Деятельность предприятия вызывает образование значительных объемов отходов в жидкой фазе. В результате намыва жидких отходов формируются гидрогеохимические ореолы и потоки загрязнения.
Гидрогеохимическими ореолами загрязнения являются области распространения подземных и поверхностных вод с многократно повышенными по сравнению с фоновыми концентрациями микро- и макроэлементов, формирующиеся в результате сбросов в поверхностные и подземные воды сточных и карьерных вод, а также образующиеся за счет растворения и выноса химических элементов и соединений из минеральных отходов добычи и переработки полезных ископаемых.
Гидрохимическими потоками загрязнения являются участки линейной формы, с многократно повышенными по сравнению с фоновыми концентрациями микро- и макроэлементов в подземных и поверхностных водах.
Вследствие плохой изоляции дна стенок хранилищ жидких отходов происходит инфильтрация сточных вод и миграция загрязненных вод за пределы хвостохранилища. Аналогичная картина наблюдается и при распространении загрязнения в подземных водах вследствие выщелачивания и растворения твердых отходов атмосферными осадками и их инфильтрации в подземные воды. В рассмотренных случаях контуром гидрогеохимических ореолов загрязнения служит изолиния со значением коэффициента суммарного загрязнения, равным единице. Потоки загрязнения совпадают с контуром реки в местах ее загрязнения.
Для оценки контрастности гидрогеохимических ореолов и потоков по ряду загрязняющих компонентов применяются коэффициенты контрастности загрязнения, рассчитанные относительно значений ПДК (КПДК - коэффициент контрастности относительно ПДК) и фоновых концентраций загрязняющих компонентов (КФ - коэффициент контрастности относительно фона):
К АПДК=СА/ПДКА (1)
КАФ= СА/ САФ (2)
где СА- концентрация компонента А в загрязненных водах, мг/л; ПДКА- предельно допустимая концентрация компонента А, мг/л, мг-экв./л; САФ- фоновая концентрация компонента А, мг/л, мг-экв./л.
Под фоновыми содержаниями химических элементов или соединений в горной породе понимаются их среднестатистические содержания в отложениях для рассматриваемого района.
Оценка степени загрязнения подземных и поверхностных вод производится по суммарному коэффициенту загрязнения вод:
Техногенные гидрогеохимические ореолы и потоки разделяются по степени контрастности на:
- сильноконтрастные при К ПДК > 10,
- контрастные - 3 < К ПДК < 10,
- слабоконтрастные 1 < К ПДК < 3.
Формирование гидрогеохимических ореолов загрязнения связано со следующими факторами:
1. Утечками сточных вод с территории хвостового хозяйства, вследствие плохой изоляции дна и стенок хвостохранилищ;
2. Утечками сточных вод из шламонакопителя ПКОФ;
3. Выщелачивание и растворение твердых отходов атмосферными осадками и их инфильтрация в подземные воды.
На территории хвостового хозяйства формируется три типа техногенных гидрогеохимических ореолов, различающихся по составу загрязняющих компонентов и контрастности загрязнения:
1.В районе хвостохранилища 3, куда складируются отходы рудопромывки;
2. На участках занимаемых старыми хвостохранилищами 1,2;
3.В районе хвостохранилищ 4,6, илохранилища, куда ведется намыв отходов флотационной обогатительной фабрики.
На участке инфильтрации сточных вод из шламонакопителя ПКОФ формируется наиболее контрастный техногенный гидрогеохимический ореол. Рассматриваемый ореол является сильноконтрастным по содержанию органических соединений, контрастным по фторидам, фосфатам, сульфатам, хлоридам, общей жесткости, минерализации. Протяженность ореола по содержанию органических соединений достигает 1100 м, сульфатов общей минерализации - 750 м, фосфатов, фторидов, хлоридов – 300-450 м. Продвижение фронта загрязнения по органическим соединениям 5,8 м/год.
Формирование гидрогеохимических ореолов загрязнения на территориях сельскохозяйственного освоения с нанесением искусственных глауконитовых почв связано с процессами выветривания глауконитовых пород и инфильтрацией через них атмосферных осадков. Специфика рассматриваемого техногенного ореола заключается в составе загрязняющих компонентов, которыми являются фосфаты, фторида. Площади техногенных ореолов в районах сельскохозяйственного освоения отвалов карьеров значительны (до 450 га) при низкой контрастности загрязнения
(К ПДК = 1,2-1,7). Ширина зоны техногенных изменений состава грунтовых вод невелика: 40-50 м для фторидов и сульфатов, 65-70 м - для фосфатов.
Гидрогеохимические потоки загрязнения на территории Натынского водосбора подразделяются на:
1. Кратковременные, образующиеся во время сильных ливней и снеготаяния на участках хвостового хозяйства и отвалов (территориально и по составу совпадают с техногенными ореолами, загрязнения имеют более низкую контрастность);
2. Поток, связанный с перемещением пульпы из хвостохранилщ через серию отстойников в накопитель оборотной воды (по составу близок к дренажным водам хвостохранилищ);
3. Потоки карьерных вод;
4. Река Натынка - местный водосбор.
Карьерные воды образуются вследствие разгрузки подземных и атмосферных вод в дренажные канавы. Образование слабоконтрастных техногенных гидрогеохимических потоков карьерных вод связано с выветриванием фосфоритов, пласты которых при разработке месторождения оказываются на поверхности и подвергаются рыхлению. В результате гипергенных преобразований из фосфоритовых пластов вымываются подземными и атмосферными водами фосфаты, фториды, кальций. Карьерные воды сбрасываются в р.Натынку.
С 1972 по 1991 г. произошло значительное снижение величины рН с 6,5 до 3,45, более чем в 15 раз повысилась концентрация сульфатов, увеличились концентрации фосфатов, фторидов, ионов кальция. Техногенный гидрохимический поток в истоке контрастен по фосфатам, фторидам, сульфатам, общей жесткости.
В 1,5 км ниже по течению реки осуществляется сброс вод карьера 7. В результате смешения речных и карьерных вод происходит изменение кислотно-щелочной обстановки и выпадение карбоната и фторида кальция в твердую фазу.
Другим участком загрязнения речных вод является участок при впадении притока с территории ПКОФ. Происходит повышение контрастности гидрохимического потока в р.Натынке по фосфатам, сульфатам, хлоридам, органическим соединениям. Вследствие увеличения рН речных вод, повышается насыщенность речных вод карбонатом кальция.
После разгрузки в реку более кислых загрязненных подземных вод с территории хвостохранилища 4 и илохранилища (рН подземных вод 6,8-7,2), карбонат кальция осаждается. В гидрохимическом потоке повышается контрастность но фторидам, общей жесткости, нефтепродуктам.
Некоторое повышение насыщенности речных вод фторидом кальция наблюдается после впадения в реку ручья со стороны рудомойки. Повышается контрастность гидрохимического потока по фосфатам и общей жесткости, для остальных компонентов значительных изменений не происходит.
Дренажные воды хвостохранилища (14) гидрокарбонатно-хлоридно-сульфатные кальциевые с повышенными содержаниями фосфатов (15 мг/л), органических веществ (150 мг/л). Сульфаты, фториды, фосфаты, кальций попадают в сточные воды за счёт растворения руды, которая подвергается при рудопромывке дроблению и грохочению. Высокие содержания органических веществ (солей смоляных и жирных кислот) объясняются использованием для рудопромывки оборотных вод, загрязненных флотационными реагентами. Для наблюдения за изменением состава грунтовых вод, загрязненных дренажными стоками хвостохранилища 14, юго-западнее хвостохранилища был оборудован гидрорежимный створ, две скважины которого были оборудованы фильтрами на флювиогляционные отложения, а две – на мел-неогеновые пески.
Основными загрязняющими грунтовые воды компонентами на рассмотренном участке являются соли смоляных и жирных кислот, фосфаты, сульфаты, железо. Утечки из старых хвостохранилищ невелики вследствие их заиления. Состав их дренажных вод приблизительно соответствует двукратно разбавленным дренажным водам действующего хвостохранилища 14. Процессы разбавления идут неравномерно: по фосфатам, сульфатам, кальцию разбавление идёт значительно медленнее, чем по другим компонентам, т.к. фосфаты, сульфаты и кальций попадают в дренажные воды старых хвостохранилищ за счёт растворения инфильтрационными водами выветренных техногенных пород.
На участках инфильтрации сточных вод флотационной фабрики в перечень основных загрязняющих компонентов добавляются нефтепродукты. Загрязнение органическими соединениями сточных вод связано с флотореагентами. Наибольшую опасность для загрязнения природных вод представляет фильтрация сточных вод из хвостохранилища флотации и илохранилища, расположенных на берегу, в р. Натынку. В местах разгрузки загрязненных вод в реку состав речных вод практически адекватен составу дренажных вод. Концентрации основных загрязняющих компонентов приведены в табл.2.
Наиболее контрастное загрязнение подземных вод наблюдается в районе шламонакопителя ПКОФ (2), дренажные воды которого по составу сульфатно-хлоридные кальциево-натриевые с высокой концентрацией органических веществ, фосфатов, фторидов. Вследствие утечек дренажных вод из шламонакопителя происходит загрязнение надъюрского водоносного горизонта в районе д.Осташевка, жители которой водоснабжаются из грунтовых вод. Так, содержание солей смоляных кислот в колодце, расположенном на расстоянии 700 м от шламонакопителя превысило ПДК в 15 раз, также наблюдается превышение ПДК по общей жёсткости, фторидам и сульфатам.
Таблица 2. Концентрация загрязняющих компонентов в подземных и поверхностных водах, их фоновые значения, ПДК, мг/л.
| Место отбора проб | 
| 
| 
| 
| 
| 
| Соляровое масло | Соли смоляных кислот | ОЖ |
| ПДК | Общ. | Жест. | 1,5 | 3,5 | 0,05 | ||||
| Фоновые воды | 7,4 | 9,7 | 0,85 | 0,1 | 0,0001 | 0,01 | 3,91 | ||
| Хвостохранилища: | |||||||||
| Флотации | 8,2 | 3,5 | 45,58 | ||||||
| Рудопромывки | 9,2 | 0,5 | 49,75 | ||||||
| Старые | 0,001 | 27,25 | |||||||
| Скважины: | |||||||||
| 8,8 | 1,1 | 49,58 | |||||||
| 4,3 | 5,4 | 0,1 | 25,4 | 39,25 | |||||
| 2,7 | 2,9 | 0,01 | 3,7 | 27,25 | |||||
| 1,8 | 1,5 | 0,005 | 1,5 | 21,33 | |||||
| 1,2 | 0,7 | 0,001 | 0,5 | 16,25 | |||||
| 1,5 | 2,5 | 0,005 | 13,5 | ||||||
| 3,5 | 1,2 | 0,5 | 29,5 | ||||||
| 1,5 | 1,7 | 0,05 | 14,67 | ||||||
| 2,2 | 3,5 | 0,005 | 25,75 | ||||||
| Хвостранилище ПКОФ | 0,01 | 86,58 | |||||||
| Скважины: 10,10а,10б | 1,4 | 6,5 | 0,005 | 26,17 | |||||
| Скважина 11 | 6,3 | 0,005 | 52,25 | ||||||
| Колодец, скважина 12 | 2,2 | 3,2 | 0,005 | 25,08 |
Примечание: Суммарное негативное влияние ионов Ca2+ и Mg2+ определяется общей жесткостью, ПДКож=7мг-экв./л. Общая жесткость рассчитывается по формул:
ОЖ=Cca2+/20+CMg2+/12 (4)
Таблица 3. Коэффициенты контрастности и суммарного загрязнения гидрогеохимических ореолов и потоков.
| Место отбора проб |
|
|
|
| Соляровое масло | Соли смол. кислот | ОЖ | 
|
| Хвостохранилища: | ||||||||
| Флотации | 1,64 | 2,11 | 5,47 | 2,86 | 6,51 | 263,59 | ||
| 77,7 | 7,48 | 9,65 | 11,66 | |||||
| Рудопромывки | 1,03 | 2,29 | 6,13 | 4,29 | 7,11 | 105,84 | ||
| 48,65 | 8,12 | 10,82 | 12,73 | |||||
| Старые | 0,71 | 1,35 | 2,67 | 2,29 | 0,02 | 3,89 | 38,93 | |
| 33,78 | 4,79 | 4,71 | 6,97 | |||||
| Скважины: | ||||||||
| 1,14 | 2,14 | 5,87 | 3,43 | 7,08 | 181,66 | |||
| 54,05 | 7,59 | 10,35 | 12,69 | |||||
| 0,57 | 1,39 | 2,87 | 1,54 | 12,7 | 5,61 | 26,68 | ||
| 27,03 | 4,93 | 5,06 | 10,04 | |||||
| 0,34 | 1,15 | 1,8 | 0,83 | 0,2 | 1,85 | 3,89 | 10,06 | |
| 16,22 | 4,08 | 3,18 | 6,97 | |||||
| 0,21 | 0,83 | 1,2 | 0,43 | 0,1 | 0,75 | 3,05 | 6,57 | |
| 10,14 | 2,94 | 2,12 | 5,46 | |||||
| 0,13 | 0,69 | 0,8 | 0,2 | 0,02 | 0,25 | 2,32 | 4,41 | |
| 6,08 | 2,45 | 1,41 | 4,16 | |||||
| 0,2 | 0,49 | 0,71 | 0,1 | 12,5 | 1,93 | 16,93 | ||
| 9,46 | 1,74 | 1,76 | 3,45 | |||||
| 0,63 | 1,37 | 2,33 | 0,34 | 4,21 | 52,89 | |||
| 29,73 | 4,86 | 4,12 | 7,55 | |||||
| 0,21 | 0,63 | 0,49 | 2,1 | 20,43 | ||||
| 10,14 | 2,23 | 4,12 | 7,55 | |||||
| 0,34 | 1,15 | 1,47 | 0,1 | 12,5 | 3,68 | 20,24 | ||
| 16,22 | 4,08 | 2,59 | 6,59 | |||||
| Хвостохранилище ПКОФ | 3,19 | 7,35 | 9,33 | 5,14 | 0,2 | 12,37 | 237,58 | |
| 150,68 | 26,06 | 16,47 | 22,15 | |||||
| Скважины: 10,10а,10б | 0,71 | 1,17 | 0,93 | 1,86 | 0,1 | 3,74 | 13,51 | |
| 33,78 | 4,15 | 1,65 | 6,7 | |||||
| Скважина 11 | 1,53 | 3,23 | 3,33 | 1,8 | 0,1 | 7,46 | 107,46 | |
| 72,3 | 11,45 | 5,88 | 13,37 | |||||
| Колодец, скважина 12 | 0,86 | 1,47 | 1,47 | 0,91 | 0,1 | 3,58 | 23,4 | |
| 40,81 | 5,21 | 2,59 | 6,42 |
Примечание: В числителе коэффициенты контрастности относительно ПДК, в знаменателе-относительно фона.
При попадании сточных вод в природный ландшафт для них изменяются кислотно-щелочные и кислотно-восстановительные условия. В результате этого, у некоторых загрязняющих веществ, происходит резкое снижение миграционных способностей за счёт их осаждения. Процессы осаждения трудно растворимых веществ типа MezXy описываются уравнением вида:
zMey+ + yXz– 
MezXy 
Возможность прохождения процесса определяется насыщенностью r вод соединением MezXy: при r < 1 – раствор недонасыщен MezXy, при r = 1 – наблюдается равновесие между жидкой и твёрдой фазой, а при r > 1 – раствор перенасыщен MezXy и происходит осаждение его из раствора.
Миграция вещества в водной фазе осуществляется в результате конвекции и диффузии.
Сточные воды на территории промышленного комплекса перенасыщены фторидом кальция и карбонатом кальция. Эти вещества сразу же выпадает в осадок и практически не мигрирует. Насыщенность вод гидрофосфатом кальция в хвостохранилище флотации равна 0,67, а в хвостохранилище рудопромывки - 1,2. В первом случае сточные воды недонасыщены CaHPO4, а во втором перенасыщены. Практически наблюдается равновесие между жидкой и твердой фазами. Соответственно, CaHPO4 практически не осаждается из раствора и плохо мигрирует в составе вод.