WWW.DISUS.RU

БЕСПЛАТНАЯ НАУЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Методические основы системы комплексного экологического мониторинга промышленной площадки медеплавильного комбината ( на примере оао святогор)

На правах рукописи

Бичукина Ирина Альбертовна

МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИСТЕМЫ

КОМПЛЕКСНОГО ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

ПРОМЫШЛЕННОЙ ПЛОЩАДКИ

МЕДЕПЛАВИЛЬНОГО КОМБИНАТА

( НА ПРИМЕРЕ ОАО «СВЯТОГОР»)

Специальность 25.00.36 –“ Геоэкология”

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертация на соискание ученой степени

кандидата геолого-минералогических наук

ЕКАТЕРИНБУРГ – 2008

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Научный руководитель - кандидат геолого-минералогических наук, доцент Л.П. Парфенова

Официальные оппоненты :

доктор технических наук, профессор Рыбаков Юрий Сергеевич;

кандидат геолого-минералогических наук Широков Михаил Юрьевич

Ведущая организация-

Открытое акционерное общество «Уральская геолого-съемочная экспедиция»

Защита диссертации состоится « 30 » декабря 2008 года в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 212.280.01 при ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» по адресу: 620144, г.Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30, (III уч. корпус, ауд. 3326).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уральского государственного горного университета.

Автореферат разослан «28» ноября 2008 года

Ученый секретарь диссертационного совета А. Б Макаров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Для большинства предприятий, имеющих в пределах промышленной площадки значительное количество стационарных и передвижных источников выбросов, выпусков сточных вод, мест временного хранения и хранилищ отходов, накопителей промышленных отходов, рекомендуется разработка проекта мониторинга как документа, регламентирующего порядок функционирования системы регулярных наблюдений, оценки и прогноза состояния окружающей среды для принятия управленческих решений, направленных на минимизацию отрицательного воздействия на природную среду.

Проект мониторинга представляет собой документ, разделами которого являются локальные, обособленные программы по мониторингу отдельных сред, которые не могут в полной мере обеспечить решение основной задачи - оценки комплексного воздействия источников, сосредоточенных компактно, расположенных на единой промышленной площадке и имеющих совместное, неоднозначное и неравнозначное воздействие на комплекс объектов окружающей среды в зоне влияния предприятия. Такой подход не обеспечивает комплексности мониторинговых наблюдений, не учитывает особенностей мест расположения источников и самого предприятия, а традиционное выделение отдельных объектов и сред не позволяет получить достоверную информацию при ведении мониторинга. Комплексный экологический мониторинг должен включать не только стандартные наблюдения за концентрацией веществ в компонентах экосистемы, но и специальные натурные эксперименты и лабораторные исследования с целью определения потоков веществ между этими компонентами и их изменчивостью в зависимости от влияющих факторов окружающей среды. Только при условии комплексности, единовременности и обоснованной периодичности можно установить причинно-следственные связи между характеристиками экосистемы и использовать их для принятия действенных управленческих решений.

Особой проблемой экологического мониторинга является отсутствие концепции надежности и экологической безопасности хвостохранилищ, реализуемой на основе комплексного системного подхода при соблюдении критериев безопасности и единства причинно-следственных связей технологических приемов эксплуатации и геологической среды. Действующие нормативные документы и правила по безопасной эксплуатации накопителей, определяющие необходимость и требования к ведению мониторинга, являются обязательными при проектировании, строительстве и эксплуатации сооружений. Однако в случае, если проектирование и строительство выполнено по ранее действующим документам, то комплексный мониторинг в ходе эксплуатации конкретного сооружения сложно, а иногда невозможно привести в соответствие с действующими положениями. При этом требования нормативных документов распространяются на все виды накопителей, что не всегда может быть абсолютно применимым и выполнимым для отдельных сооружений.

Актуальность данной задачи и анализ имеющегося опыта обусловили выбор темы диссертационного исследования с детальным изучением существующей ситуации, разработкой и обоснованием системы комплексного мониторинга. В качестве эталонного объекта изучения выбрана промышленная площадка ОАО «Святогор», одного из 45 промышленных предприятий ООО «УГМК-ХОЛДИНГ».

Объектом исследований является промышленная площадка ОАО «Святогор» и компоненты окружающей среды в зоне ее воздействия.

Цель исследований заключается в совершенствовании научно-методических основ разработки и реализации комплексного экологического мониторинга промышленного предприятия - основного методического и методологического документа для оценки уровня его воздействия на компоненты природной среды с целью минимизации этого воздействия в изложении позиции автора по совершенствованию подходов к разработке программ комплексного экологического мониторинга промышленного предприятия.



Задачи исследований определяются целевым назначением научной работы и включают :

-оценку промышленной площадки медеплавильного комбината как источника комплексного воздействия на компоненты природной среды;

-исследование принципов устойчивости каждого из компонентов природной

среды к подобным техногенным воздействиям;

-установление и оценка самоочищающей способности и защитных функций хвостохранилища как антропогенной системы;

-разработку методических приемов для проекта комплексного экологического мониторинга промышленной площади металлургического комбината и ареола ее воздействия (на примере ОАО «Святогор»).

Исходные материалы и методы исследований. Научно-методологической основой диссертационной работы послужили теоретические и практические исследования отечественных ученых по проблемам природопользования и экологического мониторинга.

Информационную базу исследования составили законодательные и нормативные акты Российской Федерации и ее субъекта – Свердловской области, материалы и документы научно-практических конференций и научные разработки российских и иностранных ученых.

Фактическим материалом для обоснования научных положений и выводов послужили собственные результаты полевых и камеральных исследований автора на ОАО «Святогор» ( бывший Красноуральский медеплавильный комбинат), выполненные в 1984-2006 годах, многолетние визуальные и натурные наблюдения, а также участие в научно–исследовательских, изыскательских работах, проводимых в этот период времени ООО НИПЭЦ «Промгидротехника», ФГУП ВИОГЕМ (г. Белгород), УГГГА - УГГУ, СОООО МАНЭБ, ФГУ РосНИИВХ. Большой практический опыт был приобретен автором за время работы в должности начальника отдела экологии и заместителя главного инженера по охране окружающей среды ОАО «Святогор» (ранее Красноуральский медеплавильный комбинат). Автор принимал непосредственное участие практически во всех видах полевых и камеральных работ, в постановке и обработке полученных результатов. Полевые работы включали в себя проведение опытных и режимных исследований на поверхностных и подземных источниках, в пьезометрических створах и наблюдательных скважинах Сорьинского хвостохранища, на источниках выбросов и сбросов загрязняющих веществ, выполнены анализы более 5 000 проб. Кроме того, в процессе работы над диссертацией использовались фондовые материалы, технические архивы ОАО «Святогор», Учалинского горно-обогатительного комбината, Гайского горно-обогатительного комбината.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Площадка промышленного предприятия медеплавильного комбината представляет собой единый источник комплексного воздействия на все компоненты природной среды.

2. Методы оценки масштабов воздействия площадки металлургического промышленного предприятия должны основываться на принципах устойчивости каждого из компонентов природной среды к техногенным воздействиям в сравнении с фоном данной территории.

3. Структура комплексного экологического мониторинга должна учитывать специфические особенности хвостохранилища медеплавильного комбината как антропогенной системы, обладающей наряду с природными объектами защитными функциями.

Научная новизна работы заключается в совершенствовании методики и механизма ведения комплексного экологического мониторинга промышленного предприятия, в рамках которой:

- выполнено обоснование промышленной площадки медеплавильного комбината как единого источника комплексного воздействия на компоненты природной среды;

- оптимизирована схема мониторинговых наблюдений с обеспечением комплексной оценки масштабов воздействия промышленной площадки медеплавильного комбината на компоненты окружающей среды, основанная на принципах устойчивости каждого из них к техногенному воздействию;

- установлено, что антропогенная система хвостохранилища обладает защитными функциями, обеспечивает ограничение загрязнения и позволяет получать контролируемые уровни воздействия на компоненты природной среды на основе выявленных закономерностей изменения качества фильтрационных вод;

- обосновано, что структура комплексного экологического мониторинга должна включать и учитывать специфические особенности гидрохимических систем хвостохранилища;

- на основании научных и практических результатов разработан проект комплексного экологического мониторинга в зоне влияния промышленной площадки медеплавильного комбината.

Практическая значимость работы заключается в том, что предложенная система комплексного мониторинга может являться основой проекта мониторинга для промышленного предприятия как источника комплексного воздействия на компоненты природной среды и использоваться при разработке проектов мониторинга для реальных промышленных предприятий ООО «УГМК-Холдинг».

Методические основы диссертационного исследования могут быть использованы в научно-исследовательских работах по проблемам комплексного экологического мониторинга, в процессе формирования новых подходов к разработке программ (проектов) комплексного экологического мониторинга промышленных предприятий.

Результаты работы реализованы в Проекте экологического мониторинга для ОАО «Святогор», в программе локального мониторинга в зоне влияния промышленной площадки ОАО «Святогор», в проекте мониторинга Сорьинского хвостохранилища ОАО «Святогор».

Апробация работы. Основные положения докладывались на пятом ( 1999 г.), шестом ( 2001 г.), восьмом ( 2005 г.), девятом (2007 г.) международных симпозиумах «Освоение минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях» в г. Белгороде, на международной научно- технической конференции 5-ый форум «Восток- Запад» «Охрана окружающей среды и новые технологии в горнорудной промышленности» г. Люблин, Польша ( 2005 год), на корпоративных совещаниях ООО «УГМК - Холдинг» ( 2003-2008 г.г. ).





Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 157 страницах машинописного текста, содержит 24 рисунков, 16 таблиц, список литературы из 77 наименований.

Публикации. По теме диссертации подготовлено и опубликовано 12 работ.

Автор выражает глубокую благодарность и признательность руководителю, кандидату геолого-минералогических наук, доценту кафедры гидрогеологии, инженерной экологии и геоэкологии Л.П. Парфеновой за большую помощь в выполнении работ, заведующему кафедрой, доктору геолого-минералогических наук, профессору О.Н. Грязнову, доктору геолого- минералогических наук, профессору А.И. Семячкову, а также сотрудникам и преподавателям кафедры ГИГ УГГУ за помощь и поддержку. При выполнении работы автор сотрудничал с Управлением экологической безопасности ООО «УГМК-Холдинг». В подготовке работы использовались информационно-методические материалы ООО НИПЭЦ «Промгидротехника», ФГУП ВИОГЕМ (г. Белгород), ООО «Лотос» (г. Санкт-Петербург), СОООО МАНЭБ, ФГУ РосНИИВХ (г. Екатеринбург). Всем этим организациям и их сотрудникам автор выражает благодарность.

Содержание работы

В первой главе приводится обзор действующей нормативной, законодательной, методической и методологической документации по организации и ведению экологического мониторинга источников негативного воздействия и компонентов окружающей природной среды. Выполнен обзор наиболее значимых и признанных в этой области трудов отечественных и иностранных ученых. Общая теория мониторинга окружающей среды, обоснование и определение основных принципов и связанных с ними понятий развиты в нашей стране в основополагающих работах И.П. Герасимова, Ю.А. Израэля, Ф.Я. Ровинского и других исследователей. Теоретические вопросы по проблемам мониторинга геологической среды и ее компонентов, а также посвященные изучению законов эволюции окружающей среды, обеспечению ее устойчивого развития и сохранения, обоснованию идей комплексного мониторинга изложены в работах А.А. Бондаренко, В.К. Епишина, В.Г. Кондратьева, Г.Л. Коффа, В.А. Королева, В.А. Мироненко, В.Т. Трофимова, А.Л. Чижевского, В.М. Шестакова, В.Н. Экзарьяна, А.Л. Яншина и др.

Во второй главе выполнена оценка основных источников техногенного воздействия промышленной площадки предприятия. Прямая техногенная нагрузка в зоне влияния ОАО «Святогор» на атмосферный воздух, поверхностные и подземные воды, почвы и грунты, растительность обусловлена имеющимися на промышленной площадке:

-180 организованными и 87 неорганизованными источниками выбросов, суммарный валовый выброс 71 загрязняющих веществ которых составляет 58 214,372 тонн/год ( за 2007 год) ;

-двумя выпусками сточных вод в реку Айва ( приток реки Салды) с общим сбросом 937,4 тыс. м3/ год недостаточно очищенных сточных вод;

-четырьмя хранилищами промышленных отходов, суммарная площадь которых составляет 835 га или 72 % общей площади промышленной площадки, общее количество размещенных отходов -59930531 т., складирование образующихся отходов составляет 1567312 т/год для хвостов обогащения, 61703 т/год для шлака (данные на 01.01.2007 г.)

Ранжирование источников выбросов позволяет выделить три источника с высотами труб 100, 105 и 120 м., суммарно выбрасывающими от непрерывно действующего основного производства 57282,125 т/год, или 98,4 % годовых выбросов. Источники выбросов, расположенные на промышленной площадке, характеризуются значительными диапазонами: температур выбросов - от 15 до 380 °С, объемов отходящих газов- от 0,00138 до 61,11 нм3/с, высот источников выбросов- от 1,3 до 120 м, скоростей газо-воздушной смеси -от 0,00488 до 49,515 м /с.

Доля газообразных веществ в валовых выбросах промышленной площадки составляет до 90,92 %, в том числе диоксида серы - до 89,25%. Выбросы твердых веществ составляют до 9,08 % общего объема. В выбросах твердых веществ так же, как в сточных водах и промышленных отходах, значимую долю составляют выбросы металлов наряду с многокомпонентной неорганической пылью. Вклады загрязняющих веществ в формирование многокомпонентного состава валового выброса промышленной площадки предприятия приведены в табл. 1.

Таблица 1

Структура выбросов ОАО «Святогор» за 2003-2007 годы

Выбросы в атмосферный воздух 2003г. 2005 г. 2007 год
тыс. т/год вклад, % тыс. т/год вклад, % тыс. т/год вклад, %
Всего 68.92 100% 71.413 100% 58.214 100
Из них: газообразные и жидкие 64.09 92.99 66.573 93.22 52.929 90.92
В том числе диоксид серы 62.95 91.34 65.355 91.52 51.957 89.25
Твердые всего, из них 4.828 7.01 4.840 6.78 5.285 9.08
Взвешенные вещества 2.77 4.02 2.705 3.79 3.212 5.5
Медь 0,533 0.773 0.533 0.75 0.490 0.84
Цинк 0.987 1.432 0.895 1.25 0.771 1.32
Кадмий 0.014 0.02 0.012 0.017 0.012 0.021
Мышьяк 0.287 0.416 0.213 0.30 0.171 0.294
Железо 0.012 0.017 0.012 0.017 0.011 0.02
Свинец 0.138 0.20 0.161 0.0104 0.071 0.12

Выпуски (сбросы) сточных вод характеризуются неравномерностью по объему и периодичности в течение календарного года. Основным выпуском (сбросом) является выпуск дебалансовых недостаточно очищенных вод Сорьинского хвостохранилища, доля которого составляет до 94 % по объему от суммарного сброса промышленной площадки и который обычно осуществляется в периоды весеннего и осеннего паводков.

За последние 5 лет сложился режим работы выпуска № 1 сточных вод в реку Айву, обусловленный работой предприятия и особенностями эксплуатации хвостохранилища. Максимальный расход традиционно приходится на период весеннего паводка - с 15.04 по 01.06. Химический состав выпусков в виде диаграмм, показывающий и подтверждающий соотношение аналогичное выбросам (рис. 1).

Рис. 1. Диаграмма химического состава выпусков сточных вод промышленной площадки медеплавильного комбината

Места размещения отходов представляют собой два законсервированных хранилища, складирование отходов в которые не осуществляется с 1965 и 1996 гг. соответственно, и два действующих хранилища общей площадью 545 га (65 % площади хранилищ, 47 % площади промышленной площадки). Действующие хранилища – Сорьинское хвостохранилище и шлаковый отвал - эксплуатируются с 1954 и 1960 гг соответственно, количество накопленных отходов в каждом из них по состоянию на 01.01.2007 года составило 26 749 803 и 15 434 896 тонн. Сводные данные по содержанию металлов в отходах за период 2000-2006 гг. приведены в табл. 2.

Таблица 2

Динамика суммарного содержания металлов в общем объеме отходов, размещенных в хранилищах, тыс. т/год

Виды промышленных отх отходов год Cu Zn Cd As Fe Pb Si
Отходы при добыче рудных полезных ископаемых (Хвосты и шламы обогащения руд цветных металлов) 2000 26,26 5, 916 0, 150 0,232 1087 0,154 11013
2002 28, 65 6, 455 0,164 0,253 1186 0,168 12015
2004 32,13 7, 237 0.184 0,284 1329 0,188 13471
2006 44,43 7, 912 0,196 0,315 1508 0,211 16371
% (вклад вещества) 0,248 0,044 0,001 0,0017 4,32 0,0012 46,86
Металлургические шлаки, съемы и пыль (Шлаки от плавки цветных металлов) 2000 39, 05 366, 1 0,0579 21, 5 1226 10, 221 5416
2002 39, 15 367, 1 0,0581 21, 6 1230 10, 247 5429
2004 39, 27 368, 1 0,0583 21, 7 1234 10,277 5445
2006 39, 50 370,7 0,0581 21, 8 1241 10, 358 5479
% ( вклад вещества) 0,55 5,17 0,0008 0,304 8,76 0,144 38,68

Идентичность элементов химического состава выбросов, сбросов сточных вод, размещаемых отходов определяется химическим составом сырья для основных производственных процессов, осуществляемых на территории промышленной площадки предприятия – обогащения медных и медно-цинковых руд, производства черновой меди из полученных концентратов, утилизации отходящих газов медеплавильного производства с получением серной кислоты. Перечисленные выше производственные процессы являются последовательными технологическими циклами переработки руды как исходного сырья с получением определенных видов продукции. Следовательно, химический состав руды в целом может определять основной химический состав исследуемых в системе комплексного экологического мониторинга объектов окружающей среды и источников антропогенного воздействия на нее.

Идентичность химического состава источников антропогенного воздействия, высокая плотность их размещения на промышленной площадке, наложение ореолов воздействия от отдельных источников и значительное пространственное расположение промышленной площадки на городской территории позволяют оценить ее как источник комплексного воздействия на компоненты природной среды.

В третьей главе описаны использованные методы наблюдений, допущенные методы оценки и методики анализа для мониторинга отдельных источников загрязнения и их совокупности, а также для компонентов окружающей среды, обеспечивающие получение объективной информации об уровнях загрязнения. Использованные методы и методики обеспечивали требуемую точность определения, воспроизводимость получаемых результатов, пределы обнаружения элемента в широком интервале концентраций, включая следовые.

Так как зона воздействия объекта мониторинга занимает обширное пространство в условиях г. Красноуральска, использован традиционный метод наблюдений на профилях, которые располагаются вкрест простирания основных элементов рельефа местности и по направлению различных сторон света от источника воздействия с учетом розы ветров.

В соответствии с механизмом техногенного воздействия выделенных в пределах промышленной площадки объектов и компонентами самой природной среды, установленными в результате изучения и анализа фондовой литературы, информации, накопленной в ходе реализации научно-исследовательских работ, производственного экологического контроля предприятия, целесообразно осуществление следующих видов экологического мониторинга: мониторинг атмосферного воздуха, мониторинг снежного покрова, мониторинг почвенного покрова, мониторинг растительного покрова, мониторинг поверхностных вод, мониторинг подземных вод.

Перечень наблюдаемых параметров определен в соответствии с преимущественно физико-химическим механизмом воздействия антропогенных источников на атмосферный воздух, поверхностные и подземные воды, почвенный и снеговой покров, растительность и здоровье населения, выражающееся дополнительными рисками, в том числе аэрогенными.

Пространственные границы экологического мониторинга и расположение пунктов наблюдения стационарной сети определяются содержанием решаемых в ходе мониторинга задач, особенностями природной обстановки, путями миграции, аккумуляции и выноса загрязнений от техногенного объекта в окружающую среду.

Пространственные границы осуществления локального экологического мониторинга установлены на основании того, что промышленная площадка ОАО «Святогор» в силу исторических причин расположена в городской черте. Вследствие этого мониторинговые исследования охватывают всю территорию в границах городской черты, в которой расположены основные экологические профили, ориентированные относительно частей света. Экологические профили от источников воздействия в техногенной зоне через буферную зону закладываются в глубь фоновой территории до полного замыкания их аккумулятивными или водораздельными ландшафтами. Таким образом, экологические профили начинаются с точки контроля источника техногенного воздействия и проходят через все имеющиеся сукцессии техногенной деградации природно-антропогенных объектов до эталонных природных объектов ( фоновых точек).

В процессе проведения начального этапа локального экологического мониторинга наблюдательная сеть состояла из 54 комплексных точек, в которых в течение трех лет были проведены повторяющиеся в течение трех лет наблюдения за атмосферным воздухом, поверхностными и подземными водами, почвенным и снеговым покровом, растительностью. По результатам экологического мониторинга и используя шкалу оценки очагов аэрогенного загрязнения ( Zc), выделеим следующие интегрально обобщенные зоны по величине антропогенной нагрузки вокруг промышленной площадки как источника комплексного воздействия на компоненты природной среды: техногенную, импактную, буферную и фоновую ( рис. 2).

Рис. 2. Схема расположения интегрально обобщенных зон.

Результаты начального этапа экологического мониторинга в наблюдательной сети из 54 комплексных точек позволили оптимизировать схему наблюдений до 28 точек, сохранив румбовую ориентировку и обеспечив комплексную оценку масштабов воздействия промышленной площадки медеплавильного комбината на компоненты окружающей среды, основываясь на принципах устойчивости каждого из них к такого рода техногенному воздействию ( рис. 3, 4). При этом учтены особенности каждого вида источников воздействия, миграции и распространения загрязняющих веществ от них, с одной стороны, устойчивости, накопления и восприимчивости компонентов природной среды - с другой.

Рис. 3. Схема расположения точек опробования на начальном этапе (54 точки) Рис. 4. Оптимизированная схема расположения точек опробования (28 точек)

В четвертой главе выполнена оценка Сорьинского хвостохранилища как антропогенной системы, которая наряду с природными объектами обладает защитными функциями, обеспечивает ограничение загрязнения и позволяет получать контролируемые уровни воздействия. Оценка выполнена по результатам отдельного цикла и режима наблюдений, проведенного для скважин-пьезометров Сорьинского хвостохранилища (645 проб), которые в системе комплексного мониторинга могут быть использованы также для оценки состава фильтрационного потока, особенно это важно в холодное время года – период отсутствия поверхностного стока.

В режим наблюдений скважин-пьезометров включена температурная съемка-метод, который весьма информативен в условиях, когда естественный режим подземных вод нарушается техногенным источником. В естественном режиме температура подземных вод мало меняется во времени, то есть является практически постоянной и зависит от глубины залегания подземных вод. Сопоставляя температуры в наблюдательных скважинах и скважинах–пьезометрах, по температурным параметрам можно оценивать зоны (участки) отепляющего влияния фильтрационного потока хвостохранилища.

Поскольку фильтрационные воды формируются в емкости хвостохранилища, то первоначально выполнено изучение физико-химических процессов, происходящих при взаимодействии накопленных и поступающих шламов и сточных вод. В процессе смешения происходят физико-химическое реакции, сопровождающиеся процессами осаждения и соосаждения, а так же процессы вторичного перевода в растворы ионов железа, меди, цинка.

Осаждение обусловлено реакцией обмена между присутствующими в хвостохранилище электролитами с образованием малорастворимых, малодиссоциирующих соединений. Одновременно с осаждением идет реакция сопряженного осаждения (соосаждения), обусловленная склонностью некоторых соединений, хорошо растворимых в данном растворителе, осаждаться во время образования осадка совместно с выпадающими в осадок малорастворимыми соединениями (например, одновременно с осаждением Fe (OH)3 соосаждаются катионы меди, цинка). Также при соприкосновении осадка и раствора протекают обратные процессы – растворение, образование ионов металлов

Исследования осаждения показали, что процессы осаждения и соосаждения протекают совместно, причем последний происходит по типу адсорбции. Главные результаты наблюдений состоят в следующем: при низких значениях Рh адсорбции нет, при высоких – все катионы сильно адсорбируются. Для каждого катиона имеется довольно узкий диапазон Рh, в котором отмечается переход к полной адсорбции. При этом ионы металлов, находящиеся в растворе, подвергаются гидролизу с образованием гидрокомплексов:

Ме3+ + 3Н2 О = Ме (ОН)3 + 3Н- ;

Ме2+ + 2Н2 О = Ме (ОН)2 + 2Н-.

Изучение гидролиза и осаждения оксигидратов проводилось на примере ионов железа в лабораторных условиях и в Сорьинском хвостохранилище. При анализе полученных результатов учитываем, что cодержание трехвалентного железа определяется суммарным содержанием основных его гидрокомплексов: Fe (OH)2, Fe (OH)3.

Таким образом, при смешении стоков со значительно различающимися значениями Рh, в емкости хвостохранилища создаются предпосылки достаточно резкой смены окислительно-восстановтельных условий, контролируемых процессами гидролитического равновесия.

Физико-химические процессы в суспенизированных шламах приводят в конечном счете к самоочищению, что подтверждается данными исследований твердых осадков, накопленных в донной части хвостохранищ. Минералогический анализ этой субстанции показывает, что главным образующим минералом является пирит (до 45 %), растворимостью которого определяется выведение из жидкой фазы шламов основных элементов загрязнителей группы тяжелых металлов.

Твердые шламы представляют собой сорбент, состоящий в основном из окислов, гидроокислов железа, а также силикатов, алюмосиликатов, окисей и гидроокисей металлов с переменной валентностью. Так, твердые шламы, характеризуясь одновременно высокой сорбционной способностью, равной 0,12-0,25 мг-экв./г, в сочетании с очень низкой фильтрационной способностью представляют собой защитный физико-химический барьер, который препятствует проникновению токсичных компонентов жидких шламов в дренажные и фильтрационные воды.

Таким образом, видно, что в слое твердых шламов происходит процесс накопления основных компонентов-загрязнителей, вовлеченных в техногенную миграцию.

Качество воды в хвостохранилище определяется гидродинамическими и гидрохимическими факторами водного массива. С учетом расположения прудов-отстойников, которые имеют вытянутую форму в направлении преобладающих ветров, движение воды в прудах обусловлено ветровым течением. Такое движение создает сгон воды из одного места в другое, вызывая наклон водной поверхности и подток воды из глубины или соседних участков отстойного пруда. Так формируется компенсационное или градиентное течение, направленное в противоток поверхностному (метод М.А. Руффеля). В результате воздействия ветра создается установившееся движение воды, эпюра скорости течения выглядит следующим образом:

Рис. 5. Эпюра скорости движения воды по глубине отстойного пруда в прямом и обратном компенсационном направлениях

Изменение солевого состава воды определяется не только смешением поступающих сточных вод различного химического состава, но и влиянием физико-химических процессов, протекающих в массе шламов, хранящихся под слоем воды. Температурные замеры выхода фильтрационных вод по периметру плотины позволяют утверждать, что при хранении шламов идут изотермические процессы с выделением большого количества теплоты, приводящие к нагреву воды в хвостохранилище и дренажных вод в теле дамбы. Так как растворимость солей в значительной степени зависит от температуры раствора, то процессы окисления, протекающие в толще хвостов хвостохранилища, приводят к выщелачиванию цветных металлов, содержащихся в хвостах обогащения.

В течение пяти лет всесезонных наблюдений и анализа химического состава фильтрационных вод в пьезометрах установлено постоянное значительное улучшение качества воды в пьезометрах в сравнении со сточными водами отстойного пруда хвостохранилища. Анализ результатов наблюдений показывает, что во всех створах грунты, слагающие тело плотины, выполняют роль фильтра на пути движения потока, улучшая его состав и значительно повышая кислотность даже до щелочной реакции.

 Графики изменения концентрации сульфатов и величины Рh в воде-1

Рис. 6. Графики изменения концентрации сульфатов и величины Рh в воде хвостохранилища и при фильтрации через тело плотины в пъезометрах

Таким образом, антропогенная система Сорьинского хвостохранилища обладает защитными функциями, обеспечивает ограничение загрязнения и позволяет получать контролируемые уровни воздействия на компоненты природной среды, а структура комплексного экологического мониторинга должна включать и учитывать специфические особенности гидрохимических систем хвостохранилища.

В пятой главе разработан проект комплексного экологического мониторинга промышленной площадки ОАО «Святогор». Описан механизм его функционирования на предприятии от обеспечения сбора, комплексной и объектовой аналитической обработки, хранения полной, достоверной информации о состоянии объектов наблюдения до доведения ее до заинтересованных сторон для принятия организационных, технических и управленческих решений. Приведены обоснованные методы и методики анализа, обеспечивающие точность определения, воспроизводимость получаемых результатов, чувствительность определения, пределы обнаружения элемента и экспрессность выполнения анализа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Сформулированные в диссертационном исследовании основные положения, рекомендации и выводы дополняют и углубляют современный механизм организации локального экологического мониторинга, позволяют обоснованно применять и использовать на практике систему комплексной оценки воздействия на все компоненты природной среды.

2. Предложенная схема обоснования промышленной площадки предприятия как единого комплексного источника воздействия может быть принята за основу и использована для промышленных городов Урала с градообразующими металлургическими заводами.

3. Качество воды в хвостохранилище (накопителе жидких промышленных отходов) определяется гидродинамическими и гидрохимическими процессами, протекающими в водном массиве и способствующими ее самоочищению. Грунтовая плотина, ограждающая хвостохранилище, с установившимся в ее теле и основании режимом фильтрационных вод, обладает самоочищающей способностью и защитными функциями.

4. Разработанная Программа комплексного экологического мониторинга промышленной ОАО «Святогор» согласована в ФГУ «ЦЛАТИ по УФО» и утверждена в МТУ Ростехнадзора по УФО.

5. Исследованные и проработанные в диссертационной работе основные положения внедряются в производственной деятельности хвостового хозяйства обогатительной фабрики ОАО «Святогор», эксплуатирующей Сорьинское хвостохранилище, санитарной лаборатории, выполняющей производственный экоаналитический контроль источников негативного воздействия и компонентов окружающей природной среды, экологической службы, обеспечивающей обработку, анализ, хранение объективной информации об уровнях загрязнения.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих в следующих работах

1. Статья, опубликованная в ведущем рецензируемом научном журнале, определенном Высшей аттестационной комиссией

1. Бичукина И.А. Факторы формирования геоэкологических условий на территории Сорьинского хвостохранилища / И.А. Бичукина, Л.П. Парфенова, О.А. Копенкина // Известия вузов. Горный журнал. – 2008. - № 8 – С 194-196.

2. Статьи, опубликованные в материалах конференций

1. Бичукина И.А. Опыт заполнения Сорьинского хвостохранилища / С.Н. Литовских, В.М. Соколов, И.А. Бичукина, В.И. Головишников, А.П. Щетинина // Материалы пятого международного симпозиума «Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях. – Белгород, 1999. – С. 102-107.

2. Бичукина И.А. Использование опыта водохозяйственной деятельности в Голландии при эксплуатации Сорьинского хвостохранилища / С.Н. Литовских, И.А. Бичукина // Материалы шестого международного симпозиума «Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях. – Белгород, 2001. – С. 449-453.

3. Бичукина И.А. Комплексный подход к составлению и реализации программы экологического мониторинга накопителей жидких промышленных отходов / И.А.Бичукина, Л.П. Парфенова // Экологические проблемы промышленных регионов. – Екатеринбург, 2004. – С. 195-196.

4. Бичукина И.А. Опыт определения стальных трубопроводов в теле плотины Сорьинского хвостохранилища геофизическим методом /В.Е. Петряев, Л.П. Парфенова, И.А. Бичукина// Материалы восьмого международного симпозиума «Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях. – Белгород, 2005. – С. 199-204.

5. Бичукина И.А. Прогноз качества подземных вод в зоне влияния Сорьинского хвостохранилища / Л.П. Парфенова, И.А. Бичукина // Материалы международной научно-технической конференции «Безопасные и дружественные окружающей среде технологии в горнорудной промышленности». – Люблин, Польша, 2005.- Секция 3. Экология.- Доклад 31., С. 218-221.

6. Бичукина И.А. Оценка техногенного воздействия шламонакопителя металлургического завода на подземные воды / Л.П. Парфенова, И.А. Бичукина // Материалы международной научно-технической конференции «Безопасные и дружественные окружающей среде технологии в горнорудной промышленности». – Люблин, Польша, 2005.- Секция 3. Экология.- Доклад 30. С.215-218.

7.Парфенова Л.П. Экологический мониторинг для оценки масштабов воздействия медеплавильного комбината и обоснования размеров его санитарно-защитной зоны / Л.П. Парфенова, И.А. Бичукина, О.А. Копенкина // Современные методы управления отходами на региональном и муниципальном уровнях. – Казань, 2006. – С. 82-83.

8. Бичукина И.А. Оценка параметров режима подземных вод в зоне влияния Сорьинского хвостохранилища / Л.П. Парфенова, И.А. Бичукина // Материалы девятого международного симпозиума «Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях. – Белгород, 2007. – С.304-307.

9. Бичукина И.А. Тотальное загрязнение почв не установлено / Л.П. Парфенова, О.А. Копенкина, И.А. Бичукина // Технадзор. – Екатеринбург – 2008. - №2 (15) – С. 44-45.

10. Бичукина И.А. Факторы формирования гидрогеологических условий территории Сорьинского хвостохранилища / И.А. Бичукина, Л.П. Парфенова, О.А. Копенкина // Геология, полезные ископаемые и проблемы геоэкологии Башкортостана, Урала и сопредельных территорий месторождений. – Уфа, 2008. – С. 87-89.

11. Бичукина И.А. Результаты экологического мониторинга окружающей среды района влияния ОАО «Святогор» / Л.П. Парфенова, О.А. Копенкина, И.А. Бичукина // Материалы 1-го Уральского международного экологического конгресса «Экологическая безопасность горнопромышленных регионов». – Екатеринбург, 2008. – С. 182-186.

Подписано в печать __ 11.2008. Формат 60х841/16.

Бумага офсетная. Печать на ризографе. Печ.л. 1,0.

Тираж 100. Заказ

Издательство Уральского государственного горного университета

620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева,30

Отпечатано с оригинал-макета

в лаборатории множительной техники издательства УГГУ



 





<
 
2013 www.disus.ru - «Бесплатная научная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.