Содержание к диссертации
Введение
1 Современное состояние проблемы в системе обращения с отходами в горнопромышленной отрасли 10
1.1 Экологические аспекты в системе обращения с отходами 10
1.2 Образование техногенных массивов 20
1.3 Формирование техногенного массива железорудного предприятия ОАО «Михайловский ГОК» 31
1.3.1 Климатогеографическая характеристика района 31
1.3.2 Геологические сведения о районе промышленного объекта 33
1.3.3 Гидрогеологическая характеристика месторождения 36
1.3.4 Общая технологическая схема комбината 38
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 1: 44
2 Исследование воздействия техногенного массива хвостохранилища ОАО «Михайловский ГОК» на природную среду 45
2.1 Общие положения 45
2.2 Воздействие техногенных массивов Михайловского ГОКа на атмосферный воздух 48
2.3 Воздействие техногенных массивов Михайловского ГОКа на приповерхностные отложения и растительный покров 71
2.4 Воздействие ОАО "Михайловский ГОК" на организм человека 112
Выводы к главе: 125
3 Оценка экологической опасности воздействия хвостохранилища ОАО «Михайловский ГОК» на природную среду 127
3.1 Предотвращенный эколого-экономический ущерб от загрязнения водной среды 131
3.2 Предотвращенный эколого-экономический ущерб от загрязнения атмосферного воздуха 134
3.3 Предотвращенный эколого-экономический ущерб от ухудшения качеств почв и земель 136
3.4 Предотвращенный эколого-экономический ущерб от потери потенциального минерального сырья 139
Выводы к главе 3: 141
4 Анализ отходов обогащения железорудного производства и формирования техногенных месторождений 142
4.1 Анализ отходов обогащения железорудного производства и формирования техногенных месторождений 142
4.2 Анализ способов закрепления пылящих поверхностей на горных предприятиях 157
4.3 Влияние крупности дисперсных материалов на аэрационные свойства и эффективность способов связывания 177
4.4 Рекультивация техногенных массивов 198
4.5 Способ изоляции техногенного месторождения МГОКа 207
4.6 Организация работ по рекультивации территории хвостохранилища.226
Выводы к главе: 233
Заключение 234
Литература
- Формирование техногенного массива железорудного предприятия ОАО «Михайловский ГОК»
- Воздействие техногенных массивов Михайловского ГОКа на приповерхностные отложения и растительный покров
- Предотвращенный эколого-экономический ущерб от загрязнения атмосферного воздуха
- Влияние крупности дисперсных материалов на аэрационные свойства и эффективность способов связывания
Формирование техногенного массива железорудного предприятия ОАО «Михайловский ГОК»
Интенсивное накопление и образование насыпных грунтов связано, в первую очередь, с разработкой месторождений полезных ископаемых и последующей переработкой (обогащением) извлекаемого минерального сырья. Только на карьерах Курской магнитной аномалии (КМА) объем вскрышных пород составляет почти 80 млн.м3 в год, из них используется менее 15 %. При современной технологии выплавка 1 т. чугуна сопровождается образованием в среднем 1,2 т. отходов обогащения и 0,9 т. золы. За период 1970-2005 гт. произошло примерно 3-кратное увеличение добычи сырья. По ориентировочной оценке, объем насыпного грунта в горно-добывающей промышленности составил в конце XX столетия около 2000 млрд.м3. [32]
Огромные массы насыпных грунтов образуются также в результате инженерно-строительной деятельности (возведение различных земляных сооружений), в гидротехническом, энергетическом, транспортном строительстве, а также при освоении подземного пространства городов.
Специфический вид техногенных массивов представляют свалки промышленных и бытовых отходов, количество которых в мире ежегодно возрастает. Так, функционирование города с населением 1 млн. жителей связано с образование отходов, которые ежегодно складируются на территории около 40 га двухметровым слоем отсыпки. Ежегодный объем складирования бытовых отходов составляет более 0,5 млдр.м3.
Намывные массивы в горнотехнической практике формируются преимущественно при складировании разрабатываемых гидравлическим способом вскрышных пород (гидроотвалы), гидравлической укладке отходов обогащения твердых полезных ископаемых (хвостохранилища) и золошлаков ТЭЦ (золоотвалы), а также в шламонакопителях специальных типов, предназначенных для длительного хранения различных отходов производства.
Влияние на окружающую среду намывных сооружений, в которых складируются сотни миллионов кубических метров отходов обогащения полезных ископаемых, носит региональный характер. Намывные горнотехнические сооружения являются объектами повышенной экологической опасности с учетом возможностей загрязнения воздуха, подземных и поверхностных вод, почвенного покрова на обширных территориях. Так площадь хвостохранилища на Михайловском ГОКе составляет порядка 30 км2, а зона его воздействия в несколько раз превышает эту площадь.При традиционной технологии намыва во внутренних зонах гидроотвалов и хвостохранилищ формируются мощные (до 50-100 м) толщи тонкодисперсных материалов, находящихся в течение десятилетий в неуплотненном состоянии, что определяет их низкую несущую способность и исключает возможность использования намывных территорий. Водонасыщенные слабоуплотненные массивы могут создавать угрозу затопления прилегающих площадей, слабая водоотдача тонкодисперсных отложений обусловливает медленный водооборот и потребность в значительных дополнительных объемах воды для подпитки гидроустановок.
Термин "техногенные наносы" характеризует маломощные техногенные массивы, имеющие большую протяженность (донные отложения временных и постоянных водных потоков) или площадь (наносы пыли, искусственные почвы, донные отложения озер и морей). Техногенные наносы являются самым распространенным типом техногенных массивов, они формируются на территориях крупных промышленных центров, а также за их пределами. Кроме того, их формирование обусловлено водной и воздушной миграцией взвешенных частиц и других поллютантов с территорий насыпных и намывных массивов. Примером этого могут служить территории техногенных наносов в зоне воздействия Михайловского ГОКа, площадью более 7,5 тыс.км2.
Другой причиной формирования техногенных наносов являются промышленные сбросы в реки и озера. Так, в результате инфильтрации сточных вод с территории хвостохранилища Михайловского ГОКа, а так же сбросов неочищенных карьерных вод в реке Песочная сформировался техногенный нанос на протяжении 5-7 км со средней мощностью техногенного отложнения 0,3 м.
Техногенные массивы по составу и свойствам можно подразделить на однородные и неоднородные. Техногенные массивы горнодобывающей и горноперерабатывающей отраслей промышленностей, как правило, являются неоднородными, в следствии различия отложений в гранулометрическом и химическом составе складируемых отложений.
В результате воздействия воды, кислорода, всевозможных химических реагентов, гравитационных и миграционных процессов происходит дифференциация вещества в объеме техногенного массива. Рудные минералы при этом растворяются, ионы тяжелых металлов вовлекаются в миграционные потоки и вновь закрепляются в твердой фазе с помощью адсорбции на глинистом материале, либо в виде собственных минералов. Далее уже связанные и закрепленные элементы вновь вовлекаются в миграционные потоки, переносятся и вновь закрепляются. В результате многократного переотложения в объеме техногенного массива формируются зоны выноса и зоны скопления полезных компонентов, то есть по существу происходит образование месторождения.
Воздействие техногенных массивов Михайловского ГОКа на приповерхностные отложения и растительный покров
В районах расположения предприятий по добыче и переработке минерального сырья техногенные массивы являются одним из основных источников нарушения и загрязнения различных компонентов природной среды, что вызывает необходимость изучения их негативного воздействия. Исследование предполагает решение следующих задач: определение характера опасности и природы загрязнения окружающей техногенные массивы среды; изучение путей миграции загрязняющих компонентов; определение объектов экологической защиты.
Основной сложностью в проведении исследования и оценки воздействия техногенных массивов является отсутствие общепринятых критериев опасности для объектов экологической защиты - человека, природных ландшафтов и их компонентов, а также временных диапазонов, в течение которых эти критерии оцениваются.
Совет по вопросам экологии при EEC охарактеризовал состояние исследований, ведущихся в районах хранилищ отходов, следующим образом:
опасность воздействия техногенных массивов на природную среду определяется качественно, при полном отсутствии количественных оценок;
способ определения масштабов опасности основан на методе выборочных проб, что не исключает возможности неполного охвата изучаемого объекта (это относится к массиву отходов, загрязненной среде и путям распространения), что особенно важно при установлении типа и определении объема вредных веществ в отходах;
сведения о масштабах опасности ограничены вследствие: неполных данных о составе и количестве вредных веществ и их производных; отсутствия необходимых параметров для определения состава этих веществ; отсутствия достаточных сведений о свойствах и распространении веществ и их производных в охраняемых средах; недостаточных сведений о соотношении между физико-химическими свойствами веществ и их воздействиями; отсутствия единых и общепринятых критериев оценки их воздействия. В этой связи исследования [90] негативного воздействия техногенных массивов на природную среду предлагается проводить, исходя из следующих положений: все соединения, содержащиеся в отходах, пыли и пр. не обладают ни одинаковым видом воздействия на людей и ландшафт, ни одинаковой вредностью (рис.6); хранилища отходов, отвалы, загрязненные территории представляют собой высокий и продолжительный риск загрязнения подземных вод (реальный риск загрязнения зависит от расстояния между хранилищем и водозабором, эксплуатационным дебитом водозабора, гидрогеологических условий); техногенные массивы представляют риск загрязнения поверхностных вод, которые используются для питьевого водоснабжения, хозяйственно-бытовых нужд, ирригации; техногенные массивы представляют опасность загрязнения воздуха пылью; техногенные массивы могут представлять опасность прямого контакта человека с заскладируемыми отходами: - при попадании вредных веществ на кожу; - при вдыхании токсичных веществ, выделяющихся с поверхности хранилища; техногенные массивы могут представлять опасность загрязнения приповерхностного слоя, культивированных на нем растений, интоксикации людей и животных после некачественно проведенной рекультивации; техногенные массивы провоцируют нарушение стабильности поверхности и негативные ландшафтные преобразования.
Предотвращенный эколого-экономический ущерб от загрязнения атмосферного воздуха
В зоне функционирования техногенного массива происходят существенные изменения среды, заключающиеся в следующем: техногенный массив является литохимическим ореолом загрязнения; за пределами территории, занятой техногенным массивом, происходит формирование переотложенных литохимических ореолов и связанные с ними нарушения и загрязнения почвенного покрова, растительности и пр.; временными и постоянными потоками из техногенного массива выносятся и переотлагаются породы, что служит причиной формирования литохимических потоков загрязнения; инфильтрация атмосферных осадков, поверхностных и подземных вод через тело техногенного массива приводит к формированию гидрогеохимических ореолов и потоков загрязнения; в результате ветровой и водной эрозии происходят потери минерального сырья из тела техногенного массива.
Эрозия, которой подвергаются техногенные массивы, протекает в виде физического и химического разрушения отложений, при этом продуктами эрозии являются выносимые в окружающую среду механические взвеси дисперсных минеральных частиц в воде и воздухе, химические растворы, а также остающиеся на месте переработки измененные отложения.
На интенсивность эрозии оказывают влияние естественные факторы (воздушные и водные потоки, температурные изменения, миграции поровых растворов - электролитов) и техногенные (например, воздействие тяжелого горнотранспортного оборудования и различных механизмов), а также внутренние факторы (например, физические и химические свойства, состав, структура отложений, определяющие механическую и химическую прочность пород).
Эрозионные процессы отрицательно действуют на окружающую среду, вызывая: необратимые изменения структуры и состава почв - снижение водопрочности и механической прочности агрегатов с последующим ухудшением агрофизических свойств почв; разубоживание гумусного и солевого состава почв; изменение их водоудерживающей способности; необратимые изменения состава, структуры и свойств используемых при рекультивации потенциально плодородных пород; загрязнение почв и почвогрунтов продуктами эрозии, что приводит к угнетанию растительного покрова; запыление и загрязнение воздушного и водного бассейнов; ухудшение физико-механических параметров пород, используемых для возведения горнотехнических сооружений - дамб, плотин, насыпей. Земли, подвергающиеся воздействию техногенных массивов, можно подразделить на две категории: территория земельного отвода, занятого техногенным массивом; территория, нарушенная в результате загрязнения атмосферы, изменения гидрогеологических условий, сейсмических воздействий и др., что приводит к механическому, химическому загрязнению, а иногда и физическому разрушению почв горного отвода и прилегающих участков. Физическое нарушение почв связано с изменением ландшафта и деформацией поверхности под влиянием горных работ, изменением структуры почв в результате их заиливания, осушения и т.д.
В связи с формированием отвалов, карьеров, складированием отходов добычи и переработки минерального сырья происходит нарушение территории складирования и прилегающих к ней участков за счет неравномерных просадок поверхности, оползания бортов отвалов. Значительный ущерб сельскохозяйственным угодьям причиняет нарушение водного баланса на территориях, занятых техногенными массивами.
Территории с измененным гидрогеологическим режимом иногда в десятки раз превышают площади, непосредственно занятые техногенными массивами.
На повышенных участках рельефа (отвалах, терриконниках и пр.) происходит снижение уровня вод и обезвоживание приповерхностных отложений. Такое обезвоживание значительной территории приводит к снижению продуктивности этих площадей в связи с усилением эрозионных процессов и токсикацией грунтов и почв. В районах, где складирование отходов осуществляется гидронамывом, происходит, наоборот, повышение уровня воды. При этом происходит смыв почвенного слоя, образуются промоины и овраги на земельных участках, которые переувлажняются, заболачиваются и становятся непригодными для использования.
Химическое загрязнение почв вызвано с их распространением различных технологических отходов и выбросов.
Извлеченная из недр горная масса подвергается различным видам переработки, мелкораздробленные отходы которой сбрасываются в хвостохранилища и отвалы без применения специальных методов складирования и очистки. За счет технологических выбросов, эрозии, естественного выщелачивания вредных элементов из рудных складов, отвалов забалансовых руд, пустых пород и хвостохранилищ происходит загрязнение атмосферы, поверхностных вод и почв прилегающих территорий. Наблюдается загрязнение поверхностных и подземных вод, а отсюда - и почв, за счет сильно минерализованных вод, которые откачиваются из рудников и карьеров.
Влияние крупности дисперсных материалов на аэрационные свойства и эффективность способов связывания
По комплексу выполненных исследований выявлены закономерности формирования и структура геохимических аномалий в зонах воздействия техногенных массивов со специализацией промышленности и ландшофтно -геохимическими условиями территории исследуемого региона. По величине показателей суммарного загрязнения снежного покрова и почв, общей пылевой нагрузки и коэффициенту суммарной нагрузки установлено, что техногенная нагрузка на атмосферу в пределах территории исследуемого промышленного ландшафта достаточно четко дифференцирована в пространстве. На территории промышленной зоны горно-обогатительного комплекса основная масса пыли поступает от организованных и неорганизованных источников. Для данной промышленной зоны характерны высокая плотность локальных источников техногенной эмиссии и максимум техногенной нагрузки тяжелых металлов (пылевая нагрузка Рп = 101,25 т/км2, коэффициент суммарной техногенной нагрузки тяжелых металлов Zp без учета макроэлементов составляет 33200 т/км ). Приоритетными металлами аэрозольного загрязнения в этой зоне являются: Fe Ti S Co Mn.
Более сложно пространственное распределение суммарного показателя загрязнения Zc. Величина Zc как в снежном покрове, так и в почве слабо коррелирует с параметрами Р0бЩ и Zp. Корреляционная зависимость между содержанием тяжелых металлов в снежном покрове и в почве слабая по всем элементам, что является следствием низкого геохимического фона микроэлементов в сочетании с преобладанием промывного режима в почвах легкого гранулометрического состава. Значения Zc только по уровням загрязнения тяжелыми металлами на территории промышленной зоны хвостохранилища в снежном покрове составляет 3212,758, в почве 6088,993. По шкале оценки очагов загрязнения воздействие на компоненты ландшафта этой зоны находится на опасном и чрезвычайно опасном уровне загрязнения. В техногенных аномалиях в почве этой зоны на территории промышленной площадки преобладают Fesss V Sg Mn Ts ns e Ill
Реальная экологическая значимость техногенной нагрузки тяжелых металлов на исследуемой территории оценена по величине коэффициента техногенного обогащения КО. По значению КО изученные металлы в почвах промышленной площадки горно-обогатительного комплекса распределяются в порядке убывания в следующий ряд: Pb Co Ti S Fe Mn Cu. При этом КО 1 установлен только для РЬ и Со на территории промышленной зоны горнообогатительного комплекса.
Таким образом, по комплексу выполненных аналитических исследований установлено, что на территории исследуемого промышленного ландшафта миграция тяжелых металлов протекает по профилю почв с токами нисходящих грунтовых вод и район исследуемого ландшафта характеризуется благоприятными климатических и геохимическими условиями для активного самоочищения атмосферы и почв от техногенного загрязнения. Очевидно, что в техногенных ландшафтах исследуемой промышленной зоны характерно накопление тяжелых металлов, главным образом, в грунтовых водах. Полученные аналитические данные позволили установить, что коэффициент накопления химического вещества Кс относительно фоновых концентраций на территории промышленной зоны горно-обогатительного комплекса и в зоне влияния хвостохранилища изменяется в десятки и сотни раз. Элементный состав аномалий в грунтовых водах в зоне влияния техногенных массивов горно обогатительного производства описывается формулой Fe207,3go S5,ii9 Ti3,423 Mn3,357 Pb2,i7o Vi.37i. По величине коэффициента водной миграции К; характеристика интенсивности миграции для всех исследованных металлов, кроме хрома, оценивается согласно оценочной шкалы (по данным А.И.Перельмана) от сильной до очень сильной. Наибольшими значениями коэффициента изменения интенсивности миграции исследованных металлов относительно регионального фона характеризуются грунтовые воды в зоне влияния хвостохранилища. В связи с этим грунтовые воды являются наиболее чувствительным компонентом эколого-геохимической системы исследуемого промышленного ландшафта и представляют собой область конечной аккумуляции техногенных потоков тяжелых металлов, поступающих с территории водосбора. Оценка уровня загрязнения грунтовых вод ионами тяжелых металлов по величине гидрохимического индекса загрязнения воды (ИЗВ) показала, что пробы грунтовых вод, отобранных из контрольньтх скважин в зоне размещения хвостохранилища, оцениваются согласно оценочной шкалы [112] как чрезвычайно грязные. Приоритетными загрязнителями грунтовых вод являются ионы железа, марганца, цинка, меди.
Воздействие ОАО "Михайловский ГОК" на организм человека. Воздействие техногенных массивов на различные компоненты природной среды, заключающееся в загрязнении атмосферного воздуха, почв и приповерхностных отложений, поверхностных и подземных вод, в конечном итоге приводит к ухудшению показателей состояния здоровья населения.
На состояние индивидуального и общественного (популяционного) здоровья и заболеваемость населения оказывают прямое и опосредованное влияние десятки тысяч факторов. На рис. 26 приводится модель Варкевиссера, показывающая влияние различных групп факторов на здоровье человека.
Похожие диссертации на Защита природной среды на основе рациональной технологии консервации отходов обогащения на Михайловском ГОКе
