Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор гидрогеоэкологических исследований 9
Выводы по главе 1 17
ГЛАВА2 Методика гидрогеоэкологических исследований 19
2.1. Полевые работы 19
2.1.1. Сбор полевого фактического материала 19
2.1.2. Полевые исследования поверхностных и подземных вод 21
2.1.3. Изучение пород, почв, грунтов и илов 22
2.1.4. Опробование газовых компонентов 23
2.1.5. Исследование микрофлоры 25
2.2. Гидрорежимные наблюдения 26
2.3. Изучение источников загрязнения 28
2.4. Защищенность подземных вод от загрязнения 28
2.5. Дистанционные методы исследования 29
2.6. Составление гидрогеоэкологических карт и схем 30
2.6.1. Общая гидрогеоэкологическая карта 31
2.6.2. Частные гидрогеоэкологические карты и схемы 33
2.7. Расчеты скорости развития ареалов и потоков загрязнения 34
Выводы по главе 2 38
ГЛАВА 3 . Природные условия 40
3.1. Физико-географическая характеристика 40
3.2. Геологическое строение 43
3.3. Гидролого-гидрогеологические условия 53
Выводы по главе 3 58
ГЛАВА 4. Гидрогеоэкологические исследования в связи с защитой подземных и поверхностных вод от загрязнения 59
4.1. Загрязнение подземных и поверхностных вод 59
4.1.1. Тенденции техногенной трансформации гидросферы 59
4.1.2. Характеристика источников загрязнения 61
4.1.3. 0 картах источников загрязнения 63
4.2. Сопротивляемость подземных вод к загрязнению 67
4.2.1. Устойчивость или уязвимость подземных вод 67
4.2.2. Типизация территории по устойчивости или уязвимости к загрязнению 69
4.3. Способность среды к самоочищению 76
4.4. Классы геохимических барьеров 79
4.4.1. Механические барьеры 79
4.4.2. Щелочные барьеры 80
4.4.3. Сорбционные барьеры 82
4.4.4. Испарительные барьеры 82
4.4.5. Кислые барьеры 83
4.4.6. Биогеохимические барьеры 83
4.4.7. Комплексные геохимические барьеры 84
4.5. Исследование барьерного принципа для решения проблемы чистой воды 85
4.5.1. Экспериментальные исследования 85
4.5.2. Защита от загрязнения подземных и поверхностных вод при помощи барьеров 92
Выводы по главе 4 100
ГЛАВА 5 . Рекомендации по профилактике загрязнения подземных и поверхностных вод 102
5.1. Основные направления совершенствования системы природопользования 102
5.2. Инженерно-технические мероприятия по борьбе с загрязнением нефтепродуктами и подтоплением 107
5.3. Создание барьеров у водозаборов и водоемов 116
5.3.1. Гидродинамические барьеры 116
5.3.2. Защита водозаборов, эксплуатирующих неограниченный однородный водоносный горизонт 116
5.3.3. Защита водозабора, эксплуатирующего два контактирующих полуограниченных водоносных пласта 118
5.3.4. Рекомендации по созданию комплексных геохимических барьеров для защиты водозаборов и водоемов 123
5.4. Система мониторинга 127
5.4.1. Историческая справка 127
5.4.2. Научные основы создания систем мониторинга 128
5.4.3. О необходимости совершенствования систем мониторинга . 129
Выводы по главе 5 132
Заключение 133
Библиографический список 134
Приложение 142
- Сбор полевого фактического материала
- Геологическое строение
- 0 картах источников загрязнения
- Основные направления совершенствования системы природопользования
Введение к работе
Актуальность работы. Горнодобывающие районы Оренбуржья и всего уральского региона справедливо относят к территориям с наиболее опасными гидрогеоэкологическими условиями. Эта опасность обусловлена значительной техногенной нагрузкой на основные компоненты окружающей среды (водные и земельные ресурсы, атмосферный воздух). Крупнейшими в регионе являются горнодобывающие объекты, предприятия нефте-газохимии, чёрной и цветной металлургии, топливно-энергетического комплекса, машиностроения, стройиндустрии, расположенные в г.г. Оренбурге, Орске и др. городах и районах области. Крупный вклад в формирование техногенной нагрузки на окружающую среду вносит и сельское хозяйство.
*Г
Наиболее опасными для окружающей среды являются техногенные залежи крупнотоннажных, жидких и твёрдых отходов производства. Так в г. Орске вокруг нефтеперерабатывающего завода сформировались техногенные залежи углеводородов с запасами более 500 тыс. т. [38,120]. В районах горнодобывающих, металлургических и топливно-энергетических предприятий накоплено несколько сот миллионов тонн твёрдых отходов. Под отвалами
yjr Гайского горнорудного предприятия сформировались значительные ресурсы
техногенных сернокислых рассолов. Только города Орск и Оренбург сбрасывают в водоёмы более 500 тыс. м недостаточно очищенных сточных вод. 29 районов области и подавляющее число её населённых пунктов не имеют очистных сооружений. Основные водные артерии области - реки Урал, Сакмара, Самара и их притоки являющиеся совместно с их подрусловыми водами главными источниками хозяйственно-питьевых вод большей части населения региона, находятся под воздействием предельной и запредельной техногенной нагрузки. На сегодняшний день проблема геоэкологически обоснованного строительства практически не решается; используется только
JjSt часть накопленного опыта. Внедренные на предприятиях мероприятия по
защите окружающей среды от негативного воздействия существующих технологий пока не дали ожидаемых результатов. Объемы выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух, сбросов сточных вод, твердых токсичных отходов от объектов промышленного и гражданского строительства установлены. Однако до сих нет достоверных данных о том, как изменилось в результате длительного воздействия экологическое состояние геологической среды, поверхностных и подземных вод, атмосферного воздуха и почв в зоне влияния различных строительных объектов. Поэтому оценка последствий многолетнего негативного воздействия этих объектов, особенно накопителей крупнотоннажных отходов горнодобывающих предприятий на окружающую среду, и разработка эффективных мероприятий по защите окружающей среды от загрязнения отходами стройиндустрии и построенных объектов в процессе их эксплуатации, является весьма актуальной. Не менее важным является
-«м вопрос устойчивости возводимых нами сооружений и коммуникаций во вновь
формирующейся окружающей среде. Дело в том, что природные процессы в условиях техногенеза приобретают невиданные ранее масштабы и
интенсивность. Это негативно влияет на устойчивость зданий, сооружений и коммуникаций.
В.И. Вернадский, А.Е. Ферсман, Е.М. Сергеев, В.И. Осипов, В.А. Мироненко, В.Г. Румынии, В.А. Кирюхин, А.И. Коротков, С.Л. Шварцев, В.Л. Бочаров, В.Т. Трофимов с коллегами и др. хорошо раскрыли основные черты преобразований природной среды под влиянием производственной деятельности человека [15,24-26,70,91,97,98,128,129,137,142]. Разнообразное строительство является одним из важнейших видов человеческой деятельности. В процессе промышленного, гражданского, сельскохозяйственного, военного, энергетического, транспортного, мелиоративного и иного строительства и в процессе эксплуатации построенных объектов серьёзно нарушаются все компоненты окружающей среды. Инженерная инфраструктура территории и планеты в целом превратилась в один из важнейших компонентов окружающей среды. Поэтому гидрогеоэкологическая обоснованность строительства и разработка экологических мероприятий при всех видах строительной деятельности в горнодобывающих районах со сложными инженерно-геологическими и гидролого-гидрогеологическими условиями являются весьма актуальными.
Цель работы: научно-техническое обоснование мероприятий, направленных на снижение негативного воздействия техногенной нагрузки на водозаборы, водоемы и ОС в горнодобывающих районах Оренбуржья. Для достижения этой цели в работе поставлены следующие задачи:
-оценить современное состояние гидросферы и ОС;
- изучить характер техногенных преобразований природных вод и ОС;
-исследовать и разработать критерии, позволяющие снизить уровень техногенного воздействия инженерных сооружений на гидросферу;
-разработать и выдать рекомендации по стабилизации гидрогеоэкологической ситуации на водозаборах и водоемах Оренбуржья.
Объект исследований: водные объекты и их гидрогеоэкологические особенности, формирующиеся под влиянием природных и техногенных факторов.
Предмет исследований: процессы природных и техногенных преобразований водных объектов горнодобывающих районов.
Фактический материал и методы исследований. Применялись аналитический и картографический методы, системный и резолютивный анализ взаимодействия инженерных сооружений и коммуникаций с водными объектами, лабораторные, экспериментальные, расчётно-графические и мониторинговые исследования. В работе использованы гидрологические, гидрогеоэкологические и географические материалы, а также данные по техногенной нагрузке и загрязнению ОС. В лабораторных условиях выполнены эксперименты по исследованию местных материалов в процессе их взаимодействия в системе вода - порода (известняки, песчаники на карбонатном и карбонатно-глинистом цементе, гипсы, граниты). Собраны данные по физико-химическим анализам проб природных и сточных вод (830 проб), почв, элювиально-делювиальных и пролювиально-аллювиальных
отложений (около 650 образцов). Кроме того, собраны и использованы анализы водо-растворенных органических веществ (370) и газов (210) и водных вытяжек из почв и грунтов (410). Материалы преимущественно собирались из фондовых и литературных источников (приложение 1, 2).
Установлено, что водозаборы хозяйственно-питьевого назначения и водоемы Оренбуржья являются наиболее уязвимыми к загрязнению компонентами ОС и подвержены необратимой техногенной трансформации под воздействием крупнотоннажных отходов и отвалов горнодобывающих предприятий, накопителей, испарителей, отстойников ливневых и сточных вод. Поэтому
на защиту выносятся следующие основные положения:
Обустройство искусственных геохимических барьеров из активных в физико-химическом отношении местных, естественных материалов (известняков, песчаников на карбонатном и карбонатно-глинистом цементе) с цель локализации загрязнителей и очистки вод. Эти материалы обладают наибольшей активностью поглощения неконсервативных компонентов-загрязнителей (ионов тяжелых металлов - Cu2+, Zn2+, Сг3+), о чем свидетельствуют результаты исследований системы: вода-порода.
Создание комплексных барьеров на границе водозаборов пресных и дренажных вод. Одновременно с откачкой питьевых вод откачиваются загрязнённые воды, используемые в технических и сельскохозяйственных целях.
Устройство для эксплуатации техногенных промышленных залежей нефтепродуктов в районе нефтеперерабатывающего завода (г. Орск), сочетающее приемы вертикального и горизонтального дренажа. Рекомендуется также внедрять элементы системы мониторинга и совершенствовать технологию природопользования.
Научная новизна:
установлены гидрогеоэкологические особенности техногенных процессов в горнодобывающих районах; использованные для прогноза техногенных преобразований ОС;
учёт защищенности и устойчивости ОС к загрязнению позволяет обоснованно защищать водозаборы и водоемы области;
установлена высокая физико-химическая активность известняков и песчаников на карбонатном цементе при локализации загрязнителей;
разработаны конструктивные элементы сооружений, которые обеспечивают повышение эффективности водоохранного строительства;
Практическая значимость результатов:
- установлена неблагополучная гидрогеоэкологическая ситуация и
определены граничные условия устойчивости водных объектов к загрязнению в
горнодобывающих районах Оренбуржья;
- обоснована необходимость строительства очистных сооружений во всех
районах области на основе внедрения комплексных геохимических и
Jfcy гидродинамических барьеров; что позволит локализовать очаги загрязнений
вокруг водозаборов, водоёмов и предприятий;
- внедрение результатов исследований и рекомендаций позволяет повысить экологическую безопасность в Оренбуржье; внедрение осуществлено на Сакмарской ТЭЦ и в учебный процесс при подготовке инженеров-строителей [4].
Апробация результатов работы Основные положения диссертационной
работы докладывались автором: на Всероссийской научно-практической
конференции: «Стратегия природопользования и сохранения биоразнообразия в
XXI веке» (Оренбург, 1999), на региональных научно-практических
конференциях в Оренбургском (1997-2002), Пермском (2003) и Московском
^ (2003) госуниверситетах, а также в Уральской государственной горно-
^ геологической академии (2002) и Оренбургском госпедуниверситете (2003).
По материалам диссертации опубликовано 10 работ. Результаты
исследований внедрены в учебный процесс, на Сакмарской ТЭЦ, и
реализованы в учебном пособии «Геоэкологические основы строительного
Ihr, производства» для студентов строительных специальностей (2004).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Объем текста - 144 страницы, количество рисунков - 24, таблиц - 15 , библиографический список содержит 169 наименований.
За советы и консультации при подготовке диссертации и помощь в работе автор выражает глубокую благодарность научному руководителю профессору А.Я. Гаеву, а также сотрудникам архитектурно-строительного факультета ОГУ, профессорам А.Ф. Калиниченко и Г.Н. Карпову, доцентам А.И. Альбакасову, СВ. Миронову, инженеру И.Н. Алферову и др.
*
Сбор полевого фактического материала
Атмосферные осадки в полевых условиях чаще изучаются в виде снега. Снежинки и снеговой покров аккумулируют воздушные взвеси, аэрозоли и пыль. Анализы снеговой воды дают представление о масштабах и интенсивности техногенного воздействия объектов на окружающую среду. Снеговая съемка осуществляется в конце зимы (февраль, март), когда толщина снегового покрова достигает максимума. Методика проведения снеговой съемки описана в работах Н.Ф. Глазовского, Э.Ф. Емлина и др. [38,60,120]. Из снеговой стенки вырезается блок снега призматический формы до почвы; нижний слой снега, толщиной в 5 см, исключается из пробы, чтобы избежать ее загрязнения почвенными частицами. Отобранный снег помещается в полиэтиленовый мешок. При температуре не более 16С получают снеговую воду в объеме не менее 5 л. Проба пропускается через фильтр с синей лентой с последующим выполнением химического анализа. Результаты анализа документируются по изложенной ниже форме. По остатку на фильтре определяем степень запыленности снега, т.е. количество взвеси віл снеговой воды. Количественными методами определяем микрокомпоненты, содержащиеся в механических примесях и в снеговой воде. Сеть снегового опробования и ее густота определяются масштабом работ, розой ветров и характером источников загрязнения. Вокруг техногенных объектов точки опробования рекомендуется сгущать. В учреждениях гидрометслужбы собираются сведения о дождевых водах. Интерес представляют среднемесячные, среднегодовые и многолетние данные за 11-летний период наблюдений и более.
Поверхностные воды из рек, речек, ручьев, озер и искусственных водотоков и водоемов (куда сбрасываются сточные воды) опробуются по всей площади исследуемого района. Количество проб определяется степенью детальности исследований и характером техногенной нагрузки. Пробы отбираются в 3-5 м от берега с глубины 0.2-0.3 м. Каждая проба анализируется и документируется. По имеющимся на реках и водоемах, гидрометеопостам собираются материалы режимных наблюдений за расходами, уровнями и химическим составом воды. Выписываются и статистически обрабатываются среднемесячные и среднегодовые данные. Для обобщения характера изменения параметров воды водотоков (как естественных, так и искусственных), вдоль по течению строятся графики-эпюры. Собираются данные по характеру изменения этих параметров во времени.
Подземные воды при гидрогеоэкологических исследованиях опробуются преимущественно из верхних водоносных горизонтов, то есть из зоны активного водообмена. Именно воды этих горизонтов используются для питьевого водоснабжения и, в тоже время, наиболее интенсивно подвержены процессам негативного техногенного воздействия. Пробы берутся из скважин, колодцев, шурфов, а также родников и мочажин.
Пробы воды из выработок-скважин, колодцев и шурфов отбираются только после предварительной их прокачки. Прокачка производиться с таким расчетом, чтобы застоявшаяся вода в выработке сменилась на свежую не менее двух-трех раз. О завершении откачки судят по постоянству содержания какого-либо компонента, например, хлор иона. Если опробуются эксплуатационные скважины и бытовые колодцы, то прокачка их не нужна. Опробование выработок производится пробоотборниками.
Собираются данные режимных наблюдений за химическим составом подземных вод в водозаборах района (в центрах Госсанэпиднадзора, геологических фондах, водоканале, ведомственных лабораториях предприятий и др.). Образцы горных пород и пробы донных осадков, почв, грунтов из зоны аэрации весом до 0,5 кг, отбираются из - скважин, пройденных до уровня грунтовых вод; - обнажений горных пород и стенок карьеров; - естественных и искусственных водоемов на границе уреза воды; - закопушек глубиной 15-20 см; - шурфов глубиной от 1 до 5 м Объемы работ зависят от их детальности (масштаба) в, техногенной нагрузки, количества источников загрязнения, степени защищенности подземных вод и геологической среды. В образцах горных пород и пробах почв, грунтов и илов изучается их ионно-солевой комплекс [109,119]. По общепринятой методике выполняется водная вытяжка. По результатам анализа водных вытяжек определяется «степенью засоленности» проб и строятся профили - эпюры [120]. Под степенью засоленности понимается общее количество солей, перешедшее в водную вытяжку из 100 г образца. Оно выражается в процентах. При помощи прибора-анализатора АН-1 в образцах почв, грунтов и илов определяются органические вещества. Прибор позволяет определить общее количество содержащихся в образце органических соединений и разделить их на полярные и неполярные. Последние соответствуют содержанию в образце нефтепродуктов. Микроэлементы изучаются методами нейтронно-активационного и атомно-адсорбционного анализа (устанавливают до 70 элементов), количественного колориметрического, объемного, плазменного или приближенно количественно спектрального анализа (определяет свыше 30 элементов). Для районов Урала с медно-колчеданным оруденением обычно ограничиваются определением Hg, Си, Pb, Zn, Со, Ni, Cr, Mn, Cd, Ag, Аи и некоторых других. Врачи-гигиенисты показатель загрязнения почв (Хс) металлами [64] сопоставляют с состоянием здоровья населения, проживающего на территориях с различным уровнем загрязнения почв. Они разработали оценочную шкалу и рассчитывают этот показатель по формуле
Геологическое строение
Современные представления о геологическом строении Оренбуржья начали формироваться в годы первых пятилеток в связи с широкомасштабными геолого-съемочными и поисково-разведочными работами. Большое значение имели работы А.Н. Заварицкого (1946), Л.С. Либровича (1936), А.Н. Мазаровича (1936), В.Л. Малютина (1948), З.А. Малютиной (1959), Б.Н. Красильникова и Б.П. Вьюшкова (1947), Б.В. Наливкина (1941), О.А. У Нестояновой (1959), К.В. Никифоровой (1948), Д.Н. Ожиганова (1964), А.А. Петренко (1932, 1939), Н.К. Разумовского, А.В. Хабакова (1941), В.Е. Руженцева (1936), В.И. Скрипиля, М.С. Недожогина и Н.А. Сибирской (1962), Г.Н. Теодоровича (1940, 1941), А.В. Хабакова (1935,1941), А.С. Хоментовского (1950, 1953), А.Л. Яншина (1964), В.Л. Яхимович (1965) и многих других. В последние четыре десятилетия XX столетия существенно детализированы представления о геологическом строении территории. В этот период большой вклад в исследование территории внесли работы В.А. Гаряинова (1980), B.C. Дубинина (1972), В.А. Ефремова (1991), М.А. Кригера (1973), А.Д. Наумова (1981), И.И. Никитина (1975), В.Г. Очева с соавторами (1964), Б.П. Потапенко (1960), В.В. Сагло (1967), И.А. Смирновой с соавторами (1989), Г.А. Степановой (1989), В.П. Твердохлебова (1967), М.Д. Тесаловского (1972), А.Ф. Шарапова (1975) и др. Все эти работы использованы при написании настоящего раздела. Стратиграфия Самые древние породы исследуемой территории имеют докембрийский (рифейско-вендский) возраст и представлены метаморфическими толщами. Эти породы обнажаются на Саринском плато у ж.д. станции Сама и занимают значительные площади в бассейне правого притока р. Урал - р. Губерли. Докембрийские породы представлены различными кристаллическими сланцами, кварцитами и эклогитами. В бассейне р. Кумак древние толщи сложены гнейсо-мигматитами и кристаллическими сланцами (джанабайская серия).
В Кувандыкском районе есть небольшие выходы кембрийских пород, представленные в основном рифовыми известняками. Широким распространением в Кувандыкском и Гайско-Новотроицком районах пользуются ордовикско-силурийские метаморфизованные породы. Это ордовикские песчаники кидрясовской свиты, кремнистые силурийские породы сакмарской свиты и ордовикско-силурийские эффузивы в основном базальтоидного состава (дергаишская свита и др.).
Среди многокилометровых по мощности девонских отложений складчатого Урала широко распространены лавовые и туфовые породы основного и кислого состава. Они содержат залежи колчеданных руд, в том числе крупнейшее в мире Гайское медно-колчеданное месторождение. Широко распространены здесь и терригенные породы, образованные в результате размыва и переотложения вулканитов (улутауская и зилаирская свиты) и кремнистые породы (мазовская свита нижнего девона и яшмовый бугулыгырский горизонт живетского яруса). Реже встречаются рифовые известняки.
Палеозойский разрез складчатого Урала нижнекаменноугольными мощными карбонатными толщами в Аккермановской и Орской депрессиях и терригенными угленосными породами в Домбаровском районе и бассейне р. Суундук. В районе Суундукского гранитного массива нижнекаменноугольные известняки на значительной площади превращены в мраморы. Широко распространены также нижнекаменноугольные вулканиты, содержащие колчеданные руды полиметаллического состава.
В меридиональной полосе между г. Кувандык и ст. Кондуровка предгорья Урала с поверхности сложены смятыми в крутые складки толщами терригенного и терригенно-карбонатного флиша. Возраст этих пород от раннего и среднего карбона до артинского века перми. В флишевых пачках обычно присутствуют известняки в виде тонких плитчатых прослоев, но иногда образуют мощные (до нескольких десятков метров) слои и линзы, которые чаще всего представляют собой рифовые постройки. Слои крупнообломочных конгломератобрекчий с известняковыми глыбами также характерны для западных предгорий Урала. Эти породы в виде мощных слоев присутствуют среди флишевых отложений верхнего карбона (в гжельском ярусе).
В ядрах отдельных антиклиналей западных предгорьев Урала на поверхность иногда выводятся гипсы и соли кунгурского яруса. Как правило, выходы этих пород закарстованы. Равнинные участки Предуралья характеризуются довольно многочисленными выходами кунгурских сульфатно-галогенных отложений, встречающихся на холмах солянокупольного происхождения. Наиболее мощное гидрохимическое влияние оказывают именно кунгурские отложения. Многочисленные родники, озера и речки с высокоминерализованной водой связаны с соляными диапирами.
Отложения уфимского и казанского ярусов создают обрамление выходов кунгурских солей и гипсов, выходя на поверхность в солянокупольных структурах. Лишь в долине р. Салмыш выходы пород казанского яруса на значительных участках имеют не нарушенное диапиризмом солей залегание. В большинстве разрезов казанский ярус представлен терригенными породами, только на отдельных участках значительное место занимают известняки. В районе Оренбурга уфимские и казанские отложения характеризуются сильной изменчивостью по простиранию. В местах выхода на поверхность, т.е. в разрезах, связанных с соляными куполами, они обычно не содержат сульфатов, но в межкупольных понижениях, где вскрываются только скважинами, в казанском ярусе присутствует мощная (до 30—40 м и более) сульфатно-галогенная пачка (гидрохимическая свита). Первична или вторична природа такой изменчивости - пока точно не установлено. Сульфаты в казанских отложениях встречаются и среди выходящих на поверхность пород этого яруса в более западных разрезах. Нижнеказанский подъярус в своей базальной части имеет медное оруденение морского генезиса. Мощность казанского яруса достигает 290 м.
Самыми распространенными в Предуралье являются континентальные красноцветные отложения, накопившиеся в татарском веке перми. Они представлены чередованием невыдержанных по мощности и простиранию линз и слоев песчаников и конгломератов, аргиллитов, алевролитов. Встречаются изредка тонкие прослои известняков. Ближе к Уральским горам для разрезов характерны большие (до 0,8—1,5 км) мощности этих отложений и значительная доля конгломератов среди пород.
Красноцветная молассовая толща из водорастворимых солей содержит в основном только карбонаты, но наряду с ними в ней присутствуют и гипсы. Нижнетриасовые отложения уже не содержат гипса, засоленные породы присутствуют только в отложениях татарского яруса. В районе Оренбурга распределение загипсованности в татарском ярусе, так же как и в казанском, связано с соляной тектоникой. В межкупольных синклинальных блоках Скважины вскрывают загипсованные отложения двух нижних свит татарского яруса — сокской и болыпекинельской - в межкупольных синклинальных блоках. Татарские отложения, совсем не содержащие гипса даже в базальной части яруса, выходят на поверхность на крыльях куполов на больших пространствах. Сульфатно-хлоридная засоленность пород в татарском ярусе, при движении на запад, распространяется на все более высокие уровни, достигая малокинельской свиты. Большое практическое значение для западной половины Оренбургской области имеет ещё плохо изученная проблема загипсованности молассовых отложений, так как гипсы татарского яруса оказывают существенное влияние на формирование химического состава природных вод региона.
0 картах источников загрязнения
Обезвредить их и предотвратить загрязнение природных вод и окружающей среды невозможно без выявления и картирования источников загрязнения. При полевых гидрогеоэкологических исследованиях все установленные и предполагаемые источники загрязнения отражаются на крупномасштабной карте. Собираются основные сведения о каждом из них: о технологических процессах промышленных предприятий, используемых реагентах, отходах, участках и способах их складирования, о наличии или отсутствии очистных сооружений, о сбросе отходов в реки в объемном и весовом выражении, а также информация о пахотных землях, возделываемых культурах, вносимых удобрениях, ядохимикатах, пестицидах; кроме того, отбираются образцы из отвалов горных пород, шлаков и золы на водные вытяжки для исследования макро- и микрокомпонентов; берутся пробы из искусственных водоемов для проведения атомно-абсорбционного, спектрального и химического анализа. Составляется каталог источников загрязнения. Особое внимание уделяется источникам углеводородного загрязнения, среди которых наиболее значительными являются нефтеперерабатывающие и нефтедобывающие предприятия и склады горюче-смазочных материалов. Для изучения углеводородного загрязнения применяются физико-химические, газово-хроматографические и изотопные методы исследования илов и почв, позволяющие определить в них содержание нефтепродуктов, разделить их на фракции и установить изотопный состав углерода с целью идентификации источника [109]. Закартированные данные надежно выявляют ареалы и потоки, связанные с источниками загрязнения. Они позволяют установить «хозяина» каждого загрязнителя.
Предприятия превратили информацию в коммерческую тайну, а их экологические паспорта не соответствуют истинной картине. Поэтому работа эколога на предприятиях напоминает работу криминалиста. Масштабы загрязнения устанавливаются после трудоемкого исследования почв, грунтов, иловых, шламовых и других накоплений, поверхностных и подземных вод. Гидрогеоэкологические карты выявляют ареалы и потоки, связанные с их «хозяином», источником загрязнения.
В качестве примера приведем карты источников загрязнения г. Орска и Гайского промышленного района. Они находятся в бассейне маловодного Урала, на западном борту Магнитогорского прогиба. Орский промышленный узел расположен на р. Урал, в приустьевой части р. Орь (рис. 4.1).Нефтеперерабатывающий, «Цветметобработка», машиностроительные, механический, отделение Южно-Уральской железной дороги являются крупнейшими загрязнителями гидросферы и окружающей среды. Так, в районе нефтеперерабатывающего завода из-за значительных потерь нефтепродуктов и нефти образовалось их техногенное месторождение. Предприятиями Орска в огромных количествах выбрасываются в окружающую среду соединения хлора, серы, азота, тяжелые металлы, фенолы, поверхностно-активные вещества, жиры, бензапирен и др. загрязнители. Они поступают в водоемы и окружающую среду в жидком, твердом, и газообразном состоянии.
Сельское хозяйство и садоводство вносят заметный вклад в загрязнение района. Водозаборы хозяйственно-питьевого назначения размещены в поймах рек. Здесь же расположены сады и огороды, где наряду с общеизвестными удобрениями для повышения урожайности широко применялись шлаки никель комбината. Они признаны онкологически опасными. Аллювиальный водоносный горизонт загрязнен многочисленными выгребными ямами, которые служат источниками органического и микробиологического загрязнения. Транспортные источники загрязнения: нефтепроводы, шоссейные и железные дороги, а также отсутствие канализации усугубляют экологическое состояние в промышленной зоне г. Орска.
На Гайском горно-обогатительном комбинате источниками загрязнения природных вод и окружающей среды являются объекты рудника и обогатительной фабрики, завод по обработке цветных металлов и ТЭЦ, две птицефабрики, очистные сооружения и др. За последние три десятилетия состояние геологической среды, водоемов и водотоков в районе Гайского промузла значительно ухудшилось. Река Елшанка условно делит территорию горно-обогатительного комбината на восточную и западную части (рирДЗ). В восточной части находятся шахта и карьеры, места складирования отвалов руд и пород и размещения прудов-отстойников и шламонакопителей. По данным геологической службы комбината и геолога B.C. Лунева отвал №2 имеет следующее строение (снизу вверх) 1Щ]: водоупорный слой - суглинки, глины и песчано-глинистый материал четвертичного и неогенового возраста; дресвяно-щебенисто-глыбовая масса выветрелых диабазов, андезито-базальтов, порфиритов; глыбы неизмененных андезито-базальтов, порфиритов, их туфов и туфо-брекчий, диабазов без сульфидной минерализации; глыбы и щебень липаритов, липаритодацитовых порфиров с редкой вкрапленностью сульфидов (пирит, халькопирит, сфалерит, борнит) и большим количеством обломков сплошных и вкрапленных медно-колчеданных и серно-колчеданных руд. Уже через 15 лет после начала эксплуатации месторождения, в конце 70-х гг. отвалы пород и руд достигли по высоте 40 - 65 м. Сформировался техногенный горизонт сернокислых, высокоминерализованные под отвальных вод. Они стекали в речки Колпачку и Елшанку. Потребовалось проведение специальных инженерных мероприятий для защиты окружающей среды. Рис. 4.1. Карта основных источников загрязнения г. Орска Условные обозначения: 1 - жилая застройка, 2 - отстойники и накопители, 3 - свалки, отвалы шламов и золы, 4 - основные области питания вод углеводородами, 5 - контуры водозаборов (ВДЗБ) и водозаборные скважины, 6 - кладбища, 7 - основные источники загрязнения и их номера по перечню: / -нефтеперерабатывающий завод (НПЗ); 2 - Южно-Уральский никелевый комбинат (ЮУНК); 3 - завод «Синтезспирт»; 4 - Орский завод по обработке цветных металлов (ОЗОЦМ); 5 - ТЭЦ; б - машиностроительный завод; 7 - Южуралмехзавод (ЮУМЗ); 8 - завод тракторных прицепов; 9 - завод железобетонных изделий (ЖБИ); 10 - асфальтобетонный завод, хлебокомбинат; 11 - ремонтно-строительное управление, мастерские, фабрика химчистки; 12 - очистные сооружения НПЗ; 13 - завод стройматериалов; 14 - завод металлоконструкций (ЗМК); 15 - комбинат стройматериалов (КСМ), автоколонны, базы, склады; 16 -кирпичный завод; 17 - мясокомбинат; 18 - вагонное депо; 19 - вагономоечная станция; 20 - «Сельхозхимия»; 21 - свинокомплекс; 22 - хранилище хлора.
Основные направления совершенствования системы природопользования
Влияние неочищенных сточных вод распространяется по наиболее ценным ландшафтным зонам - по речной сети, загрязняя поверхностные и пресные подземные воды аллювиальных отложений на десятки и даже сотни километров вниз по течению от каждого предприятия. Газопылевые выбросы автотранспорта загрязняют преимущественно двухсотметровую полосу вдоль дорог, главным образом, соединениями свинца и нефтепродуктами. Кроме автотранспорта газо-пыле-загрязнителями служат забои и автодороги карьеров, дробильные механизмы, фильтровально-сушильные отделения фабрик, ТЭЦ и металлургические цеха и предприятия цветной и чёрной металлургии.
Ряд мер, осуществлённых или намеченных к внедрению на Башкирском медно-серном комбинате, Учалинском и Гайском ГОКах резко снижают количество газопылевых выбросов. Это достигается за счёт перевода ТЭЦ и сушильных отделений на природный газ, за счёт совершенствования электрофильтров фильтровально-сушильных фабрик и внедрения в дробильных отделениях фабрик скрубберов в вентиляторных установках вместо сухих циклонов. Эффективность работы электрофильтров достигла 98-99%. Количество газопылевых выбросов в атмосферу только на предприятиях медной отрасли промышленности Урала снизилось за последние 10 лет более чем на 380 тыс. тонн. Экономический эффект от улавливания в составе пыли полезных компонентов превысит 1 млн. рублей в год в ценах 1984 года. Так, на Медногорском медно-серном комбинате за счёт ликвидации медно-серной плавки с переходом на плавку медных концентратов, за счёт утилизации серосодержащих газов, путём реконструкции системы очистки и охлаждения конверторных газов и газов сократительной плавки выброс вредных веществ снижен на 224.5 тыс. тонн в год. Запылённость воздуха в карьерах уже сегодня удалось снизить на 80 - 90% за счёт внедрения методов гидропылеподавления и систематической обработки дорог, например, сульфатно-спиртовой бардой в смеси с битумом, за счёт разработки специальной технологии дорожного покрытия. Таким образом, в настоящее время, основная масса загрязнений связана с разносом, развеянием и размывом отвалов и твёрдых отходов производства и со сбросом сточных вод. На предприятиях цветной металлургии основная масса компонентов-загрязнителей представлена так называемыми неконсервативными компонентами, то есть способными к деградации и локализации при определённых условиях. Это обстоятельство использовано в Оренбургском политехническом институте (ныне университете) при разработке принципиальной схемы локализации загрязнений. Загрязняющее влияние первого фактора снижается за счёт рекультивации отвалов, формирования почвенного слоя, насаждения травянистой, кустарниковой и древеснойрастительности в виде защитных полос, организации поверхностного и ливневого стока по системе сборных ливневых канав и бетонных лотков.
Одним из главных направлений борьбы с загрязнением среды является планомерное снижение забора свежей воды за счёт утилизации ливневых вод, увеличения кратности использования оборотной воды и снижения сброса сточных вод. По предприятиям медной промышленности Урала к 1991 году забор свежей воды удалось снизить на 44,5 млн. м3 в год и уменьшить сброс сточных вод в водоёмы на 15.4 млн. м3 в год [42]. Это достигнуто за счёт реконструкции существующей системы промышленного водопользования, например, за счёт расширения хвостохранилища на Башкирском МСК (3.5 млн. м ) и на Учалинской обогатительной фабрике (2 млн. м в год). Большинство предприятий региона при соответствующих усилиях и капиталовложениях могли бы перейти на бессточное водопользование. Для ряда предприятий медной отрасли имеются соответствующие проекты (Медногорский МСК, Учалинский ГОК, Башкирский МСК и др.). На Медногорском МСК только перевод рудной плавки на испарительное охлаждение позволил снизить потребление свежей воды и сброс сточных вод на 3 млн.м3 в год. Сбор, очистка и использование в обороте промливневых стоков позволит увеличить эту цифру ещё на 200 тыс.м3 в год. Крупные резервы по снижению водоёмкости производства имеются на Гайском ГОКе, где предстоит полностью исключить использование вод питьевого назначения в системах пылеподавления в шахтах, на обогатительной фабрике, ТЭЦ и др. Необходимо подчеркнуть, что с внедрением оборотного цикла водоснабжения и увеличением кратности использования воды возрастают концентрации в них ряда ценных компонентов и увеличивается возможность их утилизации. Институтом «Унипромедь» совместно с Уральским лесотехническим институтом разработаны, например, методы и способы получения из мышьяк-содержащих вод сернокислотных цехов антисептических растворов и паст, закупаемых сегодня за рубежом.
В Оренбургском политехническом институте (ныне университете) была разработана технология получения из сточных вод ряда ценных компонентов, обеспечивающая производство дефицитных удобрений. Дальнейшая доочистка сточных вод осуществляется путём использования искусственных карбонатно-силикатных смесей из местных материалов, путём биохимической и физико-химической очистки в искусственных прудах накопителях с последующей утилизацией на полях орошения кормовых и технических культур, садов и зелёных насаждений с учётом нормативов полива. Суть схемы заключается в автоматизации технологических процессов и в переходе к замкнутой системе водообеспечения. Локализация загрязнений осуществляется на геохимических барьерах [7,100].
