Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современное состояние научных разработок, посвященных комплексному экологическому мониторингу
1.1. Нормативные и законодательные положения в системе экологического мониторинга
1.2. Теоретические и методические положения в системе экологического мониторинга
ГЛАВА 2. Характеристика источников воздействия, расположенных на промышленной площадке медеплавильного комбината, на компоненты окружающей среды
2.1. Природные факторы формирования окружающей среды и геолого-гидрогелогические условия исследуемой территории
2.2. Техногенные факторы формирования окружающей среды и условия исследуемой территории
ГЛАВА 3. Методы изучения состояния основных компонентов окружающей среды. организация режимной сети и режимных наблюдений
3.1 Методы и методики исследований
3.2.Организация режимной сети и режимных наблюдений. Результаты режимных наблюдений
3.2.1 Организация режимной сети и режимных наблюдений атмосферного воздуха. Результаты режимных наблюдений
3.2.2 Организация режимной сети и режимных наблюдений снегового покрова. Результаты режимных наблюдений
3.2.3 Организация режимной сети и режимных наблюдений почв. Результаты режимных наблюдений
3.2.4 Организация режимной сети и режимных наблюдений растительности. Результаты режимных наблюдений
3.2.5 Организация режимной сети и режимных наблюдений поверхностых вод. Результаты режимных наблюдений
3.2.6 Организация режимной сети и режимных наблюдений подземных вод. Результаты режимных наблюдений
3.2.7. Анализ и обобщение результатов режимных наблюдений на объектах. Оптимизация режимной сети
ГЛАВА 4. Изучение сорьинского хвостохранилища как антропогенной системы. самоочищающая способность и защитные функции хвостохранилища
4.1 Характеристика хвостохранилища
4.2 Особенности физико-химических процессов Сорьинского 4 хвостохранилища
4.3. Анализ результатов режимных наблюдений за фильтрационными
водами Сорьинского хвостохранилища в пьезометрических створах
ГЛАВА 5. Программма экологического мониторинга -основной методологический и методический документ для рационального использования компонентов природной среды и минимизации воздействия на них на медеплавильном комбинате
Заключение
Список литературы
- Теоретические и методические положения в системе экологического мониторинга
- Техногенные факторы формирования окружающей среды и условия исследуемой территории
- Организация режимной сети и режимных наблюдений атмосферного воздуха. Результаты режимных наблюдений
- Особенности физико-химических процессов Сорьинского 4 хвостохранилища
Введение к работе
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.
Теоретические и методические положения в системе экологического мониторинга
Научная новизна работы заключается в совершенствовании подхода 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, основываясь 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 единого 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 мониторинга ОАО «Святогор», в «Программе локального мониторинга в зоне влияния промышленной площадки ОАО «Святогор» Проекты согласованы органами Ростехнадзоа и ФГУ «ЦЛАТИ по УрФО»; в «Проекте мониторинга Сорьинского хвостохранилища ОАО «Святогор», согласованным органами Ростехнадзора; в Проекте нормативов допустимых сбросов , в разделе «Условия формирования выпусков № 1 и № 2 промышленной площадки ОАО «Святогор», утвержденном на 2008 -2013 годы Федеральным Агенством водных ресурсов, согласованным органами Роспотребнадзора, Ростехнадзора, Росгидромета, Госкомитета РФ по рыболовству. Апробация работы. Основные положения докладывались на пятом (1999г), шестом (2001г), восьмом (2005г), 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, 5 глав и заключения, изложенных на 157 страницах машинописного текста, содержит 24 рисунка, 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 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
Техногенные факторы формирования окружающей среды и условия исследуемой территории
Экологический мониторинг (ЭМ) как система наблюдений, оценки и прогнозирования состояния окружающей природной среды и экологической обстановки на основе инструментальных и иных измерений показателей состояния, выделенных с этой целью объектов экологического мониторинга в соответствии с ГОСТ Р 8.589-2001 «Контроль загрязнения окружающей природной среды», обычно осуществляется через систему наблюдений за процессами, происходящими в зоне непосредственного влияния объектов мониторинга, опосредованного воздействия и вне данного вида воздействия этих объектов (фон). Локальный ЭМ выполняется с целью выявления тенденций количественного и качественного изменения состояния окружающей среды в пространстве и во времени в зоне воздействия объектов мониторинга. При этом под окружающей средой понимаем сумму компонентов природной среды (атмосферный воздух, почвы, недра, поверхностные и подземные воды, а также животный и растительный мир) и природно-антропогенных, а также антропогенных объектов.
Биосферный мониторинг, опираясь и дополняя био- и и геоэкологический , должен завершать систему «слежения» за окружающей средой - биосферой. Пока масштабы воздействия людей на окружающую среду были не столь велики, ее воссстановление было возможно за границей сферы производства. Однако при продолжающихся в настоящее время тенденциях возрастающего воздействия, естественная биосфера может быть уничтожена. Для предотвращения глобальной экологической катастрофы человечество должно принять концепцию устойчивого развития, в основе которой бережное отношение к природным ресурсам и экологическому потенциалу планеты и качественно новый подход к оценке воздействия загрязнителей на окружающую среду - биологический мониторинг окружающей среды.
Отечественными и зарубежными авторами описан и рассмотрен значительный круг вопросов , касающихся методических и теоретических основ экологического мониторинга. Истории геоэкологии как науки появящены работы Т. Мальтуса, А. Смита, Дж.П. Марша, Э. Реклю, В.В. Докучаева, А.В. Воейкова. Общая теория мониторинга окружающей среды, обоснование и определение основных принципов и связанных с ними понятий, развиты 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 других авторов.
Общая теория мониторинга окружающей среды , обоснование и определение основных принципов и связанных с ним понятий изложены в основополагающих работах И.П. Герасимова, Ю.А. Израэля. Ю.А. Израэль уточнил определение мониторинга окружающей среды , сделав акцент не только на наблюдении, но и на прогнозе изменений состояния окружающей среды, введя антропогенный фактор как основную причину этих изменений . Им была составлена одна из первых обзорных классификаций систем и подсистем мониторинга разных типов, которые подразделяются по признакам : типу решаемых задач, объектам наблюдений, пространственному уровню, методам реализации и др. В работах В.Д. Минченко выполнена типизация видов мониторинга с обоснованием пяти типов : мониторинг, окружающей среды, атмосферы, биосферы, поверхностных и подземных вод, литомониторинг. В трудах В.А. Королева обосновывается понятие простых и сложных ( комплексных) систем мониторинга, определяются уровни организации мониторинга. Низшим иерахическим уровнем является детальный мониторинг, реализующийся в пределах территории и масштабов хозяйственного комплекса, их объединение в более крупную сеть в пределах города или района образует систему мониторинга локального уровня, которые по мере укрупнения образуют региональную и национальную сеть мониторинга:
Теория и методология литомониторинга и мониторинга геологической среды изложены, в работах Г.К. Бондарика, Г.А. , Ролодковской; В.Т. Трофимова. : Термин литомониторинг введен в 80-х годах и в качестве объекта наблюдения рассматривает только литосферу. В работах В.К. Епишина; и В.Т. Трофимова подчеркивается целевая направленность литомониторинга не только на фиксирование параметров , но и на управление ими. По Г.К. Бондарику, литомониторинг - это система оценки состояния приповерхностной области литосферы , взаимодейсвующей с орудиями и продуктами труда и прогноза ее функционирования, «это подсистема мониторинга среды обитания человека, включающей техносферу».
Организация режимной сети и режимных наблюдений атмосферного воздуха. Результаты режимных наблюдений
Поскольку почвенный покров отражает результат многолетнего загрязнения, а исследуемая территория испытывает воздействие металлургического предприятия с 20-х годов 20 века , в почве накопились тяжелые металлы с высокими концентрациями, в несколько раз превышающие ОДК. Максимальное загрязнение приурочено к центральной части промышленной площадки, где естественный почвенный покров практически отсутствует (Zc 128), и северной части города (Zc= 64 -128). При удалении от границ промышленной площадки концентрация загрязняющих веществ снижается и в фоновых точках загрязнения почв либо не фиксируются , либо уровень загрязнения от слабоопасного (Zc = 8-16) до умеренно опасного (Zc = 16-32). Большая часть городской застройки находится в пределах области опасного загрязнения почв и грунтов ( Zc = 32-64), лишь в южной и северо-западной частях города загрязнение несколько ниже (Zc= 16-32). С
Отбор проб проводился в июне 2006г, 2007 годов. С тополя и березы, как ведущих видов растительности, отбирались лиственно-веточная проба -толщина веток, включая раздувы на них, не превышала 1 см. Отбирались только молодые побеги (текущего года) с деревьев, растущих на открытых полянах. Вес пробы 250-300г. Ветки срезались ножом или садовыми ножницами, промывались и высушивались.
Подготовка проб к анализу. В связи с тем, что влажные пробы не подлежат длительному хранению, все они, независимо от отобранного материала, подвергались сушке в помещениях или под навесом. Во избежание загрязнения не допускалась сушка на земле, а во время ветра (в пыльных местах) и дождя пробы закрывались полиэтиленовой пленкой. Дальнейшая подготовка проводилась с учетом особенностей отобранного материала. Сухие растительные пробы измельчались ножницами до фрагментов длиною 1-5 мм. Навеска воздушно-сухого материала массой около 10 г помещалась в сушильный шкаф, где при t=80 в течение шести часов доводилась до постоянного веса. Кварцевые чашки с пробкой ставились в холодный муфель, где температуру постепенно повышали до t=250-300C при открытой дверце для обеспечения свободного доступа воздуха к озоляемому материалу. Конечное озоление проводилось при температуре 450-500 С уже при закрытой дверце муфеля до постоянного веса золы. Выход золы учитывался количественно и использовался в дальнейших пересчетах. Обычно для получения однородной золы, лишенной примеси углей, требовалось от 5-8 часов до нескольких суток. Для более полного озоления пробу периодически разминали стеклянными пестиками и прокапывали дистиллированной водой.
Подготовка проб к анализу. Пробы подвергались сушке в помещении. Навеску воздушно-сухого материала массой около 10 г помещали в сушильный шкаф, где при t=80C в течение 2 часов доводили до постоянного веса. Навески помещались в беззольные фильтровые пакеты. После этого все пробы доставлялись в лабораторию и подвергались, после дальнейшей подготовки, количественному спектральному анализу в лаборатории УГГУ. Обработка результатов выполнена методом картографирования с использованием ПК SURFER, результаты представлены на рисунках 3.6, 3.7, 3.8,3.9,3.10. Значения ПДК приняты по «Экологическрй геохимии элементов» Иванова В.В.
Организация режимной сети и режимных наблюдений поверхностных вод. Результаты режимных наблюдений. Поверхностные воды опробовались и документировались по правилам и нормам гидрохимических исследований в количестве, обеспечивающем проведение необходимых анализов на микрокомпоненты. Одним из важнейших вопросов методики отбора проб является обеспечение их представительности. Положительное решение этого вопроса предполагает, что места отбора проб, их количество, условия и время их отбора обеспечивают достоверное изучение закономерностей изменения химического состава опробируемых объектов и исключают влияние различного рода естественных и искусственных факторов, существенных искажений и погрешностей либо обеспечивают возможность провести оценку и учет этих факторов. В значительной степени представительность каждой отдельной пробы и их совокупности зависит от соблюдения установленных правил отбора проб воды, обеспечения их по объемам,
Особенности физико-химических процессов Сорьинского 4 хвостохранилища
Изучение гидролиза и осаждения оксигидратов железа проводилось как в лабораторных условиях , так и в Сорьинском хвостохранилище. При анализе полученных результатов, учитываем, что содержание общего железа определяется суммарным содержанием основных его гидрокомплексов: Fe(OH)2, Fe(OH)3.
Таким образом, при смешении стоков со значительно различающимися значениями РН, в емкости хвостохранилища создаются предпосылки резкой смены окислительно-восстановительных условий, контролируемых процессами гидролитического равновесия. В продолжении этих процессов происходят процессы осаждения, соосаждения, адсорбции, ведущие к снижению содержания элементов в жидкой фазе, что для железа составляет 73.6%, для меди -14.2%, для цинка— 10.4%, для мышьяка- 2.9%.
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%), халькопирит и сфалерит ( до 5%), двуокись кремния ( до 28%), глинозем ( до 8%), барит, серицит ( до 20%). Следовательно, выведение из жидкой фазы шламов основных элементов загрязнителей группы тяжелых металлов в целом обеспечивается присутствием пирита и его преобладанием в составе хвостов обогащения, по как основного шлама, поступающего в емкость хвостохранилища. Твердые шламы представляют собой сорбент, представленный в основном окислами, гидроокислами железа, а также силикатами, алюмосиликатами, окисями и гидроокисями 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 в процессе обогащения сульфидных руд, производства меди и серной кислоты из отходящих газов металлургического производства и длительного хранения шламов этих производств, поступающих в единое хвостохранилище. Учитывая изложенное, можно предположить, что химический состав инфильтрата, формирующегося в хвостохранилище и фиксируемое в пьезометрах, контролируется значением РН в пределах 6.0 -7.3, соответствующим полному осаждению гидроокисей железа трехвалентного, меди, цинка, свинца, кадмия.
Качество воды в хвостохранилище определяется гидродинамическими и гидрохимическими факторами водного массива. С учетом расположения прудов- отстойников, которые имеют вытянутую форму в направлении
Ill преобладающих ветров, движение воды в прудах обусловлено ветровым течением, что позволяет использовать метод М.А. Руффеля для анализа лимитирующих гидродинамических влияний. Метод разработан для оценки разбавления сточных вод в озерах и на участках водохранилищ озерного типа , то есть на тех участках, где двищение воды обусловлено волновым течением. Ветровое воздействие приводит верхние слои воды в движение. 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. В результате воздействия ветра одного направления создается установившееся движение воды . Сорьинское хвостохранилище сильно вытянуто в одном направлении ( с юга на север длина равна 3100 метров) и при малом изменении глубин , эпюра скорости течения выглядит следующим образом: Эпюра скорости движения воды по глубине отстойного пруда в прямом и обратном ( компенсационном ) направлении. При этом в верхнем слое ( 0.4 глубины) течение имеет одинаковое с 112 ветром направление. Ниже этой глубины слой воды имеет течение обратное направлению ветра. При скорости ветра w= 5.5 м\сек скорость течения поверхностного слоя воды имеет v = 0.2 м\сек. Средние скорости для водоемов в диапазоне глубин от 3 до 15 метров составляют: - для верхней трети глубины - 0,106 м\сек - для средней трети глубины - -0.028 м\сек - для нижней трети глубины - - 0.078 м\сек.
Знак «минус» соответствует направлению течения обратному к поверхностному. При этом в параллелепипеды начального сечения потока поступает больший расход воды за счет подсоса некоторого количества воды из пруда - отстойника, чем расход сточных вод. За счет этого подсоса создается некоторое начальное разбавление поступающего стока. При дальнейшем перемещении начально-разбавленной загрязненной воды в хранилище она смешивается с находящейся в нем водой, чем обусловлено основное разбавление.
Исходя из этого выпуск в среднюю треть глубины не рекомендуется из-за скоростей течения близких к нулю, сто может создать область стойкого загрязнения водоема.
Потоки сточных вод, отводимые в хвостохранилище, существенно различаются по составу и объемам. В процессе многолетней эксплуатации в хвостохранилище сформировалась устойчивая гетерофазная система, обеспечивающая равновесие как между компонентами в растворе, так и между компонентами различных фаз: гипсовые и фосфогипсовые отложения на дне и стенках хвостохранилища, микродисперсные минеральные взвеси минеральной и органической природы, коллоиды, асцианты и др. Вновь поступающие потоки сточных вод являются возмущающими факторами существующего равновесия. Поэтому анализ динамики релаксаций состояния системы от поступающих загрязнений по компонентному, массовому и фазовому составу достаточно сложен. Принципиальная схема гидрохимической модели хвостохранилища представлена в таблице 4.4
