Шахтные воды. 
Оценка качества воды водоемов рыбохозяйственного назначения

На большинстве шахт эти воды представляют собой подпочвенные грунтовые воды, а при добыче угля гидравлическим способом — поверхностные воды. В том и другом случае в их составе имеется много взвесей (глина, песок, остатки угля и другие примеси), а также растворимых ссечен и составляющих их ионов (сульфаты, хлориды, гидрокарбонаты, медь, свинец, алюминий, железо и др.). По данным ряда авторов, содержание взвешенных веществ, достигает порой 2000;4500 мг/л, а минеральных солей — 8000 мг/л и даже 13 500 и 54 000 мг/л. Реакция этих вод обычно кислая или щелочная, иногда нейтральная. В них содержится большое количество бактерий. Откачивают шахтные воды в водоёмы обычно периодически по несколько раз в сутки.

Под их влиянием сильно возрастает мутность поды, иногда она приобретает неприятные привкусы (угольный и др.) и тёмную окраску Мутность может возрастать за счёт не только взвесей, но и продуктов окисления и гидролиза солей железа, марганца, алюминия, приносимых в водоём с шахтными водами. Вследствие окислительных процессов снижается содержание в воде кислорода, увеличивается концентрация ионов, в основном сульфатных, возрастает минерализация, изменяется реакция среды. Под влиянием кислых шахтных вод снижается не только pH воды, но и карбонатная буферность. В грунтах накапливаются металлы, что является источником вторичного загрязнения водоёмов и может оказать отрицательное влияние на ход биохимических процессов. С шахтными водами порой вносится большое количество металлов (железо, свинец, алюминий и др.), оказывающих прямое токсическое действие, на рыб и другие водные организмы.

Все это свидетельствует о том, что данные воды не могут быть допущены к сбросу в рыбохозяйственные водоёмы или он может быть разрешён только после их очистки от всех вредных веществ. Наиболее целесообразно накапливать в прудах-накопителях достаточной площади щелочные и кислотные шахтные воды соседних шахт, а также поверхностные волы для их разбавления. Это будет способствовать не только нейтрализации стоков, но и уменьшению общей минерализации и концентраций железа, марганца, алюминия и других металлов, После отстоя осветленные воды можно использовать в оборот, а при достаточном разведении поверхностными водами — на нужды сельского хозяйства.

Сточные воды предприятий цветной металлургии разнообразны как по химическому составу, так и по количеству. К этой группе сточных вод относятся: шахтные (рудничные) воды, выкачиваемые из рудников; сточные поды от обогатительных фабрик; сточные воды от заводов обработки цветных металлов. Нередко предприятия по добыче и переработке руд организуются в комбинаты. Близки к этой группе сточных вод по своему составу стоки машиностроительных заводов, гальванических и электрохимических цехов.

Основными загрязняющими компонентами сточных вод этой промышленности являются грубодисперсные примеси, взвешенные вещества, а также кислоты, флотореагенты, используемые при флотационном обогащении руд, ионы тяжёлых металлов и других элементов, сопутствующих им в рудах: мышьяка, кадмия, бария и т. п. Основными флоторсагентами являются ксантогенат, нефтепродукты, цианиды, крезолы, фенолы. Кроме них используются сосновое масло, сланцевая смола, дитиофосфат, нафтеновая, олеиновая и серная кислоты, жидкое стекло, сернистый натрий, сульфат натрия, цинковый и медный купорос, кальцинированная сода, известь и др.

Цветная металлургия потребляет огромное количество воды, которое систематически возрастает.

Рудничные воды большей частью не имеют запаха и окраски и содержат много взвесей и растворённых солей. Реакция их чаще всего кислая, прозрачность низкая. Количество тяжёлых металлов в стоках достигает сотен, а в отдельных случаях тысяч миллиграммов на 1 л.

В зависимости от местоположения шахт, то есть от преобладания тех или иных пород, состав шахтных вод может значительно изменяться. Сильно колеблется и количество образующихся вод — от 1,5 до 10,5 и даже до 10 тыс. м³ в сутки.

Сточные воды обогатительных фабрик и предприятий, перерабатывающих цветные металлы, также сильно загрязнены взвешенными и растворёнными минеральными веществами.

Специфические загрязнители — флотореагенты и цветные металлы. Количество их, так же как и взвешенных веществ, значительно снижается при фильтровании и отстаивании. Это свидетельство того, что тяжёлые металлы присутствуют в стоках не только в истинно растворённом (ионной форме), но и в коллоидальном состоянии и в твёрдой фазе. К коллоидальной форме относятся и псевдоколлоиды.

Содержание флотореагентов в сточных водах разных предприятий колеблется весьма значительно. Это зависит от состава флотируемых руд. По этой причине применяются и разные флотореагенты. Наличие в стоках флотореагентов органического происхождения обусловливает их повышенную окислясмость. Понижение окисляемости сточных вод после отстоя в хранилищах свидетельствует о том, что основная масса окисляющихся веществ сорбирована на твёрдой фазе стоков, которая оседает при отстаивании.

Количество сточных вод, образующихся на разных предприятиях цветной металлургии, зависит не только от мощности предприятия, но и от количества воды, потребляемой на единицу перерабатываемой руды. Так, на свинцово-цинковых обогатительных фабриках на 1 т руды расходуется от 5 до 13 м³ воды (в среднем 6,7 м³), на медноникелевых — в среднем 4,1 м³, меднорудных — 3,9 м³, на никелевых — 4,1 м³ и т. д. Поэтому общее количество сточных вод колеблется от 1000−1100 до 90 тыс. м³ в сутки и даже больше.

Сброс сточных вод предприятий цветной металлургии сильно загрязняет водоёмы. Под их влиянием изменяется pH воды и появляются запахи флотореагентов, в сотни и даже в тысячи раз увеличивается содержание взвешенных веществ, происходит отложение их на дне водоёмов, что приводит к образованию вторичных очагов загрязнения. Сильно увеличивается минерализация воды, несколько снижается содержание в ней кислорода, а ниже сброса шахтных вод возрастает бактериальная загрязнённость воды. В воде появляются сероводород, сульфиды, цианистые и роданистые соединения, а также различные ионы металлов (железа, меди, свинца, цинка и т. д.) и флоторсагснты (крезол, фенол, ксантогснат и др.), оказывающие токсическое влияние на гидробионтов.

Стоки предприятий редкометаллической промышленности сильно повышают цветность воды, придают ей землистый запах, прозрачность воды снижается иногда до нуля, повышается содержание аммиака до 8−30 мг/л, фторидов до 4—13 мг/л. Под влиянием сточных вод предприятий цветной металлургии особенно значительно повышается в воде содержание металлов. В воде реки, куда сбрасываются сточные воды комбината, общее количество иона никеля колебалось от 3,2 до 13,3 мг/л, а иногда достигало 38,0−49,9 мг/л (среднее содержание 11,3 мг/л). Колебания в содержании кобальта и меди не были такими резкими: количество иона кобальта колебалось от 0,05 до 0,24 мг/л, меди — от 0,1384 до 0,804 мг/л, а в отдельных анализах составило 1,06 и 2,912 мг/л.

В воде озера, куда поступают стоки от обогатительной фабрики, содержание никеля систематически возрастало. Вода зимой и летом имела щелочную реакцию (pH 8,3−8,9), неприятный вкус и запах, высокую минерализацию (до 500 мг/л), прозрачность, нс превышающую 0,5 м (по белому диску). На газовый режим стоки почти не оказывают влияния. Насыщение воды кислородом даже зимой не падало ниже 80%. Однако жизнь в озере отсутствовала. Рыба, посаженная в садки, погибала. В реке живые организмы также не найдены, хотя в прошлом она была рыбохозяйственным водоёмом.

Тяжёлые металлы находились в воде в разных формах, но на загрязняемых участках преобладала ионная форма. Ионы, несущие положительный заряд, составляли около 80% от общего содержания металлов в воде. В кислых сточных водах 90% и более металлов также находилось в ионной форме.

По мере продвижения сточных вод в глубь водоёмов и перемешивания их с водой уменьшается общая концентрация тяжёлых металлов и других загрязнителей постепенно снижается процентное содержание положительно заряженных ионов металлов, повышается содержание ионов, имеющих отрицательный заряд, и комплексных молекул. Наблюдается также снижение коллоидной и псевдоколлоидной форм в результате постепенного осаждения металлов на дно водоёма.

Жизнедеятельность рыб и ход процессов самоочищения протекают нормально только при содержании в воде иона никеля ниже 0,2 мг/л. Однако, нормальное развитие икры рыб наблюдается только при содержании 0,05, а дафний 0,01 мг/л Ni² Последняя концентрация принята за ПДК для рыбохозяйственных водоёмов.

Содержание иона кобальта нс оказывает отрицательного влияния на рыб, их икру, микроорганизмы только при концентрации ниже 0,05 мг/л, а на жизнедеятельность и развитие представителей планктона — при концентрации 0,01−0,02 мг/л ПДК его принято равным 0,01 мг/л Со²*.

Содержание меди в воде выше 0,6 мг/л Си²⁺ вызывает гибель большинства водных организмов. Концентрация 0,05 мг/л Си²⁺ и ниже не оказывает отрицательного влияния па развитие микроорганизмов и ход процессов самоочищения. Рыбы (карпы) при этой концентрации выживают в течение 5−6 месяцев, но теряют в весе, и у них нарушается газообмен. Нормальная жизнедеятельность рыб и развитие икры протекают только при концентрации иона меди 0,01 мг/л. Эта концентрация предельна и для представителей планктона. Она принята за ПДК.

Исследования показали, что воздействие тяжёлых металлов на разные водные организмы и на их развитие неодинаково. Наиболее чувствительны к ним представители планктона, наименее — взрослые рыбы. Неодинакова и степень влияния на водные организмы разных форм металлов. Так, положительно заряженные ионы никеля оказывают примерно вдвое более сильное токсическое действие, чем другие его формы. Тяжёлые металлы могут накапливаться в организмах.

Сильное токсическое действие на водные организмы оказывают также растворы полиметаллических руд, содержащие различные цветные металлы. Металлы, входящие в их состав, могут накапливаться в гйдробионтах в количествах, значительно превышающих содержание их в растворах. Водоросли способны накапливать медь, свинец, цинк, олово, серебро, мышьяк, кадмий в 200 000 раз больше, чем концентрация этих металлов в растворе руды. Накопление находится в прямой зависимости от концентрации металлов, что нарушает естественный ход биохимических процессов в клетках и может привести к нежелательным последствиям в жизни организма и вида. Руда, а также медистая окись цинка и сульфид цинка в концентрациях 5−10 мг/л оказывают токсическое действие на синтез и содержание кислоторастворимых фосфорных соединений зелёных водорослей. У них нарушается обмен веществ, так как указанные фосфорные соединения являются исходным материалом для построения нуклеиновых кислот, принимающих активное участие в синтезе и метаболизме важнейших компонентов клетки — белков, углеводов, липоидов.

Полимикроудобрение (ПМУ) и цинковый кек при содержании в растворах выше 2,0 мг/л токсичны для рыб (карпы). Они вызывают изменение содержания Mn, Си, Fe, Pb и А1 в коже, мышцах и скелете рыб, интенсивности дыхания и снижают количество белка в сыворотке крови рыб.

Из приведённых примеров видно, что сброс сточных вод, содержащих тяжёлые металлы и микроэлементы полиметаллических руд, оказывает сильное отрицательное влияние на флору и фауну водоёмов и наносит большой материальный ущерб рыбному хозяйству.

Сброс сточных вод предприятий цветной металлургии в водоёмы без очистки и обезвреживания нс может быть допущен.

Очень важным методом предотвращения загрязнения водоёмов является перевод обогатительных фабрик и предприятий, перерабатывающих цветные металлы, на оборотный цикл водоснабжения. Важно также использование этих сточных вод в сельском хозяйстве при соблюдении некоторых условий. Установлено, например, что содержание кобальта и вольфрама в сточных водах до 10 мг/л каждого не препятствует использованию таких сточных вод на земледельческих полях, если pH их не ниже 6. Сточные воды рудообогатительных фабрик, содержащие медь, цинк, свинец, после отстоя в хранилищах могут быть использованы в сельском хозяйстве для орошения земельных угодий при условии, что содержание в них меди не превышает 0,2 мг/л, цинка 0,35 мг/л и свинца 0,32 мг/л. Желательно двукратное разведение их чистой водой.