Введение к работе
Актуальность работы. В энергетической стратегии России на период до 2020 года определено, что целью энергетической политики является максимально эффективное использование природных топливно-энергетических ресурсов и потенциала энергетического сектора для роста экономики и повышения качества жизни населения страны. В то же время политика в области экологии состоит в последовательном ограничении нагрузки ТЭК на окружающую среду.
Достижение указанных целей сопряжено с рядом проблем, поскольку добыча и обогащение угля оказывают многофакторное воздействие на окружающую среду. Каждое предприятие горнодобывающего комплекса формирует вокруг себя зоны техногенного воздействия на все компоненты ландшафта: атмосферу, природные воды, грунты и почвы.
При этом отходы добычи, переработки и сжигания угля оказывают негативное влияние на состояние окружающей среды в течение многих десятилетий после прекращения указанной деятельности.
Вследствие того, что при подземной разработке месторождений технологические отходы, удаляемые в отвал, достигают 10-20 % от массы добываемого угля, за полуторавековой период разработки месторождений Подмосковного бассейна на поверхности земли скопилось более 300 млн. тонн горных пород с высоким содержанием ряда токсичных химических элементов.
Эти отходы сосредоточены в 200 породных отвалах, которые являются мощными рассредоточенными источниками аэрозольных и газовых выбросов. При этом окисление минералов, содержащих серу, под воздействием атмосферных осадков приводит к образованию серной кислоты, что обусловливает сильнокислотную реакцию выбросов.
Для отвалов характерно также значительное выделение в атмосферу пыли. Интенсивность этого процесса зависит от влажности горной массы, фракционного состава породной массы, а также от скорости ветра и других гидрометеорологических условий. Основное негативное влияние породной пыли заключается в воздействии на человека и природную среду содержащейся в ней серной кислоты и соединений таких опасных элементов, как мышьяк, свинец, хром и другие тяжелые металлы.
Поэтому тема работы, направленная на локализацию и ликвидацию негативных техногенных воздействий на окружающую среду является актуальной.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с тематическим планом НИР Научно-образовательного центра по проблемам рационального природопользования при комплексном освоении минерально-сырьевых ресурсов Аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 гг.)» (Per номер
2.2.1.1/3942) и Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (проект 2012-1.2.2-12-000-1013-017).
Целью работы являлось уточнение существующих и установление новых закономерностей загрязнения почв выбросами породных отвалов угольных шахт, а также ремедиации почв соединениями минерального железа и фитоэкстракции тяжелых металлов для разработки эффективных мер по локализации и ликвидации негативных техногенных воздействий на окружающую среду.
Идея работы заключается в том, что снижение деструкции окружающей среды в угледобывающем промышленном регионе достигается посредством ремедиации почв, основанной на оценке экологической ситуации, базирующейся на адекватных математических моделях загрязнения ландшафтов промышленными выбросами.
Основные научные положения, защищаемые автором:
одним из вредных факторов, оказывающих влияние на загрязнение прилегающих к отвалам угольных шахт территорий, является подкисленная породная пыль, содержащая загрязняющие вещества первого класса опасности;
поступление подкисленной породной пыли в почвы с нейтральной или щелочной реакцией приводит к десорбции содержащихся в пыли опасных загрязняющих веществ и миграции их по трофическим цепям;
снижение деструкции ОС в горно-промышленном регионе возможно обеспечить посредством ремедиации почв на основе прогноза экологической ситуации;
улучшение экологической ситуации в Подмосковном угольном бассейне можно достичь посредством рационального размещения промышленных предприятий и обоснованным выбором видов выращиваемых сельскохозяйственных культур;
на территориях, загрязненных выбросами объектов горно-перерабатывающей промышленности, рациональное размещение посевов зернобобовых культур способствует снижению загрязнения тяжелыми металлами, как почв, так и сельскохозяйственной продукции.
Новизна основных научных и практических результатов заключается в следующем:
разработана усовершенствованная математическая модель рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере с учетом сухих выпадений;
установлены зависимости содержания свинца, хрома и мышьяка в породной массе от уровня её рН и концентрации минералов железа;
выявлено, что валовое содержание таких опасных элементов как свинец, хром и мышьяк в некоторых отвалах угольных шахт в 2 - 7 раз превышает их максимальную концентрацию в ювенильной породной массе;
установлено, что концентрирование в породной массе свинца, хрома и мышьяка прямо пропорционально кислотности среды;
поступление вынесенной с отвала породной пыли в нейтральную или щелочную среду приводит к десорбции из неё опасных загрязняющих веществ и миграции их по трофическим цепям;
выявлено распределение ТМ в различных частях зернобобовых растений в зависимости от типа почвы и уровня её загрязнения;
разработана методика оценки и обоснования способов нейтрализации атмосферных выпадений.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:
корректной постановкой задач исследований, обоснованным использованием классических методов аналитической химии, математической физики и современных достижений вычислительной техники;
достаточным объемом натурных, лабораторных и вычислительных экспериментов, результаты которых свидетельствуют об адекватности разработанных моделей, эффективности технических решений, обоснованности выводов и рекомендаций.
Практическая значимость работы заключается в том, что мероприятия по ремедиации почв на основе фитоэкстракции поллютантов снижают уровень загрязнения окружающей среды выбросами предприятий горно-перерабатывающей промышленности, а также создают предпосылки для выращивания экологически чистой сельскохозяйственной продукции.
Апробация работы. Основные научные и практические результаты диссертационной работы обсуждены в процессе докладов и дискуссий на региональных, республиканских и международных конференциях: на научно-практической конференции с международным участием «Демидовские чтения» (Тула, 2008), на IV Всероссийской научно-технической конференции «Информационные системы и модели в научных исследованиях промышленности и экологии» (Тула, 2008), на 3-й Международной конференции по проблемам рационального природопользования «Проблемы создания экологически Рациональных и ресурсосберегающих технологий добычи полезных ископаемых и переработки отходов горного производства» (Тула, 2010), на IV-й молодежной научно-практической конференции студентов ТулГУ «Молодежные инновации (Тула, 2010) на 4-ой международной научно-практической конференции: «Современные проблемы науки» (Тамбов, 2011),на научных семинарах кафедры «Аэрология, охрана труда и окружающей среды» ТулГУ (Тула, 2008-2012 гг.).
Публикации. Основное содержание работы отражено в 15 статьях, из них 1- в издании, рекомендованном ВАК.
Объем работы. Диссертация изложена на 189 страницах машинописного текста, состоит из введения, 5 глав, заключения и содержит 19 таблиц, 56 иллюстраций, список литературы из 161 наименований.
