Содержание к диссертации
Введение
1. Природные условия районов железорудных горно металлургических комплексов 11
1.1.Физико-географические условия Среднего Урала 13
1.1.1. Рельеф 13
1.1.2 Климат 14
1.1.3. Почвенно-растительный покров 18
1.2. Гидрография и природные воды 25
1.2.1. О микрокомпонентах в природных водах 25
1.2.2. Поверхностные воды 31
1.2.3. Подземные воды 34
1.3 Геологическое строение, металлоносность и металлогения районов размещения железорудных месторождений 37
1.4 Геологическое строение и гидрогеологические условия района складирования отходов железорудного производства 45
Выводы 53
2. Состояние и техногенное воздействие железорудных горно-металлургических комплексов на окружающую среду 55
2.1 Характеристика железорудного комплекса 55
2.1.1. Горнодобывающее производство 57
2.1.2. Металлургическое производство 61
2.2. Железорудный горнометаллургический комплекс, как источник техногенного воздействия на окружающую среду 63
2.2.1. Техногенное воздействие пылевых выбросов горного производства на окружающую среду 64
2.2.2. Техногенное воздействие газопылевых выбросов металлургического производства на окружающую среду 66
2.2.3. Техногенное воздействие сточных вод на природные воды 72
2.2.4. Экологическое состояние отходов производства 76
Выводы 78
3. Методика проведения геоэкологического мониторинга 80
3.1. Изучение источников загрязнения 80
3.2. Изучение снежного покрова, почв, растительности и вод 83
3.3. Особенности методики работ при создании систем мониторинга на объектах складирования отходов производства . 90
3.4. Лабораторные работы 97
3.5 Камеральная обработка материалов 97
3.5.1. Обоснование критериев оценки экологического состояния компонентов окружающей среды.. 110
3.5.2 Прогноз состояния окружающей среды 122
3.5.3 Обоснование защищенности компонентов окружающей среды от загрязнения.. 125
Выводы 126
4. Исследование экологического состояния и разработка мероприятий по защите окружающей среды на основе локального мониторинга 125
4.1 Оценка загрязнения снежного покрова 128
4.2. Оценка загрязнения почв 150
4.3. Оценка загрязнения растительности 159
4.4. Прогноз загрязнения компонентов окружающей среды 161
Выводы 166
5. Исследование экологического состояния и разработка мероприятий по защите окружающей среды на основе детального мониторинга (на примере шламохранилища в пойме р. Тагил и шлаковых отвалов ОАО «НТМК»)
5.1. Мониторинг источников загрязнения... 168
5.1.1. Экологический мониторинг шлаковых отвалов 168
5.1.2. Экологический мониторинг шламохранилища в пойме р. Тагил 173
5.2. Мониторинг загрязнения снежного покрова 177
5.3. Мониторинг загрязнения почв 190
5.4 Мониторинг загрязнения растительности 199
5. 5. Мониторинг поверхностных и подземных вод 207
5.5.1 Шлаковый отвал на р. Сухая Ольховка 207
5.5.2 Шламохранилище в пойме р. Тагил 225
Выводы 235
Заключение 238
Список использованной литературы 241
- О микрокомпонентах в природных водах
- Техногенное воздействие газопылевых выбросов металлургического производства на окружающую среду
- Особенности методики работ при создании систем мониторинга на объектах складирования отходов производства
- Экологический мониторинг шламохранилища в пойме р. Тагил
Введение к работе
Актуальность работы. Геологическое развитие Уральской горной страны предопределило формирование здесь большого количества железорудных месторождений полезных ископаемых. В процессе добычи и переработки сырья в окружающую среду поступают загрязняющие компоненты, главным образом, металлы, создающие серьезную экологическую угрозу. Снижение загрязнения окружающей среды возможно путем соответствующих природоохранных мероприятий. Для обоснования и установления эффективности проведения таких мероприятий необходима оценка загрязнения окружающей среды на основе экологического мониторинга.
Опираясь на представления В.И. Вернадского, А.Е. Ферсмана, М.А. Глазовской, В.В. Добровольского, Дж. Фортескью, А.И. Перельмана, Ю.Е. Саета, Ю.А. Израэля, Э.К. Буренкова, В.В. Иванова, В.И. Осипова, В.А. Алексеенко, Ф.И. Тютюновой, B.C. Самариной, П.В. Елпатьевского, В.М. Гольдберга, В.А. Мироненко, В.А. Кирюхина, А.И. Короткова, В.Л. Бочарова, а так же уральских ученых A.M. Черняева, А.Я. Гаева, В.Н. Быкова, Г.А. Вострокнутова, О.Н. Грязнова, А.И. Семячкова и других, автор попытался оценить воздействие железорудных горно-металлургических комплексов на окружающую среду.
Особое значение проблема загрязнения окружающей среды приобретает в открытых структурах складчатых поясов Среднего Урала. Эти районы характеризуются повышенным содержанием элементов в компонентах окружающей среды, длительной историей отработки и переработки рудного сырья. Все это способствует развитию загрязнения окружающей среды, защита которой исключительно актуальна.
Объектом исследований являются железорудные комплексы Среднего Урала с городами Качканар, Кушва и Н. Тагил, а так же компоненты окружающей среды.
Цель исследований - разработать способы и приемы оценки воздействия железорудных горно-металлургических комплексов на окружающую среду на основе мониторинга и мероприятия по снижению этого воздействия.
Задачи исследований: 1) выявить факторы и закономерности природного распределения загрязняющих веществ железорудных горнометаллургических комплексов в окружающей среде Среднего Урала; 2) оценить железорудные горно-металлургических комплексов как источники воздействия на компоненты окружающей среды; 3) разработать методические приёмы проведения экологического мониторинга в пределах железорудных горно-металлургических комплексов; 4) исследовать формирования потоков и ареалов рассеяния загрязняющих веществ на основе локального и детального мониторинга с целью оценки, прогноза и регулирования техногенного воздействия железорудных горнометаллургических комплексов на окружающую среду.
Исходные материалы и методы исследований. Фактический материал, использованный в работе, собирался в полевых маршрутах совместно с научным руководителем и камеральным способом. Всего использовано 1600 проб различных компонентов окружающей среды. Охарактеризовано ее природное геохимическое состояние и техногенные циклы миграции химических элементов. Геоэкологические исследования выполнены автором в составе Уральского государственного горного университета.
Лабораторные исследования химического состава вмещающих пород и руд железорудных месторождений, техногенных образований, подземных и поверхностных вод, а также газопылевых выбросов и сточных вод выполнены подразделениями Департамента природных ресурсов по Уральскому региону. Использованы так же материалы по загрязнению воздуха, снегового покрова, почв, поверхностных вод Уральского управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. Автор принимал участие в обработке этих материалов. Использован фактический материал, полученный по аттестованным методикам с соответствующим метрологическим обеспечением, а так же результаты количественных анализов компонентов окружающей среды, характеризующие как естественные, так и техногенные циклы их миграции. Значительная часть этих материалов обработана лично автором.
Методы исследований. В работе широко применялись полевые и лабораторные методы, включая съёмочно-маршрутные работы, опробование, бурение, опытные работы, количественные химические и спектральные анализы. При обработке материалов использованы вероятностно-статистические и картографические методы и методы моделирования с применением компьютерных технологий.
На защиту выносятся:
1. Оценка экологического состояния объектов эксплуатации железорудных горно-металлургических комплексов, сформировавшихся под влиянием своеобразных физико-географических, геолого-металлогенических и техногенных факторов. Они обусловили наличие, наряду с природным, техногенного цикла миграции химических элементов с формированием ареалов и потоков рассеяния компонентов-загрязнителей, поступающих в окружающую среду в составе газопылевых выбросов, со сточными водами и от техногенно-минеральных образований.
2. Технология систем экологического мониторинга, включающая обоснование видов работ, сред и сети наблюдений в железорудных горнометаллургических комплексах локального и детального уровней. На основе систем локального и детального мониторинга необходима оценка загрязнения различных компонентов окружающей среды железорудных горно-металлургических комплексов, что предопределяет возможность прогнозирования состояния экологической ситуации и принятия эффективных природоохранных решений.
3. Комплекс технических и организационных мероприятий по защите компонентов окружающей среды со строительством очистных и рекультивационных сооружений для локализации выбросов и пылящих техногенно-минеральных образований, созданием геохимических и гидродинамических барьеров для предотвращения загрязнения поверхностных и подземных вод.
Научная новизна:
- установлены фоновые концентрации химических элементов в почвах, подземных и поверхностных водах для районов железорудных горнометаллургических комплексов Среднего Урала, которые рекомендуется использовать для оценки загрязнения окружающей среды этих территорий; доказано, что наиболее потенциально опасными элементами, превышающими предельно-допустимые концентрации, являются: ванадий, марганец, медь и цинк.
произведена оценка железорудных горно-металлургических комплексов как источников воздействия на компоненты окружающей среды; выявлена взаимосвязь загрязнения различных компонентов окружающей среды и построены прогнозные статистические модели, позволяющие оперативно принимать природоохранные решения.
Практическая значимость:
- разработана методика экологического мониторинга на локальном и детальном уровнях;
- разработаны мероприятия и выданы рекомендации по охране окружающей среды и совершенствованию системы природопользования на территориях железорудных горно-металлургических комплексов.
Реализация результатов работы произведена в период с 1999 по 2004 годы при разработке проектов природоохранных мероприятий на ОАО «Высокогорский горно-обогатительный комбинат», ОАО «Нижнетагильский металлургический комбинат» и ОАО «Качканарский горно-обогатительный комбинат».
Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждены на: научно-практической конференции «Экологические проблемы промышленных регионов», Екатеринбург, 2001; конференции «Современные проблемы гидрогеологии и гидрогеомеханики», С.-Петербург, 2002; на научных чтениях им. П.Н. Чирвинского, Пермь,2005; на семинарах геологического факультета и кафедры гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии Уральского государственного горного университета и других.
Публикации. По теме диссертации подготовлено и опубликовано 7 работ.
Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 237 наименований. Работа изложена на 184 страницах текста, содержит 86 рисунков и 96 таблиц.
Автор выражает глубокую благодарность и признательность научному руководителю, доктору геолого-минералогических наук, профессору кафедры гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии Уральского государственного горного университета А. И. Семячкову за большую помощь в выполнении работы, заведующему кафедрой, доктору геолого-минералогических наук, профессору О. Н. Грязнову и преподавателям кафедры за поддержку. Автор сотрудничал при этом с экологическими службами ОАО «Высокогорский горно-обогатительный комбинат», ОАО «Нижнетагильский металлургический комбинат» и ОАО «Качканарский горно-обогатительный комбинат», где внедрены результаты исследований. В работе использована также информация Уральской комплексной съёмочной экспедиции, Уральского управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, главного управления по технологическому, экологическому и атомнадзору по Свердловской области, главного • управления природных ресурсов по Свердловской области. Всем этим организациям и их сотрудникам автор выражает благодарность.
О микрокомпонентах в природных водах
Большая часть работ о микроэлементах в водах посвящена исследованиям пресных, минеральных и промышленных вод (А.Н. Третьяков, 1890; С. Никитин, 1910; А.Я. Губергриц, В.И. Наумов, 1954; В.Я. Кулакова, I960, Л.В. Славянова, 1963; И.Н. Шестов, 1967; Б.Н. Архангельский, 1968; и др). Вопросам поисков полезных ископаемых и гидрогеохимическим процессам посвящены работы Г.А. Вострокнутова, Ю.Ю. Бугельского, В.А. Кротовой, М.И. Зайдельсона, А.С. Вершинина, В.Ф. Ковалева, Н.С. Терещенко, А.И. Ковальчука, А.Я. Гаева, С.К. и О.М. Севастьяновых, А.И. Семячкова и др. [24, 25, 34]. Обобщающими являются работа A.M. Черняева и др. [212], сводка о встречаемости и средних содержаниях микроэлементов в водах зеленокаменных пород Среднего Урала [30, 31], исследования техногенных минерализованных растворов горно-металлургических комплексов и месторождений полезных ископаемых и разделы в монографиях [25,79,97,98, 129,140,141,143,163]. Химические элементы нашли применение в сельском хозяйстве, медицине и ветеринарии [33]. Установлено, что медь, цинк, йод, фтор, кобальт, никель, хром, марганец, ванадий, селен, молибден и др. присутствуют в водах, обладают биологической активностью и входят в состав белков и аминокислот. В одном случае они служат электрофильными центрами (кобальт, никель, хром), в другом — как бы «мостами» между ферментом и субстратом, в третьем — связаны витаминами и гормонами и оказывают влияние на процессы роста организма, клеточное деление, размножение, кровяное давление, кроветворение, тепло-, газообмен, тканевое дыхание и т. д. Недостаток или избыток микроэлементов в водах ведет к патологическим изменениям у человека, животных и растений. В живом веществе выявлено более 60 химических элементов. Биологическая роль определена у 35 из них, в ГОСТ на питьевую воду включена только часть из них, а для 20 медиками установлены предельно допустимые концентрации (ПДК) [47, 48, 78, 106, 112, 123, 138, 153, 195, 211]. Нами статистически обработано около пяти тысяч химических и количественных спектральных анализов более чем по тридцати микроэлементам. Кроме того, использованы анализы и других исследователей. Статистические данные по водам сопоставлены с данными по почвам, горным породам, твердому стоку и растительности. Установлено, что при переходе от таежных ландшафтно-климатических зон к более южным, изменяются состав и количество органического вещества, принимающего участие в биохимическом цикле. Малое количество атмосферных осадков на юге территории обусловливает преобладание окислительной среды и приобретение переходными элементами высших валентностей (S6+, Cu2+, Fe3+, Cr6+, V5+, Mo6+). Восстановительная среда здесь установлена локально, в солончаках. Угольная и органические кислоты в этих условиях нейтрализуются кальцием и натрием, обусловливая нейтральную и щелочную среду. В растворах резко снижается роль органического углерода и коллоидов и они становятся все более истинными, с преобладанием ионов первой, второй, шестой и седьмой групп таблицы Менделеева с большими радиусами и низкими валентностями. Наибольшую подвижность приобретают комплексные анионы (Мо02-4, СЮ42" и др.) [28, 32, 39, 50,218, 226]. С приближением к пустынной обстановке снижается степень влияния живого вещества на водную миграцию элементов, уменьшаются свободная энергия растворов и их растворяющая способность в связи с нейтральной или слабощелочной реакцией среды и отсутствием в них агрессивных компонентов. В гумидной зоне избыточное увлажнение обеспечивает развитие вод со слабокислой и кислой реакцией среды и ландшафтов кислых классов, в которых растения и животные испытывают недостаток Са, J, F, Со и избыток Мп,Н. Из факторов, влияющих на распределение микроэлементов в природных водах, первостепенное значение приобретают структурно-геологический и литологический. Горно-складчатый Урал с почти повсеместным дефицитом большинства и локальным избытком отдельных микроэлементов резко отличается от Предуралья, более благополучного в биогидрогеохимическом отношении [34]. Неравномерное распределение микроэлементов в горных породах отражается на распределении их в водах. Для горно-складчатого Урала характерен дефицит йода (вызывает эндемический зоб), фтора (кариес зубов), кобальта, меди и других тяжелых металлов (малокровие). Однако локально проявляется их избыток - в ореолах и ареалах сульфидных месторождений. Так, избыток фтора - более 1,5-2 и особенно 5-6 мг/л вызывает флюороз, а систематическое использование кислых вод, обогащенных тяжелыми металлами, способствует развитию у человека и животных заболеваний внутренних органов, токсикозов, костных заболеваний и т. д. Содержащие сульфиды месторождения развиты преимущественно на горно-складчатом Урале, а минерализация флюорита установлена и в Предуралье. Вторая гидрогеохимическая закономерность тесно связана с вертикальной поясностью. Чем выше рельеф местности, тем интенсивнее проявляется дефицит микроэлементов в водах. Это особенно характерно для приводораздельной среднегорной части Урала, менее - для возвышенностей Предуралья (Вятские увалы, Общий Сырт и др.). При переходе от районов геоморфологически приподнятых к равнинно-увалистым средние концентрации в водах многих микроэлементов возрастают в 2-3 раза. Такая же закономерность характерна для продуктов выветривания горных пород, почв и растений. Например, средние концентрации меди в подземных водах горно-увалистой части Урала значительно ниже (0,0006-0,001 мг/л), чем в районах Предуралья (0,0025-0,0032 мг/л). В горах биологические реакции организмов определяются недостатком микроэлементов [33, 86, 107, 221, 223]. Для горно-складчатого Урала нами исследовалось влияние ландшафтно-климатической, металлогенической, литолого петрографической и физико-химической неоднородности на миграцию микроэлементов в водах, а также частота встречаемости микроэлементов в составе жидкого и твердого стока. Жидкий сток осуществляется в форме ионов, молекул, комплексных соединений, коллоидов. Отложения твердого стока — это делювий, пролювий, аллювий. Опробовались наиболее тонкодисперсные фракции этих образований. По частоте встречаемости в водах микроэлементы делятся на три группы [34]: 1. Обнаруженные почти повсеместно: медь, никель, барий, титан, марганец и стронций. Исключение составляют воды гидрокарбонатно кальциево-магниевого состава Средней тайги, где встречаемость меди в водах резко снижается.
Техногенное воздействие газопылевых выбросов металлургического производства на окружающую среду
Рассеяние загрязняющих веществ в составе пылевых выбросов в горно-обогатительном производстве происходит в результате следующих процессов: 1) ветровой эрозии открытых поверхностей горных выработок, отвалов и шламохранилищ; 2) в процессе выполнения технологических операций: бурения, взрывания, выемки, погрузки, транспортировки, дробления.
Развитие процессов ветровой эрозии открытых поверхностей горных пород зависит от многих факторов: климата района, скорости ветра и характера его изменения у поверхности, турбулентности потока, связанности частиц породы, их гранулометрического состава. Основным параметром, характеризующим мобилизацию пыли, является её удельная сдуваемость (кг/км -год). При скорости ветра в пределах 0-5 м/с удельная сдуваемость пыли крупностью до 100 мкм незначительна и её изменение носит прямолинейный характер. С возрастанием скорости ветра свыше 5 м/с удельная сдуваемость увеличивается по параболической зависимости. Основным технологическим мероприятием по уменьшению количества пыли, сдуваемой ветром с открытых поверхностей, нарушенных ведением горных работ на исследуемых объектах, могут быть увлажнение пылящей поверхности водой. С её помощью удаётся снизить поступление пыли в атмосферу на 50 %.
Скорость образования пыли при бурении 2-3.5 кг/с. Даже при оборудовании станков пылеуловителями запыленность воздуха у станка достигает 1.5-1.6-104 мкг/м3. При работе буровых станков снижение пылевыделения достигается путём применения технологических мер (бурение на оптимальных режимах и специальными долотами) и эффективных пылеулавливающих установок.
Количество пыли, образующейся при взрыве, зависит от исходной трещиноватости горных пород. Чем она интенсивнее, тем меньше образуется пыли. При взрыве нагретые газы, поднимаясь вверх, увлекают пылеватые частицы и формируют газопылевое облако первоначально сферической формы. Концентрация пыли в облаке достигает 510-4250 мг/м3. Ветер определяет направление, скорость движения этого облака и в конечном счете характер разноса пыли, мобилизованной взрывом. Взрывные газы при расширении передают энергию воздуху в виде волн сжатия и растяжения, которые в свою очередь могут мобилизовать некоторое количество пыли. Мелкие фракции (10"4 мкм) образуют очень медленно оседающую (витающую) пыль. Осаждение ее ускоряется при атмосферных осадках. Сокращение пылевыделения при взрывных работах осуществляется за счёт организационно-технологических и инженерно-технических мероприятий. Одним из организационно-технологических мероприятий может являться проведение взрывов при благоприятном направлении ветра, с тем, чтобы большая часть пыли осела в карьере. Инженерно-технические мероприятия должны включать в себя обеспыливание с помощью внешних, внутренних и комбинированных гидрозабоек скважин, эффективность которых достигает 50-90 %, забоек скважин снегом и льдом, сокращающих пылевыделение в 3-5 раз.
Всего на среднем по размерам карьере в течение года формируется (5-10)х103 т пыли, в пропорции 1 т пыли на каждые 10000 т добытой горной массы. Грубые фракции распределяются в пределах карьера, часть пыли выносится за его пределы. При добыче в 1999 году 500 тыс. т руды выбросы пыли по Волковскому руднику составили 57.9 т.
Выбросы агломерационного производства могут быть технологическими, образующимися в процессе спекания агломерационной шихты, охлаждения агломерата, обжига окатышей, и неорганизованными, образующимися в процессе дробления шихтовых материалов, их грохочения и перегрузок при транспортировке. Пыль технологического происхождения представляет собой конгломерат частиц различного химического, минералогического, а также гранулометрического составов. Агломерационная пыль в каждом конкретном случае более однородна по химическому составу, и диапазон частиц ее сравнительно узок. В целом при агломерации удельный выход пыли на 1 т агломерата достигает 25-30 кг. Значительная часть крупных фракций пыли задерживается в коллекторе машины, поэтому с выходящими из агломерационной машины газами уносится от 5 до 20 кг пыли в расчете на 1 т агломерата при среднем около 11 кг.
В агломерационном производстве необходимо подвергать очистке от пыли: газы агломерационных машин (в них содержится до 7 кг пылевых выбросов на 1 т агломерата); выбросы охладителей агломерата и возврата (в газах после барабанных охладителей содержится до 1.2 кг пыли на 1 т агломерата); вентиляционные выбросы дробилок измельчения, грохотов, бункерных устройств, транспортёров. Наиболее применяемыми методами очистки выбросов в агломерационном производстве могут являться очистка газов в батарейных циклонах с последующей очисткой в центробежных скрубберах, трубах Вентури, а также в электрофильтрах со степенью очистки 90-95 % и остаточной запылённостью 0.1-0.3 мг/м3.
Пылевые выбросы доменного производства включают в себя выбросы пыли с колошниковым газом, на тракте движения сырья и продуктов плавки. С колошниковым газом из доменной печи выносится большое количество колошниковой пыли. Вынос пыли из доменных печей 25-150 кг/т чугуна. Значительное количество пыли выделяется в атмосферу из межконусного пространства. Удельный выброс пыли достигает 4-15 кг/т чугуна. Содержание пыли в газе, выбрасываемом из межконусного пространства, в среднем равно 400 г/м .
Неорганизованные выбросы на тракте движения сырья формируются при разгрузке вагонов, перегрузке руды грейферами, подаче руды на бункерную эстакаду и на других объектах. Удельное выделение пыли на рудном дворе ориентировочно равно 50 г/т чугуна. Выделение пыли на бункерной эстакаде составляет 20 г/т чугуна. Пыль в подбункерном помещении выделяется при работе вагон-весов, грохотов, лебедок и других механизмов, а также при транспортной подаче материалов. Удельное выделение пыли в подбункерном помещении, оборудованном вагон-весами, составляет в среднем 0.8-1.2 кг/т чугуна.
Неорганизованные выбросы при движении продуктов плавки происходят в основном от леток чугуна и шлака, желобов и участков слива и ковшей. Максимальное количество пыли выбрасывается во время выпуска чугуна и шлака. Пыль удаляется через фонари литейного двора. Общее выделение пыли с поверхности желобов и ковшей составляет 400-700 г/т чугуна, в том числе 160 г/т чугуна удаляется через фонари литейного двора (табл. 2.3).
Особенности методики работ при создании систем мониторинга на объектах складирования отходов производства
Для определения константы скорости растворения (1/сут) проводился фильтрационный опыт. В специальную колонну (фильтрационную) засыпался исходный материал (доменный, мартеновский или конверторный шлак), отобранный в местах отгрузки его на отвал ("шлак свежий"). Затем через шлак пропускалась дистиллированная вода, предварительно аэрированная до ХПК 3.9 мг/л ( (что соответствует содержанию в атмосферных осадках).
Опыт желательно проводить вплоть до полного выноса растворенного вещества, однако, (при очень медленном выносе) его можно прекратить после более или менее заметного снижения содержания вещества в фильтрате.
Результаты экспериментов по выщелачиванию загрязняющих веществ из шлаков приведены в главе 5 и показали, что наибольшим загрязняющим эффектом обладает доменный шлак, а наибольшей скоростью выщелачивания обладают черные металлы - железо, ванадий и марганец. Цветные металлы из шлаков выносятся достаточно долго (десятки лет).
Мониторинг экологического состояния компонентов окружающей среды районов железорудных ГМК проводился согласно известным методическим рекомендациям [108, 111], с учетом местных условий. Пункты опробования снежного покрова, почв и растительности территории Качканарского ГОКа представлены на рис. 3.1.
Снежный покров. При отборе проб снега учитывались ландшафтно-геохимические условия. Поэтому на 1 этапе работ, до наступления зимнего периода, проводилась рекогносцировочная оценка местности и предварительный анализ ландшафтно-геохимической информации. Особое внимание уделялось литогенной основе ландшафта и характеру растительного покрова. В итоге выделены ландшафты, типичные для изучаемой местности. Пробы снега отбирались методом „конверта". Размер элементарной площадки единичной снеговой пробы обычно 0.01 м2, сборной - 0.05 м2. При этом количество талой воды составляло не менее 2 литров, количество взвесей (пыли) - не менее 1 грамма. Снег опробовался, как правило, в конце февраля-марта месяца на всю мощность. Нижний слой снега мощностью 5 см отбрасывался, чтобы исключить влияние почвенных частиц. При документации указывались: №№ пикетов (проб), привязка, дата отбора, площадь и мощность опробованного снегового покрова, визуальные особенности снега, погода, виды анализов. Снег упаковывался в полиэтиленовые мешки и доставлялся в лабораторию.
Получение проб талой воды осуществлялось в режимах быстрого и медленного таяния. Талая вода первоначально фильтровалась через специально подготовленный плотный фильтр. После завершения фильтрации замерялось количество фильтрата с последующим разделением на виды анализов. Пробы на определение металлов в количестве 0.5 дм подкислялись 1-2 мл НС1 марки ХЧ до рН = 2 и подвергались дополнительной декантации в полиэтиленовых белых емкостях в холодильной камере.
Для проверки отсутствия коллоидных частиц в растворе проводилось спектрофотометрическое изучение фильтрата в сравнении с дистиллированной водой. После фильтрации остаток на фильтре высушивался, доводился в эксикаторе до постоянного веса и взвешивался на аналитических весах с точностью до 0.1 мг. После этого он подвергался бинокулярному просмотру с целью удаления крупнодисперсных примесей вещества природного происхождения (песок, растительные остатки и т. д.). После отделения таких крупных частиц фильтр с пылью разрезался на три равные части. Если взвеси достаточно (более 300 мг), она отделялась от фильтра, при малом количестве - распределялась равномерно по площади. Химическая пробоподготовка осуществлялась методом мокрого озоления.
Пробоподготовка почв производилась согласно многочисленным методическим рекомендациям (РД 52.18.191-89, РД 52.18.289-89 и др.). Для определения валового содержания элементов пробы почв высушивались, просеивались через сито 1 мм и растирались до состояния пыли.
Полевые работы проведены согласно [148] в зоне воздействия шлаковых отвалов ОАО «НТМК» осенью 2001 г. и 2003 г. Пробы почв отобраны по всему периметру отвалов на расстоянии от него 25, 50, 100, 250 и 500 м. Расстояние между профилями 300 м. Для обеспечения необходимой представительности в каждом пункте опробования отбиралось пять проб почв методом "конверта", которые затем объединялись в одну сборную пробу. Опробование в 2001 г. произведено из 2-х горизонтов А и В соответственно с глубины 5 и 25 см, а в 2003 г. только из горизонта А. Всего отобрано в 2001 г. 130 проб почв, а 2003 г. 65 проб. Лабораторные работы в 2001 г. проводились в химической лаборатории УГГТА и включали исследование содержания тяжелых металлов в почвах: Fe, Мп, Ті, V, Cr3+ , Си, Zn и Со. По первым четырем элементам согласно ГОСТ 17.4.2.01-83 изучено валовое содержание, а по остальным подвижные формы. Кроме этого определялись рН и Eh среды с помощью потенциометра. Лабораторные
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. Навеску воздушно-сухого материала массой около 10 г поместили в сушильный шкаф, где при t = 80 в течение около шести часов довели до постоянного веса. Кварцевые чашки с пробой ставились в холодный муфель, где температуру постепенно повышали до t = 250-300С при открытой дверце для обеспечивания свободного доступа воздуха к озоляемому материалу. Конечное озоление проводилось при температуре 450-500С 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.
Экологический мониторинг шламохранилища в пойме р. Тагил
Шламохранилище расположено на северо-западной окраине города, в лесном массиве, в 1.0 км юго-восточнее пос. Песчаный. Оно удалено от основной промплощадки предприятия на 8-9 км. В геоморфологическом отношении оно приурочено к заболоченной правобережной пойме р. Тагил, занимая собой 2/3 ее ширины, и удалено от русла водотока на расстояние от 50 до 100 м.
Шламохранилище построено в 1972 г. по проекту Свердловского отделения "Союзводоканалпроект". Позднее оно наращивалось и реконструировалось по проектам "Уралводоканалпроекта". Генеральная строительно-монтажная организация - «Уралтяжэкскавация» Минтяжстроя СССР. При строительстве первой очереди шламонакопителя, в соответствии с проектом осуществлена отсыпка первичных дамб до отметки 186 м. При строительстве второй очереди наращивались дамбы до отметки 189.0 м. На период 1983 года емкость шламохранилища была практически заполнена до отметки ограждающих дамб 189,00 м, и производилось наращивание дамб до отметки 192,00 м. Проект наращивания дамб до отметки 192.00 выполнен в 1983 году в одну стадию в качестве противоаварийных мероприятий. В 1985 году был разработан проект поддержания мощности шламового хозяйства ТЭЦ и МОФ Лебяжинского рудника НТМК, где решался вопрос дальнейшего наращивания дамб шламохранилища с целью обеспечения емкости на срок эксплуатации 4 года (IV очередь), которая не была реализована. Шламохранилище односекционное, площадь зеркала пруда - 42 га. Емкость сооружения образована тремя дамбами. Строительство дамбы осуществлялось методом послойного уплотнения: А) с отсыпкой камня послойно; Б) с устройством ядра и экрана из суглинка; В) с планировкой гребня и верхового откоса; Г) с подсыпкой по гребню уплотняющего слоя из крупнозернистого грунта; Д) с креплением верхового суглинистого откоса дамбы камнем. Суглинок добывали в карьере экскаватором и транспортировали к месту укладки автомобильным транспортом. Дно шламохранилища выполнено глиной и суглинком.
Шламохранилище эксплуатировалось в два этапа, разделенных между собой десятилетним перерывом. Первый продолжался с 1974 г. по 1985 г., а второй - с марта 1995 г. по настоящее время. Первоначально оно предусматривалось для гидрозолоудаления ТЭЦ НТМК и хвостов обогатительной фабрики Лебяжинского рудника и называлось золоотвалом и хвостохранилищем. Фактически же вместе с золой ТЭЦ в него откачивались шламы газоочисток доменных печей. С 1976 г. шламы газоочисток с доменной печи №5 стали отправляться в цех утилизации шламов - вместе с аналогичными отходами доменной печи №6. Согласно отчетов предприятия по форме 2-ТП (отходы) во время второго этапа использования сооружения в нем заскладировано около 70.1 тыс.м3 шламов газоочисток доменных печей и 5.4 тыс.м3 золы ТЭЦ. Хвосты обогащения Лебяжинского рудника складировались на этом участке до 1985 г. С 1974 г. по настоящее время в шламохранилище заскладировано 1.98 млн.м3 отходов. При полезной емкости сооружения 2.7 млн.м оно заполнено на 73%. В него можно заскладировать еще около 0.7 млн.м3 различных отходов.
В настоящее время эксплуатация шламохранилища осуществляется котельным цехом ТЭЦ круглосуточно. В состав шламового хозяйства входят: 1. Локальная система гидрозолоудаления с сооружениями по подаче стоков от ТЭЦ до Ивановского карьера: а) эрлифтная установка на ТЭЦ; б) напорно-самотечные шламопроводы от ТЭЦ до Ивановского карьера. 2. Локальная система хвостового хозяйства Лебяжинского рудника, включающая: а) напорный гидротранспорт хвостов от МОФ до корпуса сгущения хвостов (КОХ); б) КОХ с системой ленточных транспортеров, обеспечивающих складирование хвостов песчаных фракций в обезвоженном состоянии в отработанный карьер «Западный пояс»; в) самотечный гидротранспорт от КОХ до Ивановского карьера для удаления шламовой составляющей хвостов. 3. Объединенная система гидрозолоудаления ТЭЦ и шламоудаления МОФ от Ивановского карьера до шламохранилища в пойме р. Тагил. Осветленная вода через водосбросный колодец и отводящий канал сбрасывается в русло р. Тагил. Шламохранилище по основным параметрам соответствует проекту 3 очереди (табл. 5.4). Шламохранилище имеет сплошное зеркало воды. Контроль за уровнем воды осуществляется ежедневно по водомерным рейкам с оформлением результатов в соответствующем журнале, хранящемся на шламовой насосной. Одновременно с этим производится визуальный осмотр всех гидротехнических сооружений: визуальный осмотр водослива 1 раз в декаду; детальный осмотр ливнеотводных сооружений - 2 раза в год - весной и осенью. Намечается строительство сухого золоудаления для ТЭЦ и консервация шламохранилища в ближайшие годы. В 2001 году специалистами Управления охраны природной среды ОАО «НТМК» составили паспорт шламохранилища, и оно занесено в кадастр техногенных месторождений. Шламы, заскладированные в шламохранилище в дальнейшем предполагается использовать в качестве сырья для аглофабрик. соответствии с отчетными данными 2001 года в шламохранилище заскладировано на 31.12.2001г- 182 138,0 т шламов. Шлаки и золы котельные образуются в котельном цехе ТЭЦ комбината в результате сжигания угля в котлах. Класс опасности: не опасны. Химический состав золы ТЭЦ (усредненный), %: БіОг - 46,0; А120з - 31,0; СаО - 6,6; MgO - 2,4; FeO -4,0;Fe2O3 - 4,76; MnO - 2,1; P205 -0,34; S -0,39. Норматив образования данного вида отходов зависит от качества углей и их зольности и составляет 12-20%. В шламохранилище заскладировано на 31.12.2001 г - 4 382,7 т золы ТЭЦ. В последние годы уголь на ТЭЦ не используют, котлы работают на газе и данный вид отхода не образуется. В настоящее время осветленные сточные воды и формирующиеся в пределах шламохранилища атмосферные осадки через водосборный колодец сбрасываются в р. Тагил. Все окна (шандоры) открыты, а уровень стабильный. Для отвода дождевого стока и талых вод вокруг шламохранилища сооружена нагорная канава, открывающаяся в р. Тагил. В последние годы аварийные ситуации с утечками стоков не зафиксировались. Предприятием разработаны и утверждены нормативы предельно-допустимых сбросов по 13 показателям. Регулярно составляются и согласовываются с природоохранными органами графики контроля за выпуском стоков в р. Тагил. Лаборатория по охране водного бассейна осуществляет контроль дренирующих вод в р. Тагил (рис 5.1).
