Оценка степени загрязнения отвалов Лёвихинского рудника тяжелыми металлами

Проблема негативного воздействия объектов накопленного вреда на окружающую среду стоит особенно остро в условиях современного мира. На Среднем Урале, где развита горнодобывающая промышленность, такими объектами также являются горнопромышленные отходы. Территории размещения вскрышных и вмещающих пород, на которые приходится основной объем горнопромышленных отходов Урала, являются одним из основных источников негативного воздействия на окружающую среду. Для проведения оценки экологической нагрузки была выбрана Восточная группа отвалов остановленного Лёвихинского медноколчеданного рудника, состоящая из трех отвалов разного возраста. Расчеты проведены для шести проанализированных металлов: Cu, Ni, Zn, Mn, Co, Fe. В целях исследования определены коэффициент загрязнения (Cf), индекс нагрузки (PLI), индекс геоаккумуляции (Igeo), коэффициент обогащения (EF) и потенциальный экологический риск (RI). Результаты произведенных расчетов показали, что наибольшая нагрузка оказывается на восточный отвал с точками Л-15 и Л-16 – значение индекса приближается к отметке 3, что указывает на загрязнение от среднего до высокого. При этом в точках Л-17 и Л-18 центрального отвала можно проследить снижение загрязнений по всем металлам, так как он является более старым. В точке Л-19 почва медью не загрязнена вовсе, но, вместе с точкой Л-20, сильно загрязнена Zn. Несмотря на высокую степень загрязнения грунта в некоторых точках, потенциальный экологический риск отвалов остается низким. Приведены результаты расчетов и выдвинуты предположения по полученным данным.

Прокопьева А. А., Дегтярев С. А., Болтыров В. Б., Шайхутдинова М. М., Стороженко В. А. Оценка степени загрязнения отвалов Лёвихинского рудника тяжелыми металлами // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024. – № 12-1. – С. 34–46. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_121_0_34.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-17-20033, https://rscf.ru/project/24-17-20033/.

Прокопьева Анна Андреевна¹ — студент магистратуры, e-mail: ana.prokopeva.2000@mail.ru, ORCID ID: 0009-0003-9087-2864,
Дегтярев Сергей Антонович¹ — преподаватель СПО, e-mail: Ljstymail@gmail.com, ORCID ID: 0000-0001-7046-3244,
Болтыров Владимир Босхаевич¹ — канд. геол.-минерал. наук, профессор, e-mail: glzchs@mail.ru, ORCID ID: 0000-0001-5564-0054,
Шайхутдинова Мария Маратовна¹ — студент магистратуры, e-mail: merfeiyr@yandex.ru, ORCID ID: 0009-0004-4965-2103,
Стороженко Владислав Алексеевич¹ — студент магистратуры, e-mail: v-a-stor@mail.ru, ORCID ID: 0009-0004-5353-6922,
¹ Уральский государственный горный университет.

Прокопьева А.А., e-mail: ana.prokopeva.2000@mail.ru.

1. Benson N. U., Enyong P. A., Fred-Ahmadu O. H. Trace metal contamination characteristics and health risks assessment of Commelina Africana L. and Psammitic Sandflats in the Niger Delta, Nigeria // Applied and Environmental Soil Science. 2016, vol. 2016, article 8178901. DOI: 10.1155/2016/8178901.

2. Benson N. U., Asuquo F. E., Williams A. B., Essien J. P., Ekong C. I., Akpabio O., Ojaride A. A. Source evaluation and trace metal contamination in benthic sediments from equatorial ecosystems using multivariate statistical techniques // PLoS One. 2016, vol. 11, no. 6, article e0156485. DOI: 10:1371/hournal.pone.0156485.

3. Bakar A. J. M., McGrath S. P., Sidoli C. M. D., Reeves R. D. The possibility of in situ heavy metal decontamination of polluted soils using crops of metal-accumulating plants // Resources, Conservation and Recycling. 1994, vol. 11, pp. 41—49.

4. Рыбникова Л. С., Рыбников П. А., Наволокина В. Ю. Оценка влияния затопленного Лёвихинского медноколчеданного рудника на качество поверхностных вод реки Тагил // Проблемы недропользования. — 2019. — № 3 (22). — С. 155—161. DOI: 10.25635/2313-1586.2019.03.155.

5. Дегтярев С. А., Болтыров В. Б., Прокопьева А. А., Шайхутдинова М. М. Обоснование системы инвентаризации объектов накопленного вреда окружающей среде (на примере Лёвихинского рудника) // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2023. — № 12-1. — С. 31—43. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_121_0_31.

6. Болтыров В. Б., Стороженко Л. А., Сапсай М. А., Стороженко В. А. Перспективы возрождения затопленного Лёвихинского рудника (Средний Урал) / Эколого-экономическая безопасность горнопромышленных регионов: сборник научных статей. — Екатеринбург: Институт экономики УрО РАН, 2022. — С. 221—230.

7. Hakanson K. An ecological risk index for aquatic pollution control. Asedimentological approach // Water Research. 1980, vol. 14, no. 8, pp. 975—1001.

8. Adenuga A. A., Amos O. D., Olajide O. D., Eludoyin A. O., Idowu O. O. Environmental impact and health risk assessment of potentially toxic metals emanating from different anthropogenic activities related to E-wastes // Heliyon. 2022, vol. 8, no. 8, article e10296. DOI: 10.1016/j.heliyon.2022.e10296.

9. Haodong Zhao, Yan Wu, Xiping Lan, Yuhong Yang, Xiaonan Wu, Liyu Du Comprehensive assessment of harmful heavy metals in contaminated soil in order to score pollution level // Scientifc Reports. 2022, vol. 12, no. 1. DOI: 10.1038/s41598-022-07602-9.

10. Haimin Su Pollution characteristics and sources analysis of soil heavy metal in Taoyuan coal mine of Suzhou city // American Journal of Biochemistry and Biotechnology. 2022, vol. 18, no. 1, pp. 33—40. DOI: 10.3844/ajbbsp.2022.33.40.

11. Tomlinson D. C., Wilson J. G., Harris C. R., Jeffrey D. W., Problems in assessment of heavy metals in estuaries and the formation pollution index // Helgoläander Meeresuntersuchungen. 1980, vol. 33, no. 1, pp. 566—575.

12. Haifang He, Longqing Shi, Guang Yang, Minsheng You, Liette Vasseur Ecological risk assessment of soil heavy metals and pesticide residues in tea plantations // Agriculture. 2020, vol. 10, article 47. DOI: 10.3390/agriculture10020047.

13. Jiangdan Shi, Di Zhao, Futian Ren, Lei Huang Spatiotemporal variation of soil heavy metals in China: The pollution status and risk assessment // Science of the Total Environment. 2023, vol. 871, article 161768. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2023.161768.

14. Сукиасян А. Р. Сравнительный анализ накопления тяжелых металлов в системе «почва — растение» по индексу геоаккумуляции и коэффициенту транспирации Zea mays L // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. — 2019. — Т. 27. — № 1. — С. 39—50. DOI: 10.22363/2313-2310-2019-27-1-39-50.

15. Muller G. Heavy metals in the sediments of the Rhine-Changes Seitt // Umschau in Wissenschaft und Technik. 1971, vol. 79, pp. 778—783.

16. Benson N. U., Udosen E. D., Essien J. P., Anake W. U., Adedapo A. E., Akintokun O. A., FredAhmadu O. H., Olajire A. A. Geochemical fractionation and ecological risks assessment of benthic sediment-bound heavy metals from coastal ecosystems off the Equatorial Atlantic Ocean // International Journal of Sediment Research. 2017, vol. 32, no. 3, pp. 410—420. DOI: 10.1016/j.ijsrc.2017.07.007.

17. Жарикова Е. А. Тяжелые металлы в городских почвах: оценка содержания и экологического риска // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2021. — Т. 332. — № 1. — С. 164—173. DOI: 10.18799/24131830/2021/1/3009.

18. Чыонг В. Т., Нгуен С. Ш. Использование индекса нагрузки загрязнения (PLI) и индекса геоаккумуляции (I-GEO) для оценки загрязнения тяжелыми металлами в донных отложениях реки Лачь Трай во Вьетнаме // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. — 2020. — № 1. — С. 49—54.

19. Усягина И. С., Намятов А. А., Мещеряков Н. И., Бойко В. В. Тяжелые металлы в донных отложениях залива Грён-Фьорд (Западный Шпицберген) / Рельеф и четвертичные образования Арктики, Субарктики и Северо-Запада России. Материалы ежегодной конференции по результатам экспедиционных исследований. Вып. 10. — СПб., 2023. — С. 276—282. DOI: 10.24412/26871092-2023-10-276-282.

20. Isimekhai K. A., Garelick H., Watt J., Purchase D. Heavy metals distribution and risk assessment in soil from an informal E-waste recycling site in Lagos State, Nigeria // Environmental Science and Pollution Research. 2017, vol. 24, no. 20, pp. 17206—17219. DOI: 10.1007/s11356-017-8877-9.

21. Трифонова Т. А., Курочкин И. Н., Курбатов Ю. Н. Тяжелые металлы в почвах различных функциональных зон урбанизированных территорий: оценка содержания и экологического риска // Теоретическая и прикладная экология. — 2023. — № 2. — С. 38—46. DOI: 10.25750/19954301-2023-2-038-046.

22. Wang Y., Yang L., Kong L., Liu E., Wang L., Zhu J. Spatial distribution, ecological risk assessment and source identification for heavy metals in surface sediments from Dodging Lake, Shandong, East China // Catena. 2015, vol. 125, pp. 200—220. DOI: 10.1016/j.catena.2014.10.023.