. Нюдуай, по которой сточные воды комбината Североникель поступают в озеро Имандра [Моисеенко, Яковлев, 1990].

Загрязняющие вещества, поступающие в природные водоемы, губят их обитателей. Нерестилища ряпушки, сига и кумжи в Монче-губе погибли. Резко сократились уловы рыбы - по данным В. Кожевникова [Кожевников, 1934] в 1934 г. на Имандре было выловлено 3500 ц рыбы, а после 1963 г. ежегодный улов составлял 600-700 ц, сколько сейчас – неизвестно, поскольку промышленный вылов рыбы в Имандре давно прекращён.

Резкое уменьшение запасов рыбы в озере вызвано не только загрязнением воды, но и понижением уровня Имандры на 1,5 метра осенью маловодного 1960 года. Чтобы увеличить выработки электроэнергии Нивским каскадом гидростанций (Кировской ГРЭС и Кольской атомной станции еще было), во избежание остановки электропечей в плавильном цехе Североникель и невыполнения плана по производству никеля, со строительства Куйбышевской ГЭС перебросили шагающий экскаватор и понизили дно реки Нивы в ее истоке. В результате это снизило постоянный уровень озера, что сразу погубило нерестилища кумжи и сига, кумжа в Имандре практически исчезла.

В 1962-65 г.г. А.Г. Гусев (ГосНИОРХ), с помощью комбината провел исследование влияния соединений тяжелых металлов в водах Имандры на водные организмы [Гусев, 1975]. Опыты установили, что наиболее токсичными для водных обитателей являются медь, никель и кобальт.

Наиболее чувствительным к загрязнению оказался планктон - основа питания рыб.

В органах рыб накапливаются никель, медь и кобальт и происходят патологические изменения в организме рыб. Объектом исследований был выбран наиболее распространенный на Кольском севере вид рыбы - сиг Coregonus lavaretus. По отношению к стокам комбината Североникель основной мишенью у сига являются почки (почечно-каменная болезнь), печень и кровь [Моисеенко, Яковлев, 1990].

В 1980 г. научный сотрудник Кольского Филиала АН В.В. Крючков попытался широко опубликовать информацию о накоплении вредных металлов в организмах рыб оз. Имандра и предложил прекратить гослов рыбы в Большой Имандре [Крючков, 1985], однако этому воспрепятствовал тогдашний первый секретарь Мурманского обкома Птицын. Надо сказать, что информация о токсичности загрязненной рыбы из оз. Имандра несколько противоречива [Кудрявцева, Моисеенко, 1988] – накопление никеля, меди, кобальта, стронция и цинка в мышцах сига (а именно мышцы идут в пищу) из крупнейших озер полуострова - Пиренги, Большой и Бабинской Имандры, Ловозера и Умбозера примерно одинаково и соответствует допустимым нормам. Опасными же (для человека) становятся почки, печень, жабры, скелет и чешуя, за счет накопления токсичных металлов, но эти части рыбы люди обычно не едят.

Монче-озеро - питьевой водоем Мончегорска и в него не поступают сточные воды, но вода загрязнялась вследствие длительного выпадения соединений металлов с атмосферными осадками и осаждения металлсодержащей пыли на акваторию озера, а также поступления их с обширной площади водосбора, в ручейковых и речных водах, особенно в районе питьевого водозабора.

В 1990 г. советско-канадское совместное предприятие “Лайн“ осуществило химическое обследование воды и донных осадков южной части оз. Монча [Каширин и др., 1991]. Пробы воды отбирались с трех уровней – 0.5 м, полводы и около дна. Анализы дали следующие результаты для наиболее опасных химических элементов кадмия, свинца, никеля и мышьяка:
Кадмий – на поверхности и в толще воды – ниже санитарно-гигиенической нормы (т.е. для человека, а не для рыбы), у дна – в 2-7 раз выше СГН.
Свинец - на поверхности и в толще воды – чуть выше санитарно-гигиенической нормы, но у дна – в 30 - 80 раз выше СГН!
Мышьяк - на поверхности и в толще воды – ниже санитарно-гигиенической нормы, у дна – в 3-10 раз выше СГН.
Никель - на поверхности и в толще воды – в 2 – 4 раза выше санитарно-гигиенической нормы, но у дна – в 75 раз выше СГН, что соответственно в 750 раз выше рыбохозяйственной нормы!

Общий вывод: на поверхности и в середине глубины озера концентрация элементов отличается мало. На дне концентрации всех элементов в десятки и сотни раз выше, чем наверху. Аналогичное обследование было повторно проведено в 1992 г. [Берман и др., 1993] – обнаружено в воде оз. Монча: Cd 2-20 ПДК, Ni 1-2 ПДК, Pb 1-8 ПДК. Несмотря на столь впечатляющие результаты анализов озерной воды в месте водозабора -из водопроводных кранов Мончегорска течет чистая (правда рыжая от ржавчины) вода. Причины такого противоречия пока непонятны.

В 1972 г. были опубликованы [Цветкова, 1972] результаты изучения влияния воды поверхностных водоемов Кольского полуострова на здоровье человека, в частности на частоту возникновения почечно-каменной и желчно-каменной болезней. В целом вода на Кольском полуострове не очень благоприятна для человеческого здоровья – только в Ковдор – Колвицком и Центральном медико – географических районах полуострова частота почечно-каменной и желчно-каменной болезнями пониженная, на остальной территории области – повышенная.

Промышленная площадка комбината имеет три системы канализации - хозяйственно-бытовую, производственную и ливневую. И все они сбрасывают в озеро Нюдъявр загрязненные сточные воды, содержащие соединения меди, никеля и кобальта, оказывающие губительное действие на живые организмы. Из Нюдъявра через протоку Нюдуай загрязненные сточные воды текут в Монче-губу и выходят в Большую Имандру. В Монче-губе раньше находились нерестилища ряпушки, маленькой серебристой рыбки, основы питания кумжи и гольца, которыми издавна славилась Имандра. Поэтому первым этапом работ по устранению вредного влияния производственной деятельности комбината на бассейн Имандры стало строительство очистных сооружений для очистки наиболее загрязненных тяжелыми металлами стоков кобальтового и электролизного цехов и хозяйственно-бытовых стоков завода. Их построили в первые годы работы комбината. Металлы в промышленном стоке осаждались известковым молоком, а очистка хозяйственного стока ограничивалась его хлорированием. Первыми были введены в действие сооружения в кобальтовом цехе, сбрасывавшем сточные воды в озеро Пыс-лыс-чимъ-явр, бывшее в то время нерестовым озером и источником водоснабжения поселка Нижний Нюд и самого кобальтового цеха. Поселок давно снесён, а озеро стало мёртвым.

В 50-ых годах, когда организовали флотационное обогащение бедной руды перед плавкой и перешли на флотационое разделение файнштейна, появились щелочные стоки флотации и возникла идея использовать свободную щелочь этих стоков для осаждения металлов.

По просьбе комбината, Комитет по водному хозяйству РСФСР 27 мая 1961 г. закрепил за Североникелем всю акваторию озера Нюдъявр в качестве отстойного бассейна и установил место контрольного створа для отбора проб промышленного стока в протоке Нюдуай. Построили дамбу, отделившую южную часть Нюдъявра, принимавшую заводские стоки, от северной, в которую шли воды речек Кумужьей и Травяной, создав таким образом отстойный бассейн.

Проведенное через несколько лет обследование показало, что около 40% никеля, поступавщего со сточными водами, осаждалось в южной части Нюдъявра и еще 20% в северной. Для очистки заводского стока в проекте пятой очереди наметили осуществить сбор всех сточных вод, и промышленных и ливневых, в южной части Нюдъявра и их сорбционную очистку. Для уменьшения объемов стока, в смету включили работы по отводу в северную часть Нюд-озера вод озер Пыс-лыс-чимъ-явр и Сопчеъявр, а также поверхностного стока северного склона горы Нюдуайвенч.

Для этого прорыли отводные каналы для сброса паводковых вод озера Сопчъявр, через Тростниковое озеро в речку Кумужью и канал с южной стороны Нюдъявра от озера Пыс-лыс-чимъ-явр. Сооружение этого последнего канала из-за неудачного проекта и небрежного исполнения, не решило проблемы.

Сегодня, через 30 лет после сооружения, канал практически не работает, по нему течет небольшая струйка воды, причем фактически не из озера Пыс-лыс-чим-явр, а с прилегающих склонов, т.к. поток перегорожен вспомогательной дорогой, а пропускные трубы забиты грязью (см. фото)

В водах, сбрасывавшихся в Монче-губу, оставадось до 10 мг/л никеля. Донные отложения южной части оз. Нюдъявр к 80-м годам накопили несколько тысяч тонн никеля и меди и их стали учитывать в общекомбинатском балансе металлов. В середине 70-х годов из Поти (Грузия) привезли земснаряд, который довольно долго высасывал нюдовский донный ил и его отправляли в рудную плавку.

В середине 90-х гг. главный гидрогеолог Центрально-Кольской геолого-разведочной экспедиции В. Н. Ананьев провел обследование донных отложений по всей площади оз. Нюд-явр и подтвердил, что запасы цветных металлов в них имеют промышленное значение. В. Н. Ананьев предложил комбинату Североникель организовать добычную бригаду и реализовать этот металл, но его план не нашел отклика.

Работа А.Г. Гусева подтвердила правомерность новых, более жестких ПДК и объяснила причину ухода рыбы из озера Тростникового, вскоре после того как в 1950 году на его берегу устроили отвал пустой породы рудника, которая в то время не отмывалась от налипшего рудного шлама. Стало понятно почему пропала форель в речке Кумужьей, когда в нее стали поступать воды с солями никеля и меди из водоотлива шахты № 5.

Важным этапом в развитии технологии очистки промышленных сточных вод от металлов стал пуск в 1975 г. опытной установки сорбционной очистки в цехе электролиза никеля. Новый процесс, предложенный институтом Гипроникель, давал возможность извлечь ионообменной смолой КУ-2 катионы никеля и после регенерации смолы вернуть металл в производство в виде концентрированного раствора.

В 1980 г. ввели сооружения по биологической очистке городских сточных вод и новые очистные сооружения на хозяйственно-бытовых стоках завода.
Бурение скважин вокруг первого электролизного цеха в 1968 г. показало высокие концентрации никеля в грунтовых водах, вследствие протечек электролита через полы, и в 1983 г. ввели дренажную систему для перехвата и утилизации этих вод. Насосы дренажной системы откачивали воды, содержавшие в первое время до 40 г/л никеля, прямо в сборники грязного электролита. Потом, когда концентрация никеля за счет разубоживания грунтовыми водами снизилась до 10-15 г/л, их направили на сорбционную установку. В 1985 г. дренаж в ЦЭН-1 вернул в производство около 500 т никеля.

Озеро Сопчъявр сделали охладительным бассейном системы оборотного водоснабжения завода. Так как в летние месяцы испарение с поверхности этого озера не обеспечивало достаточного охлаждения оборотной воды, построили вентиляторную градирню с насосной станцией. Дамбу на Нюдъявре уплотнили слоем глины, прекратили фильтрацию сточных вод в северную часть озера и построили насосную для подачи общего стока на новую крупную установку сорбционной очистки. Очищенный сток возвращали в систему оборотного водоснабжения. Объем общего стока в проекте оказался заниженным, на очистку поступало всего около трети стока, но все таки ее пуск в 1987 г. снизил концентрацию никеля в контрольном створе (Е.Б. Яновский).

Нельзя не вспомнить еще об одной работе по улучшению экологической обстановки на Имандре. Сульфат натрия, образующийся на карбонатном переделе и сбрасываемый со сточными водами вреден водам Имандры. В то же время выяснилось, что бумажно-целлюлозные комбинаты Северо-запада потребляют много дальнепривозного сульфата натрия. В проект включили строительство опытно-промышленной установки для получения товарного сульфата натрия из стока карбонатного передела, а также проверки возможности использования получающегося при этом рассола хлорида натрия, для получения на месте газа хлора. В 1988 г. эту технологию успешно проверили на комбинате (И.С. Крюкова, В.Н.Ломоносов) в настоящее время она выходит на промышленную реализацию.

Продолжавшиеся работы по развитию системы оборотного водоснабжения сократили расход свежей воды в 1989 г, при самом большом выпуске никеля, и повысили степень ее использования до 93,8% - уровня лучших зарубежных заводов (С.В. Шаврин, В.И.Пантюков, В.И.Малов, И.С. Иванов, А.С. Крылов, М.К. Алтыбаев, О.П.Калганова, И.С. Крюкова, К.А. Куркина, В.Г. Касавин)

Финансовые трудности 90-ых годов исключили возможность капитальных работ, но кое-что удалось еще сделать. Большой эффект дало внедренное в 1994 г. осаждение металлов в южной части Нюдъявра известью. Подача известкового молока в канал, подводящий в озеро сток промплощадки, повысила в нем рН до 9-11( И.И. Барыжиков, И.С. Зарубина, В.И. Пантюков), что резко уменьшило концентрацию никеля в контрольном створе, т.е. восстановилась ситуация, существовавшая до остановки рудной обогатительной фабрики.
В паводок, когда с таянием снега в воды озера попадают растворимые соли металлов, содержащиеся в пыли, выпавшей за долгую зиму, в питьевой воде в течение нескольких дней содержание никеля и меди превышает санитарную ПДК.

Решением, гарантирующим прекращение загрязнения озер Имандра и Монче металлами может быть только прекращение выбросов металлосодержащей пыли в атмосферу.
Так как известные способы обеззараживания питьевой воды (озонирование, обработка ультрафиолетовыми лучами) не дают вполне надежной дезинфекции питьевой воды, наиболее правильным решением может быть переход на подземные источники питьевого водоснабжения.
Надо сказать, что такие предложения высказывались еще в конце 50-х – начале 60-х гг., но тогда к ним отнеслись почти с насмешкой.
В 1997-1999 г. начались интенсивные поиски надежного подземного источника.
В Информационной записке В.Н. Ананьева о Мониторинге подземных вод в Мончегорском районе в 1999 г. [Ананьев, 2000] приведены основные данные наблюдений за подземными водами за последние 10 лет. Впервые в Мурманской области документирован факт площадного техногенного загрязнения подземных вод. В 10 км от города найден большой стабильный источник чистой питьевой воды. Пока, на момент составления данного очерка, деньги для строительства водопровода от скважины и перекачивающего оборудования не выделены, хотя на дальнюю перспективу такой проект существует. Жители Мончегорска, не дожидаясь кардинального решения вопроса с подземной водой, берут воду из многочисленных источников в городе и вокруг него.

Обычно принято считать, что влияние хозбытовых городских стоков на качество воды не столь опасно, как заводских промстоков. Но нижеописанный эпизод показывает, что разделять сточные воды на более и менее опасные не следует.

В ноябре-декабре 1982 г. на комбинате шел пуск цеха электролиза никеля № 2 (ЦЭН-2), сопровождавшийся проливами десятков кубометров никелевого электролита – через плохо затянутые фланцы и сальники, через неплотности футеровки электролизных ванн, через полы и т.д. В это же время рыбаки на Большой Имандре начали рассказывать о десятках массовых находок рыб, вмерзших в лед, а вода в акватории от Вите-губы до Екостровской салмы позеленела. От такого фантастического совпадения родилась легенда, что за счет вылившегося никелевого раствора (он зеленого цвета) позеленела вода в Имандре. Простой арифметический расчет показывает, что для изменения цвета воды в Имандре в нее должен вылиться объем никелевого раствора, в сотни раз больший, чем вылился в декабре 1982 года, и не осталось бы раствора для производства.

В конце декабря-январе в воду направили водолазов, и они рассказали, что живые рыбины шевелятся, как сонные. Так что же произошло в декабре 1982 года в Большой Имандре? Произошел гигантский замор и тысячи рыб задохнулись!

А последовательность событий была такая. В Монче-губу озера Имандра сливаются тысячи кубометров бытовых стоков города Мончегорска после хлорирования, в результате которого органические составляющие сточных вод разлагаются и вода насыщается легкоусвояемыми питательными веществами - соединениями азота и фосфора. В результате поступления в воду питательных веществ – т.н. евтрофикации водоема - размножаются синезеленые одноклеточные и синезеленые нитчатые водоросли, поглощающие из воды кислород. Иногда, раз в несколько лет, водоросли размножаются аномально активно – как это произошло в 1982 году, - вода из-за массы микроскопических водорослей приобретает зеленоватый оттенок, водоросли полностью поглощают кислород из воды и рыба задыхается и погибает [Россолимо, 1977; Шилькрот, 1979; Горшков, 1988].