Формирование химического состава природных вод в зоне влияния горно-металлургического комбината «Североникель»

В эпоху индустриализации природная среда испытывает огромную антропогенную нагрузку, особенно в Заполярье с его легко разрушаемой природой. Широко известно, что арктические и субарктические экосистемы чрезвычайно уязвимы по отношению к антропогенному прессу в силу низкого уровня массои энергообменов в холодных широтах. Наиболее сильно подвержены воздействию человека и его хозяйственной деятельности водные источники, в том числе, подземные воды. Кольский Север в силу уникальности и богатства минерально-сырьевых ресурсов имеет высокоразвитый промышленный потенциал. В центральной части Мурманской области, охватывающей водосборные бассейны трех наиболее крупных водоемов (озер Имандра, Умбозеро и Ловозеро) построены мощные промышленные предприятия, такие как ГМК «Североникель» (ГМК СН), ОАО «Апатит», «Олкон», Кольская АЭС, Ловозерский ГОК, Кандалакшский алюминиевый завод (КАЗ СУ АЛ), а также образованные ими города и поселки.

Более семидесяти лет водные объекты Кольского Севера используются как для централизованного питьевого и технического водоснабжения, так и в качестве приемников и утилизаторов сточных вод — промышленных, сельскохозяйственных и коммунальных. Большое количество анионов (SO42*,, СГ), взвешенных веществ, биогенных элементов, тяжелых металлов поступает в поверхностные и подземные воды со стоками горно-металлургического комплекса.

В России, и Мурманской области как индустриально развитой северной территории, одним из актуальных вопросов является разработка методов оценки экологической безопасности существующих технологий в процессе природопользования, в том числе и использования водных ресурсов.

Для хозяйственно-питьевого водоснабжения населения Мурманской области используются поверхностные и подземные воды. Доля использования подземных вод составляет 5% или 17 200 м3/сутки. Крайне неблагоприятная экологическая обстановка в ряде промышленных районов области (города Мончегорск, Апатиты, Кандалакша, Заполярный. Никель и др.) возникла из-за существенного загрязнения поверхностных вод сточными водами предприятий горнодобывающей и перерабатывающей промышленности. Интенсивному техногенному воздействию подвержены поверхностные воды рек Печенга, Паз, Тулома, Кола, Нива, озер Имандра, Мончеозеро, используемых для водоснабжения крупных населенных пунктов области. В соответствии со стандартами качества питьевой воды поверхностные воды указанных водных источников могут быть отнесены к умеренно загрязненным. Характерными загрязнителями поверхностных вод являются Си, Ni, Zn, AI, N06,", NO3″, нефтепродукты и взвеси.

Для Мурманской области актуален вопрос переориентации поверхностного хозяйственно-питьевого водоснабжения на подземное. Большинство населенных пунктов области находится в благоприятных гидрогеологических условиях — в зонах развития межгорных микроартезианских бассейнов (г. Апатиты, Кировск, пос. Ревда) или речных долин (г. Мурманск, Оленегорск, Мончегорск, Кандалакша и др.) и могут быть обеспечены хозяйственно-питьевой водой из подземных источников. Грунтовые воды содержатся в осадочных верхнечетвертичных отложениях и, как правило, защищены от прямого загрязнения 10−40-метровой толщей пород. На большей площади гидрогеологических бассейнов возможно создание водозаборов подземных вод.

Диссертационная работа выполнялась в рамках Программы Государственного мониторинга Геологической среды в промышленно-освоенных районах Мурманской области, утвержденной Роскомнедра 27 января 1995 г., и тематики НИР ИППЭС КНЦ РАН.

Цель работы заключается в изучении и оценке состояния природных вод в зоне интенсивного влияния техногенной нагрузки ГМК СН.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1) изучение гидрохимического состава природных вод в зоне влияния ГМК СН;

2) исследование гидрохимического режима природных вод;

3) изучение территориального распределения гидрохимических параметров природных вод в условиях аэротехногенного загрязнения и поступления сточных вод;

4) выявление взаимосвязи различных типов природных вод и оценка защищенности подземных вод от загрязнения.

Личный вклад автора. В основу работы положены исследования автора, проводившиеся на протяжении последних более чем десяти лет и обобщенные в ряде статей, тезисов и отчетов. Научные разработки, определившие структуру и основные результаты диссертации, а также проведение интерпретации материалов исследований различных типов природных вод, выполнены автором самостоятельно.

Теоретическое значение и научная новизна. На основе предпринятых исследований различных типов природных вод установлены изменения их химического состава с начала деятельности ГМК СН. Впервые проведены комплексные исследования природных вод в зоне влияния ГМК СН и в них определен большой перечень параметров и элементов, а также сезонная динамика гидрохимического режима. Установлено, что химический состав природных вод Мончегорского полигона характеризуется значительной изменчивостью во времени и пространстве. Определено, что многолетнее поступление сточных вод и аэротехногенное загрязнение привели к увеличению минерализации и изменению соотношения ионов в поверхностных и подземных водах Мончегорского района. Максимальные содержания главных ионов и микроэлементов в поверхностных и подземных водах Мончегорского полигона отмечены зимой, а минимальные содержания зафиксированы в период весеннего половодья. Установлено значительное повышение концентраций тяжелых металлов (Ni, Си, Со, Hg, Cd и Pb) и As в поверхностных слоях донных отложений (ДО) исследуемых озер Мончегорского полигона. Установлено, что практически все компоненты химического состава атмосферных осадков и подземных вод не имеют максимальных значений вблизи ГМК СН, а максимумы концентраций удалены на расстояние 5−10 км. Выявлено наличие хорошей гидравлической связи подземных вод с поверхностными водами. На защиту выносятся:

1. Особенности изменения рН и ионного состава природных вод в условиях аэротехногенного загрязнения и поступления сточных вод горно-металлургического предприятия.

2. Пространственные и временные закономерности изменения основных гидрохимических параметров природных вод в зоне влияния ГМК СН.

3. Закономерности распределения микроэлементов в природных водах в зависимости от удаленности от источника загрязнения и фаз водного режима.

4. Оценка качества поверхностных и подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Практическое значение. Результаты исследований служат основой принятия согласованных природоохранных решений по снижению выбросов и стоков металлургическими комбинатами. Установлено, что вода оз. Мончеозера характеризуется как довольно чистая с точки зрения требований к питьевым водам и ее качество ухудшается по мере прохождения через систему стальных трубопроводов. Рекомендована замена стальных труб на пластиковые трубы, не выделяющих в питьевую воду загрязняющих веществ (в первую очередь Fe, Мп и Zn) в условиях высокой агрессивности низкоминерализованных и насыщенных кислородом вод. Определено, что грунтовые воды Мончегорского полигона характеризуются плохой защищенностью от загрязнения. Концентрации многих загрязняющих элементов и веществ в грунтовых водах выше, чем в воде Мончеозера. Поэтому использовать грунтовые воды Мончегорского полигона для питьевого водоснабжения г. Мончегорска в настоящее время не рекомендуется. Результаты исследований вошли составной частью в отчеты ОАО КГИЛЦ и указывают на необходимость дальнейшего геоэкологического мониторинга.

Материалы диссертации доложены на ряде российских и международных научных конференций: «Экологические проблемы Севера Европейской территории России». Апатиты, 1996 г.- 28th International Arctic Workshop «Arctic and Alpine Environments. Past and Present», Boulder, Colorado, USA 1998; V научной конференции «Актуальные проблемы биологии», Сыктывкар, 1998; «Антропогенное воздействие на природу севера и его экологические последствия», Апатиты, 1998 г.- 1st International Symposium «Issues in Environmental Pollution», Denver, Colorado, USA, 1998; «Polar Aspects of Global Change», Tromso, Norway, 1998, 3rd International Lake Ladoga Symposium, Petrozavodsk, 1999, «Экологические проблемы северных регионов и пути их решения», Апатиты, 2004, «Геодинамика и геологические изменения в окружающей среде северных регионов», Архангельск, 2004.

Автор выражает глубокую благодарность всем коллегам, которые помогли в проведении полевых исследований и выполнении химических анализов, и особенно, коллективам ОАО КГИЛЦ, лаборатории водных экосистем ИППЭС КНЦ РАН и кафедры геоэкологии Мурманского государственного технического университета.

ВЫВОДЫ.

1. Химический состав атмосферных осадков Мончегорского полигона характеризуется значительной изменчивостью во времени и пространстве. Значения рН находятся в диапазоне от 4 до 7. Атмосферные осадки имеют следующее соотношение анионов и катионов: SO42″ > НСОз" > СГ и Na+ > Mg2+ > К+ = Са2+. Особенностью содержания главных ионов атмосферных осадков является незначительная разница в концентрациях Na+ и К+ (Na+/K+=1.75). Средняя минерализация атмосферных осадков не превышает 15 мг/л. Практически все компоненты химического состава атмосферных осадков (за исключением СГ, Na+, К+, Со, As, V, Ag) не имеют максимальных значений вблизи ГМК СН, а максимумы концентраций удалены на расстояние 5−10 км.

2. Многолетнее поступление сточных вод привело к увеличению минерализации и изменению соотношения ионов поверхностных вод Мончегорского района — вода отстойника ГМК СН и р. Нюдуай относится к солоноватым водам и соответствует классу S042″, группе Na+. В воде водных объектов, испытывающих аэротехногенную нагрузку, сохраняется природная последовательность основных катионов, но их содержание и средние значения минерализации немного увеличиваются. Максимальные содержания ионов в поверхностных водах Мончегорского полигона отмечены зимой, а минимальные содержания зафиксированы в период половодья. Наибольшие концентрации Ni и Си (превышающие условно-фоновые значения на 2−3 порядка) и практически всех микроэлементов отмечены в водоемах, принимающих сточные воды комбината. Средние концентрации Ni и других тяжелых металлов в р. Монче значительно меньше, чем во всех остальных водных объектах, но и они превышают более чем на порядок условно-фоновые содержания.

3. Вода оз. Мончеозера характеризуется как довольно чистая с точки зрения требований к питьевым водам. Качество воды ухудшается по мере прохождения через систему стальных трубопроводов. В этой связи основная проблема заключается в доставке воды потребителю из водозаборного озера Мончеозера в наименее измененном состоянии. Этого можно добиться путем замены широко применяемых для этой цели в Мурманской области стальных труб на пластиковые трубы, не выделяющих в питьевую воду загрязняющих веществ (в первую очередь Fe, Мп и Zn) в условиях высокой агрессивности низкоминерализованных и насыщенных кислородом вод.

4. Исследования химического состава ДО показывают, что озера Мончегорского полигона испытывают серьезное антропогенное воздействие. В первую очередь, это воздействие сказывается в повышении концентраций в поверхностных слоях ДО озер таких элементов, как тяжелые металлы (Ni, Си, Zn, Со, Cd, РЬ и Hg) и As. Максимальные значения коэффициента загрязнения (Cf) по этим элементам равны 79, 66, 3, 11, 11, 10, 43 и 36 соответственно.

5. Подземные воды в скважинах Мончегорского района относятся к классу НСОз", а в род.

Л Л I никах классу SO4. В скважинах преобладающим катионом является Са, но он незначительно превышает содержание Mg2+, а в некоторых скважинах, как и в родниках, содержание этих катионов равны. Минерализация воды в родниках меньше, чем в скважинах. Минерализация подземных вод в скважинах Мончегорского полигона в среднем в 2−3 раза больше минерализации поверхностных вод, испытывающих только аэротехногенное загрязнение. Гидрохимический режим подземных вод Мончегорского полигона (за исключением Cd, Сг, V) имеет значительную сезонную зависимость: наибольшие значения отмечены в зимнюю межень, а минимальные значения — в пик весеннего половодья. Максимум содержания соединений и элементов (за исключением НСО3″, Mg2*, К+, Cd, РЬ, Мо и V) в подземных водах имеет место на расстоянии 5−10 км от точечного источника загрязнения.

6. Отмечена хорошая гидравлическая связь подземных вод с поверхностным стоком и поверхностными водами, и поэтому проявляется четкая сезонная динамика гидрохимического режима подземных вод. Учитывая мощность, литологию и фильтрационные характеристики перекрывающих отложений, мощность зоны аэрации, было определено, что грунтовые воды Мончегорского полигона характеризуются наименьшей защищенностью, т. е. относятся к I категории защищенности от загрязнения по классификации В.М. Гольд-берга. Концентрации многих загрязняющих элементов и веществ в грунтовых водах выше, чем в воде Мончеозера. Поэтому использовать грунтовые воды Мончегорского полигона для питьевого водоснабжения г. Мончегорска в настоящее время не рекомендуется. Предлагается пересмотреть программы проведения поисково-разведочных работ месторождений подземных вод Мончегорского полигона с перераспределением средств на усовершенствование системы очистки вод на водозаборе оз. Мончеозера и замену стального трубопровода г. Мончегорска на пластиковые трубы.

7. Проведенное комплексное исследование природных вод Мончегорского полигона доказывает целесообразность и необходимость дальнейшего проведения геоэкологического мониторинга для оценки состояния природных вод и разработки рекомендаций по их охране и рациональному использованию.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Уникальность и богатство природно-сырьевых ресурсов Кольского региона обусловили высокую концентрацию мощнейших предприятий горнорудной и металлургической индустрии. Возникшая здесь в 30-е годы антропогенная нагрузка по мощности и многофакторности сравнима с наиболее загрязненными заполярными регионами мира.

На территории Мурманской области эффекты негативного влияния антропогенных нагрузок обнаружены во всех экосистемах. В последние годы, несмотря на снижение объемов производства горно-металлургического комплекса, экологическая ситуация не улучшается. Однако нельзя утверждать, что все экосистемы находятся в критическом состоянии. Объективно можно констатировать проявление кризисных явлений на отдельных территориях вблизи (30−40 км) крупных источников химического загрязнения окружающей среды в целом, и в первую очередь, предприятий цветной металлургии.

Нагрузка загрязняющих веществ по всей Мурманской области распределяется неравномерно и формируется за счет аэротехногенного загрязнения территории выбросами от стационарных источников. Атмосферные выбросы горно-добывающих, горно-перерабатывающих и металлургических производств являются причиной повышенных концентраций SO2. По разным оценкам, только по выбросам SO2 в атмосферу их суммарный вклад составляет 50−70% от общего объема выбросов по региону. Выбросы, в основном, осуществляются стационарными источниками в г. Мончегорске и являются результатом деятельности ГМК СН, поэтому наибольшая нагрузка наблюдается в районе деятельности комбината.

Промышленный Мончегорский район, где расположен крупный медно-никелевый ГМК СН, является наиболее загрязненной территорией области. Зона очень опасного уровня загрязнения увеличилась с 70-х годов в 3 раза и сейчас составляет площадь 1400 км², и характеризуется максимальными уровнями годовых выпадений Ni и Си (115.9 и 136.5 кг/км2, соответственно).

Загрязнение SO2 в зоне влияния ГМК СН в настоящее время примерно в 2 раза ниже по сравнению с промышленой зоной Печенгского района, несмотря на то, что производственные мощности ГМК СН в несколько раз превышают производственные объемы комбината «Печенганикель». Это связано с проведением на ГМК СН природоохранных мероприятий, в первую очередь, с закрытием рудотермического передела.

Приарктическое положение Мурманской области, граничащей с незамерзающим Баренцевым морем, климатические и геологические условия обуславливают специфические особенности формирования химического состава природных вод исследуемого региона. Территория Кольского полуострова относится к холодной гумидной зоне. Здесь выделяются тундровый, лесотундровый, северотаежный и горный ландшафты. Геохимические различия этих ландшафтов выражаются в характере мобилизации и переноса веществ и определяются зональными (природно-климатическими) и азональными (характер рельефа и почвообра-зующих пород) факторами. Питание поверхностных вод в большей степени определяется атмосферными осадками, ~75% годового стока приходится на весеннее половодье и летне-осенний дождевой паводок. Аккумуляция атмосферных выпадений в снежном покрове происходит в течение длительной полярной зимы, и в короткий период весеннего половодья они стремительно поступают в водосборные бассейны. Во время снеготаяния почва находится в промерзшем состоянии, и ее верхний слой в этот период практически водонепроницаем. Незначительное развитие растительности и тонкий почвенный покров в летний период обуславливают высокий дренаж выпадающих осадков. Ионный состав природных вод преимущественно гидрокарбонатно-кальциевый и гидрокарбонатно-натриевый.

Территория Мончегорского полигона относится к Балтийскому бассейну трещинных вод, сложенному метаморфогенными и интрузивными образованиями архейского возраста, перекрытыми прерывистым чехлом четвертичных образований, имеющих, преимущественно, песчанистый состав. В целом на территории мощность четвертичных отложений составляет 2−5 м, хотя может достигать 50 м и более.

Подземные воды, приуроченные к рыхлым отложениям — поровые, со свободной поверхностью, безнапорные (встречаются слабонапорные) и напорные (главным образом, в межгорных впадинах). Глубина залегания уровня, как правило, составляет 0.5−5.0 м, подчиняясь рельефу местности — наиболее глубокое залегание уровня на возвышенных участках, наиболее высокое — в понижениях. Мощность водоносного горизонта, в среднем, составляет 5−10 м. Наиболее значительные мощности отмечаются в пределах межгорных впадин, где они могут достигать 100 м и более. Основным водоносным горизонтом на Мончегорском полигоне является горизонт, приуроченный к трещиноватым кристаллическим породам. По характеру движения воды трещинные, либо трещинно-жильные, в основном, слабонапорные и напорные.

Для определения и оценки влияния ГМК СН на формирование химического состава природных вод в течение двух лет (2001;2002 гг.) проведены мониторинговые исследования природных вод Мончегорского полигона, расположенного в непосредственной близости от ГМК СН. На полигоне ежемесячно производился отбор проб атмосферных (на 6 площадках), поверхностных (на 6 объектах) и подземных (в 7 скважинах и 4 родниках) вод. В общей сложности было отобрано 28 проб атмосферных осадков, 87 проб поверхностных вод, 90 проб воды из скважин, 71 проба из родников. В пробах природных вод различными химико-аналитическими методами определяли макро- (основные анионы — НСОз", SO42″, СГ, F, СО32″ - основные катионы — Са2+, Mg2+, Na+, К+, Fe3+, А13± рН, окисляемость, жесткость, кремнекислотасоединения азота — NO2*, NO3″, NH/) и микрокомпоненты (Ni, Си, Со, Сг, Pb, Zn, Ag, Мп, Sr, ТП V, Se, В, As, Sb, Cd, Mo, Be).

Для оценки загрязнения водных объектов Мончегорского полигона и влияния выбросов ГМК СН исследовались донные отложения (ДО) озер Мончеозеро, Малевое и Пагель. Пробы ДО отбирались в зонах аккумуляции, где создаются условия седиментации мелкодисперсного материала с хорошими адсорбционными способностями. Пробы ДО отбирались колонкой открытого гравитационного типа с автоматически закрывающейся диафрагмой, с последующим вертикальным разделением колонки на 1-см слои. Поверхностный 1-см слой используется как стандартный для характеристики современной нагрузки загрязняющих веществ на водный объект. Самые глубокие слои ДО в колонках (15−20 см) отражают природные фоновые содержания веществ. Концентрации металлов в пробах ДО определялись методами атомно-абсорбционной спектрометрии. Для оценки экологического состояния водоемов выбраны следующие элементы: Ni, Си, Со, Zn, Pb, Cd, Hg и As. Эти элементы и соединения являются одними из основных загрязняющих веществ ГМК СН. Также определялись концентрации Fe, Мп и А1, играющих важную роль в процессах адсорбции тяжелых металлов, и концентрации щелочных и щелочноземельных элементов (К, Na, Са, Mg) для оценки буферной емкости водоемов и развития процессов закисления.

Общий объем химико-аналитических работ составил 10 886 элементо-определений.

Статистическая обработка результатов исследований производилась с использованием программ Statistica (version 6.0) и Excel (version 7.0) на персональном компьютере IBM PC. Подсчитывались значения коэффициентов корреляции и регрессионные зависимости между содержаниями органического материала и тяжелых металлов в воде, поверхностных ДО и расстоянием от точечного источника загрязнения. Для определения достоверности значений использовался критерий Фишера (F).

Атмосферные осадки являются одним из основных факторов формирования поверхностных и подземных вод. Наиболее токсичными компонентами, поступающими в атмосферный воздух Мурманской области с выбросами горно-металлургических предприятий, в том числе и ГМК СН, являются SO2 и тяжелые металлы, особенно Ni и Си. В результате выброса больших количеств SO2 и тяжелых металлов в атмосферный воздух в окрестностях ГМК СН образовались обширные зоны деградации почвенно-растительного покрова (от угнетения лишайников до полного разрушения почв и образования техногенных пустошей), а также проявилось интенсивное загрязнение наземных и водных экосистем.

Химический состав атмосферных осадков характеризуется крайней изменчивостью во времени и пространстве. Значения рН атмосферных осадков Мончегорского полигона находится в довольно широком диапазоне от 4 до 7. Максимальные значения рН практически для всех площадок отмечены в июле 2002 г. Наибольшие значения отмечены на самых удаленных площадках — 1 и 2.

Атмосферные осадки Мончегорского полигона обогащены ионами SO42″ и Na+ и имеют характерное для атмосферных осадков континентальных районов севера европейской части России соотношение анионов и катионов: SO42' > НСОз' > СГ и Na+ > Mg2+ > К+ = Са2+. Особенностью содержания главных ионов атмосферных осадков является незначительная разница в концентрациях Na+ и К+ (для атмосферных осадков Мончегорского полигона Na+/K+=1.75), тогда как в подземных и поверхностных водах это отношение значительно больше и достигает 10−25.

Согласно классификации атмосферных осадков по минерализации и ионному составу А. А. Матвеева и О. И. Башмаковой атмосферные воды Мончегорского полигона относятся ко второй группе, в которой преобладают ионы SO42″ и Na+, а средняя минерализация атмосферных осадков не превышает 15 мг/л.

Во взвешенных в воздухе аэрозолях максимум содержания соединений и элементов имеет место на некотором расстоянии от точечного источника загрязнения, равном 20 высотам загрязняющей трубы. Для ГМК СН максимальная высота труб составляет 150 м, и максимум концентраций расположен на расстоянии 3 км. Поэтому соприкосновение загрязняющего факела ГМК СН с поверхностью земли при скорости ветра более 1 м/с происходит за пределами 3-километровой зоны, а загрязнение территории, расположенной ближе 3 км, происходит при штилях. Существенное влияние на загрязнение территории в 3-км зоне от комбината оказывают неорганизованные выбросы загрязняющих веществ через аэрационные фонари и другие вентиляционные ходы плавильных цехов.

Наиболее близкорасположенная станция сбора атмосферных осадков (станция 6) находится менее чем в 3 км от главного факела ГМК СН (2.7 км), поэтому практически все главные компоненты химического состава атмосферных осадков (за исключением СГ, Na+, К+, т. е. компонентов, выбрасываемых в значительных количествах в составе атмосферных выбросов комбината) не имеют максимальных значений на площадке 6, а максимумы концентраций удалены на расстояние 5−10 км.

Данные исследования Мончегорского полигона свидетельствуют о зависимости концентраций главных компонентов атмосферных осадков от расстояния от источника выбросов (главным образом, ГМК СН). В целом воды осадков характеризуются малой минерализацией и являются ультрапресными.

Данных по содержанию микроэлементов в атмосферных осадках в российской научной литературе очень мало, поэтому представленные в этой работе результаты могут иметь большой интерес для исследования миграции микроэлементов в различных звеньях окружающей среды.

Практически все исследованные микроэлементы либо входят в состав полиметаллических руд, либо в состав вмещающих эти руды горных магматических пород, поэтому они входят в состав атмосферных выбросов ГМК СН и находятся в повышенных концентрациях в атмосферных осадках исследуемого Мончегорского полигона. Для всех микроэлементов характерен значительный диапазон концентраций, что является отличительной чертой химического состава атмосферных вод, потому что на их качество влияет большой перечень факторов. Максимум концентраций практически всех микроэлементов отмечен осенью 2001 г. или осенью 2002 г. Исключением является Sr, максимальные концентрации которого зафиксированы в сухой летний месяц июль 2002 г., что, вероятно, связано с тем, что Sr входит в состав пыли хвостохранилищ ОАО «Апатит», достигающей при сильных ветрах территории Мончегорского полигона.

Также как и главные компоненты химического состава атмосферных осадков Мончегорского полигона, практически все микрокомпоненты не имеют максимальных значений вблизи комбината, а максимумы концентраций удалены на расстояние 5−10 км. Исключением являются Со, As, V, Ag, т. е. микрокомпоненты, выбрасываемые в атмосферу в значительных количествах в составе выбросов комбинатов и имеющие максимальные средние значения вблизи комбината. Исключением также являются и Zn и Мо, которые увеличивают свои концентрации в атмосферных осадках с удалением от комбината, но этот факт связан, скорее всего, с геохимическим поведением этих элементов, чем с атмосферными выбросами комбината.

Более чем шестидесятилетняя деятельность горнопромышленного и металлургического комплекса Мончегорского района, сопровождающаяся поступлением больших объемов атмосферных выбросов и сточных вод в водоемы привела к изменению ряда гидрохимических параметров водоемов, особенно в местах сброса сточных вод.

Поверхностные воды Мончегорского района, как и всего Кольского полуострова и оз. Имандра в частности, в природном состоянии относились к классу гидрокарбонатов. Многолетнее поступление сточных вод и возросшая аэротехногенная нагрузка привели к изменению соотношения ионов — вода отстойника ГМК СН, рек Нюдуай и Малевый в настоящее время соответствует классу сульфатов (по классификации О.А. Алекина). В воде отстойника ГМК СН и р. Нюдуай, которые принимают сточные воды комбината доля S042' составляет примерно 75% от общего содержания анионов, а в руч. Малевый, водосбор которого находится в зоне влияния атмосферных выбросов комбината, на долю SO42' приходится более 50% от общего содержания анионов. Максимальные содержания анионов в воде руч. Малевого, а в большей степени отстойника ГМК СН и р. Нюдуай, отмечены зимой, а минимальные содержания зафиксированы в период половодья. Минимальные концентрации анионов в р. Монча (в истоке и устье) зафиксированы также в период половодья, но колебания в целом по сезонам отмечаются менее заметно, вероятно, вследствие того, что р. Монча вытекает из довольно крупного оз. Мончеозера с большим объемом воды (общая площадь озера 38.6 км2), и, следовательно, обладающим большой буферной емкостью ко всем сезонным изменениям.

Сопоставление содержания основных катионов в воде Мончегорского полигона показывает, что в водных объектах, являющихся приемниками сточных вод комбината (отстойник и р. Нюдуай), преобладающим катионом является Na+, на долю которого приходится более 90% от общего содержания катионов. На втором месте в этих водных объектах находится вообще нехарактерный для природного состава вод К+, затем Mg2+ и Са2+. Четкая, выявленная ранее для анионов, сезонная динамика гидрохимического режима отмечена в этих водных объектах для Na+, менее четкая для К+. Для Са2+ и Mg2+ гидрохимический режим отличается от всех ранее описанных главных ионов — минимальные значения отмечаются в зимнюю межень, что, вероятно, может быть связано с тем, что количество пылевых выбросов ГМК СН зимой резко снижается, и они не достигают поверхности отстойника и р. Нюдуай. Во всех других водных объектах (р. Монча, руч. Малевый, оз. Сопчъявр) отмечается другой ряд главных катионов — на первом месте Са2+, затем Mg2+, Na+, и с большим отрывом от первых трех, содержание которых отличается незначительно, стоит К+. То есть, водные объекты, не получающие прямые стоки промышленного производства комбината, а испытывающие аэротехногенную нагрузку, сохраняют природный ряд основных катионов, но их содержание немного увеличивается.

Водородный показатель поверхностных вод Мончегорского полигона в природном состоянии изменялся от 6.4 до 7.2. В результате влияния промышленных стоков и поступления значительного количества щелочных металлов, а главным образом ионов угольной кислоты, водородный показатель водных объектов — приемников сточных вод (отстойник и р. Нюдуай) увеличился более чем на 2 единицы по сравнению с природными значениями. С увеличением содержания НСОз* происходит рост значений рН поверхностных вод Мончегорского полигона. Воды других водных объектов Мончегорского полигона (р. Монча, руч. Малевый, оз. Сопчъявр) имеют значения рН примерно равные природным значениям, ненамного, буквально на первые десятые доли единицы, превышая их.

Поступление сточных вод ГМК СН привело поверхностные воды к минерализации, которая по классификации О. А. Алекина относится к солоноватым водам (максимальная минерализация 7.2 г/л в отстойнике комбината). Минерализация воды в р. Нюдуай немного меньше, но в ней отмечены значения минерализации, по которым воду можно отнести к солоноватым. На р. Нюдуай в половодье 2001 г. отмечено только одно значение минерализации (0.7 г/л), по которому воду можно отнести к пресным. Гидрохимический режим минерализации отстойника и р. Нюдуай показывает значительную зависимость ее от сезонов годанаибольшие значения минерализации отмечены в зимнюю межень, а минимальные значения — в пик весеннего половодья, когда более пресные талые воды с территории водосбора поступают в эти водные объекты. В других водных объектах Мончегорского полигона, испытывающих только аэротехногенное воздействие, эти сезонные зависимости минерализации выражены слабее, хотя снижение минерализации также отмечается в период весеннего половодья, как, например, в руч. Малевом. Средние значения минерализации в этих водоемах незначительно больше природных значений. Наибольшее увеличение отмечено для воды р. Малевого (почти в 2 раза до среднего значения 52 мг/л), водосбор которого расположен наиболее близко к ГМК СН.

Ni и Си, наряду с SO42″, являются одними из главных компонентов сточных вод медно-никелевого комбината. Сточные воды этого предприятия поступают в отстойник комбината, далее в р. Нюдуай, а затем в губу Монче, расположенную в северной части плеса Большая Имандра оз. Имандра. Поэтому наибольшие концентрации Ni и Си (превышающие условно-фоновые значения на 2−3 порядка) и практически всех микроэлементов отмечены именно в отстойнике комбината и р. Нюдуай. Гидрохимический режим Ni и других тяжелых металлов в отстойнике комбината также подвержен сезонным колебаниям — минимальные содержания отмечаются во время весеннего половодья, а максимальные в конце зимней межени. В р. Монча, руч. Малевом и оз. Сопчъявр также наблюдаются сезонные вариации содержания тяжелых металлов — в весеннее половодье и летнюю межень происходит снижение концентраций, а зимой происходит увеличение концентраций. В оз. Сопчъявр, расположенном вблизи промышленной площадки комбината, но загрязняемым только аэротехногенным путем, в течение зимы 2001;2002 гг. отмечаются высокие концентрации Ni, превышающие условно-фоновые на 2 порядка, а весной и летом происходит некоторое снижение концентраций. В руч. Малевом, водосбор которого интенсивно подвергается аэротехногенному загрязнению, концентрации Ni также больше условно-фоновых на 2 порядка. Максимальное содержание Ni в истоке р. Монча (280 мкг/л) отмечено в феврале 2002 г. Средние концентрации Ni и других тяжелых металлов в р. Монче значительно меньше, чем в других водных объектах, но и они превышают более чем на порядок условно-фоновые содержания.

Анализ временной и территориальной динамики гидрохимических параметров водных объектов Мончегорского полигона позволил выявить основные направления изменения качества воды под влиянием стоков и атмосферных выбросов горно-металлургического предприятия. Большое количество минеральных солей, содержащихся в стоках и атмосферных выбросах увеличило минерализацию воды водоемов, изменило соотношение ионов таким образом, что превалируют техногенно-привнесенные SO42' и Na+. Влияние сточных вод металлургических предприятий, дополнительно к перечисленному, привело к увеличению содержания в водоеме токсичных микроэлементов Ni и Си.

Сопоставление отдельных параметров химического состава вод с принятыми в России и в других странах стандартами показывает, что качество воды оз. Мончеозера соответствует существующим требованиям к таковому в источниках водоснабжения. Однако следует учитывать, что поведение и миграционная способность элементов, а также их токсические свойства в водоемах Крайнего Севера отличаются от таковых в водоемах других регионов. Негативное комплексное влияние ряда элементов при низком насыщении вод Са2+ многократно усиливается, что не предусматривается ГОСТом.