Содержание к диссертации
Введение
1. Использование воды в производственных процессах природно-технических систем добывающей и перерабатывающей промышленности и возникающие в связи с этим проблемы 12
1.1 Природно-технические системы добывающей и перерабатывающей промышленности и участие в них водного блока 12
1.2 Объем и динамика промышленных сточных вод на предприятиях добывающей и перерабатывающей промышленности, виды и степень их загрязнения 19
1.3 Экологические и другие проблемы, возникающие в связи с образованием и утилизацией промышленных сточных вод добывающих и энергетических предприятий 27
1.4 Способы обезвреживания промышленных сточных вод, оценка их эффективности и надежности 33
1.5 Обоснование направления исследований 52
2. Обоснование цели, определение задач, характеристика условий утилизации сточных вод с привлечением данных мониторинга геоэкосистемы и методология исследований 56
2.1 Формулирование цели и задач, выбор объекта исследований 56
2.2 Краткая характеристика условий проведения исследований 60
2.3 Обоснование схемы экспериментов и методология исследований "3
3. Оценка влияния сточных вод на динамику параметров характе ристик геоэкосистем добывающих и перерабатывающих пред приятий 93
3.1 Теоретическое обоснование возникновения и формирования природно-технических систем 93
3.2 Экологические проблемы утилизации сточных вод предприятий по добыче строительных материалов и объектов электроэнергетики 107
3.3 Оценка геоинфильтрационных расчетов для прогноза воздействия отстойников - шламонакопителей ТЭЦ на прилегающий карьер 116
3.4 Использование экологического аудита для оценки проблем ПТС, связанных с очисткой сточных вод на ЗПО 127
4. Исследование и обоснование основных технологических параметров характеристик геоэкосистемы, утилизирующей сточные воды предприятий газоперерабатывающей промышленности 183
4.1. Изучение процессов влагопереноса и обоснование предельных нагрузок сточных вод на земледельческие поля орошения
4.2 Динамика параметров показателей геоэкосистемы 202
4.3 Оценка влияния нагрузок сточными водами на свойства геоэкосистемы
4.4. Динамика формирования горизонтов аккумуляции загрязнителей в почвенном профиле в зависимости от норм нагрузки сточными водами 239
5. Теоретическое исследование и обоснование расчета антропогенной нагрузки на геоэкосистему ^JJ
5.1 Комплексные показатели оценки и минимизации воздействия на геоэкосистему
5.2. Обоснование методики расчета экологических ограничений антропогенной нагрузки в ПТС с земледельческими полями 274
орошения
5.3 Разработка математических моделей для геохимических расчетов, обеспечивающих выбор режима устойчивого функционирования ПТС 283
6. Оптимизация технологических параметров утилизации сточных вод на предприятиях газоперерабатывающей промышленности, обеспечивающих охрану почв и водных объектов 290
6.1. Улучшение качественных показателей сточных вод предприятий газоперерабатывающей промышленности и оптимизация режима сброса их в геоэкосистему 290
6.2. Обоснование технологии рекультивации техногенно измененных почв геоэкосистем с использованием твердых отходов хозяйственной деятельности
6.3. Оценка влияния рекомендуемого режима утилизации сточных вод на величину и качество урожая сельскохозяйственных культур, возделываемых на ЗПО 333
6.4. Экономическая эффективность утилизации сточных вод газоперерабатывающего комплекса на ЗПО 353
Выводы 364
Рекомендации 370
Список литературы
- Экологические и другие проблемы, возникающие в связи с образованием и утилизацией промышленных сточных вод добывающих и энергетических предприятий
- Краткая характеристика условий проведения исследований
- Экологические проблемы утилизации сточных вод предприятий по добыче строительных материалов и объектов электроэнергетики
- Динамика параметров показателей геоэкосистемы
Введение к работе
Актуальность темы. Предприятия добывающей и перерабатывающей промышленности, электроэнергетики, совместно с занимаемой ими территорией образуют природно-технические системы (ПТС), производственная деятельность которых оказывает загрязняющее воздействие на окружающую среду вообще и геоэкосистему ПТС в особенности. Разработка эффективных мер защиты литосферы, гидросферы и атмосферы от негативного техногенного загрязнения геоэкосистемы с использованием данных мониторинга, экологического аудирования, прогнозирования и разработки новых технологий экологически безопасной утилизации техногенных стрессоров имеет особую актуальность.
Производственные процессы предприятий связаны с участием больших объемов воды, которые после выполнения своих функций загрязняются и без очистки до нормативных требований не могут быть сброшены в водные объекты. Несовершенство технических средств по очистке больших объемов сточных вод с низкой концентрацией примесей после локальных очистных сооружений обусловливает необходимость доочистки их в геоэкосистеме с помощью земледельческих полей орошения (ЗПО). Отсюда актуализируется проблема разработки обоснованной технологии защиты почв и водных объектов от загрязнения их сточными водами предприятий добывающей, нефте-и газоперерабатывающей и других видов промышленности.
Восстановление экологического равновесия в таких системах возможно за счет улучшения качества их сточных вод, разбавления чистой водой, нейтрализации токсичности и утилизации твердых отходов с целью придания природным комплексам экологической устойчивости ландшафтов при выполнении водоохранных функций. Таким образом, на основе разработанных технологий утилизации сточных вод на ЗПО можно решить проблему возврата их в природную среду, восстановления экологического равновесия ПТС и охраны водных объектов.
Теория экологически безопасного существования ПТС разрабатывается в настоящее время И.И. Мазуром, О.И. Молдавановым, Т.А. Акимовой, В.В. Хаскиным. Изучением условий размещения сточных вод в природной среде занимались В.И. Марымов, В.Т. Додолина, Д.П. Гостищев, Л.П. Овцов, Л.И. Сергиенко и др. В России широко известны работы Б.Б. Шумакова, И.А. Кузника, М.Н. Багрова, И.П. Кружилина, М.С. Григорова по исследованию режимов орошения сельскохозяйственных культур, в том числе и сточными водами.
Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы является теоретическое и экспериментальное обоснование защиты почв и водных объектов от загрязнения сточными водами промышленных предприятий при их утилизации с использованием ЗПО.
При этом решались следующие задачи:
на основе патентного поиска и литературного обзора по вопросам использования воды в производственных процессах ПТС добывающей промышленности сформулировать возникающие в связи с этим хозяйственные и экологические проблемы;
с привлечением данных экологического аудирования и мониторинга функционирования геоэкосистемы рекомендовать эффективные способы экологически безопасной утилизации сточных вод добывающих и перерабатывающих предприятий;
оценить влияние сточных вод на динамику параметров характеристики геоэкосистемы в составе ПТС добывающих и перерабатывающих предприятий;
разработать теоретически и экспериментально обоснованные параметры режима утилизации сточных вод на ЗПО;
исследовать и обосновать основные технологические характеристики утилизации сточных вод на предприятиях газоперерабатывающей промышленности, обеспечивающие охрану почв и водных объектов.
Объектами исследований являются сбрасываемые сточные воды предприятий, добывающих строительные материалы, газоперерабатывающего комплекса и технология экологически безопасной их утилизации с использованием ЗПО.
Предметом исследований в настоящей работе является обоснование устойчивости функционирования природных систем в условиях техногенеза и комплексного обоснования надежных и экологически безопасных технологических решений по утилизации промышленных сточных вод и твердых отходов с целью охраны почв и водных объектов.
Методы исследования. Для достижения поставленной цели и решения перечисленных задач использованы стандартные методики полевых исследований, математического моделирования динамики водно-физических свойств почв в зависимости от их химических характеристик и процессов миграции веществ в почвах и грунтах с помощью программы «Статистика», методы сравнительной оценки фоновых и экспериментальных показателей.
На защиту выносятся:
Результаты теоретических и экспериментальных исследований и динамики развития геоэкосистемы при продолжительной утилизации промышленных сточных вод газоперерабатывающей промышленности с использованием земледельческих полей орошения.
Закономерности осаждения примесей сточных вод и формирования геохимических барьеров при утилизации сточных вод в геоэкосистеме.
Математические модели динамики химических и водно-физических свойств почвы при утилизации сточных вод на ЗПО, обеспечивающих возможность экологического прогнозирования состояния геоэкосистемы.
Основные положения технологии рекультивации техногенно измененных почв в ПТС с использованием промышленных отходов, позволивших восстановить продуктивную способность ЗПО.
Научная новизна результатов исследований состоит в:
8 1. Разработке математической модели, описывающей закономерности воздействия хозяйственной деятельности ПТС с использованием критериев минимизации негативного воздействия на окружающую среду и затратного механизма.
2. Обосновании методологии комплексного экологического мониторинга по оценке состояния геоэкосистем, испытывающих прессинг промышленных предприятий при утилизации сточных вод на ЗПО.
Подтвержденной экспериментальными данными гипотезе поэтапного развития геоэкосистемы под влиянием многолетней утилизации промышленных сточных вод на ЗПО.
Математическом моделировании количественных изменений составляющих водного баланса и химических свойств почв геоэкосистемы, обеспечивающей утилизацию сточных вод промышленных предприятий с использованием ЗПО.
Обосновании метода рекультивации почв с использованием отходов цементной промышленности.
Практическая значимость результатов исследований характеризуется:
возможностью использования методики оценки техногенной нагрузки ПТС при разработке планов развития производительных сил и принятии управленческих решений;
обоснованием организации системы комплексного экологического мониторинга в ПТС, утилизирующих сточные воды, использование данных которого позволяет выбрать режим минимизации воздействия на компоненты природной среды;
- оптимизацией параметров характеристик ПТС газоперерабатывающего комплекса при утилизации сточных вод для сохранения экологического равновесия с использованием отходов производства;
- разработкой программных комплексов для эколого-экономических
расчетов, позволяющих планировать восстановительные мероприятия при
9 деградации почв и рассчитывать экономический эффект от внедрения предложенных технологий.
Достоверность научных положений и выводов обеспечивается использованием стандартных и оригинальных методов исследований, соответствующих современному состоянию прикладной экологии, гидрогеологии, почвоведения, результатами математической обработки полученных данных по программе «Статистика», использованием сравнительного анализа теоретических, расчетных и практических результатов в полевых и модельных экспериментах, положительными результатами, полученными при реализации разработанных технологий по проекту, и одобренными государственной экологической экспертизой.
Личный вклад автора. Все научные положения, выводы и рекомендации предложены соискателем. Им же сформулированы основные защищаемые положения. Программные средства для анализа и реализации полученных результатов разработаны под руководством и при непосредственном участии автора.
Реализация результатов исследований связана с разработкой рекомендаций по эксплуатации земледельческих полей орошения, проекта строительства полигона твердых бытовых отходов ТЭЦ на Оренбургском газоперерабатывающем комплексе и рекультивации земледельческих полей орошения, а также проведением государственной экологической экспертизы этих проектов. Программные комплексы, созданные в рамках реализации Федеральной государственной программы оздоровления экологической ситуации на территории Оренбургской области на период 1995-2000 гг., Администрацией Оренбургской области для эколого-экономических расчетов и переданы Госкомэкологии России.
Материалы исследований использованы также при разработке проекта реконструкции карьера габбро - диабазов в г. Орске и карьера мрамора в Кваркенском районе Оренбургской области, при подготовке учебных пособий по дисциплинам «ОВОС и экологическая экспертиза» и «Экологический
менеджмент и экологический аудит промышленных предприятий» для студентов специальности «Охрана окружающей среды и природных ресурсов» и «Безопасность жизнедеятельности» Оренбургского государственного и Всемирного технологического университетов.
Публикации. По теме диссертации опубликована 81 работа, в том числе в рецензируемых изданиях 11, монография (28 п.л.). Автор принимал участие в издании 3 других монографий в соавторстве.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на научно-производственной конференции «Пути улучшения использования мелиорируемых земель и приемы предотвращения снижения их плодородия, Челябинск, 1986; научно-практической конференции «Интенсификации агропромышленного комплекса - научную основу». Оренбург, 1988; научно-практической конференции «Пути регулирования почвенного плодородия в условиях интенсивного земледелия», Челябинск, 1987; Всесоюзном симпозиуме «Микробиология охраны биосферы в регионах Урала и Северного Прикаспия», Оренбург, 1991; конференции стран содружества «Физика почв и проблемы экологии», Пущино, 1992; научной конференции, посвященной 100-летию плана В.В.Докучаева по борьбе с засухой и преобразования степной России, Новосибирск, 1992; Российской научно-технической конференции «Совершенствование технологических процессов пищевой промышленности и АПК», Оренбург, 1996; Российской научно-технической конференции «Сертификация и управление качеством экосистем на Южном Урале», Оренбург, 1997; Международной научно-практической конференции «Инновационные процессы в образовании, науке и экономике России на пороге XXI века», Оренбург, 1998; 2-й Международной конференции «Экология и развитие Северо - Запада России», Санкт - Петербург - Крондштат, 1997; научно-практической конференции «Оптимизация природопользования и охрана окружающей среды Южно-Уральского региона», Оренбург, 1998; научной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения доктора географических наук профессора И.А. Кузника (1898-1980), Саратов, 1998;
Всероссийской научно-методической конференции (25-26 ноября, 1999 г) «Теория и практика управления процессами адаптации студентов и профессиональной деятельности», Орск, 1999 г.; региональной научно - практической конференции молодых ученых и специалистов Оренбуржья, Оренбург, 2000; IV Международной научно - практической конференции по проблемам строительства, инженерного обеспечения и экологии городов, г. Пенза, 2002; международной научно - практической конференции по направлению 2 -«Научно - производственная и инновационная деятельность высшей школы в современных условиях», Оренбург, 2001; Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы геологии, охраны окружающей среды и управление качеством экосистем», Оренбург, 2006.
Диссертационная работа выполнялась на кафедре экологии и природопользования ГОУ ВПО "Оренбургский государственный университет" в соответствии с отраслевыми программами по охране окружающей среды ООО "Оренбурггазпром": "Программа по предотвращению деградации почв ЗПО" от 04.09.2003 г. и "Программа по охране окружающей среды ООО "Оренбурггазпром" от 04.01.04 г. Исследование воздействия на окружающую среду, условий природопользования на территории Оренбургской области и разработка программных продуктов проводились в рамках Федеральной государственной программы оздоровления экологической ситуации на территории Оренбургской области на период 1995 - 2000 г. Начинались исследования на кафедре мелиорации и орошаемого земледелия Оренбургского СХИ по тематическому плану научно - исследовательских работ "Разработать комплексные предложения по повышению плодородия почв и получению запланированной урожайности сельхозкультур в Оренбургской области" в 1981 - 1988 г.г. (номер государственной регистрации 01.83.0024267).
Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 414 страницах, содержит 52 рисунка, 112 таблиц, состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы (380 наименований) и приложений.
Экологические и другие проблемы, возникающие в связи с образованием и утилизацией промышленных сточных вод добывающих и энергетических предприятий
При выборе системы сбора и очистки вод руководствуются следующими основными положениями: необходимость максимального уменьшения количества сточных вод и снижения содержания в них примесей, возможность извлечения из сточных вод ценных примесей и их последующей утилизации, повторное использование сточных вод (исходных и очищенных) в технологических процессах и системах оборотного водоснабжения. Вероятно, не совсем технологически верно стремление обязательно очищать жидкие отходы до уровня питьевой воды или водоемов рыбохозяйственного пользования для сброса их в водоемы. Практически жидкие техногенные отходы промышленности невозможно из технико-экономических соображений очистить до уровня питьевой воды. Жидкие отходы химической и другой промышленности целесообразно очищать только от вредных для здоровья человека веществ, а остальную массу воды, содержащей соли, взвеси, эмульсии, органические вещества, использовать как специфическое сырье в промышленно 28 сти строительных материалов, для орошения кормовых культур, сокращая использование пригодной для питья воды.
Промышленность и сельское хозяйство страны продолжают оставаться источником развития процессов, оказывающих отрицательное влияние на состояние подземных вод. Многие виды современных производств характеризуются образованием токсичных жидких отходов, для которых отсутствуют удовлетворительные технологии очистки и обезвреживания. Значительно более безопасным по сравнению с размещением их в поверхностных накопителях является их подземное захоронение в глубокие водоносные горизонты платформенных артезианских бассейнов.
При этом наиболее значительным влияниям и изменениям подвергаются звенья гидросферы, которые являются ресурсом наиболее потребляемым и в тоже время в наибольшей степени влияющим на здоровье населения /114, 122/. Экологически опасные последствия антропогенного воздействия на водные объекты проявляются в следующем /360/: истощение запасов поверхностных и подземных вод, ухудшение качества воды, термическое загрязнение, изменение режима рек и обмеление, сейсмическая активность искусственных водоемов, истощение биологической продуктивности, изменение уровня подземных вод. В работах /38, 198/ показано, что в условиях возрастания антропогенного воздействия на речные бассейны нарушается структура и функциональная целостность их геоэкосистем, снижается устойчивость ландшафтов, происходит деградация почвенного покрова, прогрессирует загрязнение водоисточников. Этот факт отмечается исследователями не только в случае несоблюдения природоохранных нормативов, но, зачастую, и при их строгом выполнении, что показывает несовершенство российской нормативной природоохранной базы.
Водопотребление и водоотведение - процессы, связанные не только с забором свежей воды и сбросом сточных вод, но и с безвозвратными потерями (при транспортировке, на испарение, с продукцией и пр.) Например, в Оренбургской области потери воды только при транспортировке составляют от 19,0 до 36,6%. Являясь в определенной степени источником пополнения водных ресурсов, сточные воды, в зависимости от степени очистки, могут заметно ухудшать качество воды водных объектов - приемников сточных вод. Так, индекс загрязнения воды р. Урал за период с 1997 г. по 2001 г. изменился от 0,84 до 1,84 (приложение 1 Б). Но, при значительном дефиците в водном балансе данной территории, вопросы оборотного и повторного водоснабжения и утилизации сточных вод на территории, как способы охраны водных ресурсов, не рассматривались. Основой всего комплекса мероприятий по охране водоемов от загрязнения сточными водами является создание и развитие замкнутых систем промышленного водоснабжения и применение маловодных и безводных технологических процессов и эффективных способов очистки начальных потоков сточной воды с учетом повторного их использования.
Одним из распространенных методов утилизации сточных вод, особенно уникального состава, является их сброс на ландшафт, где имеются поля фильтрации, земледельческие поля орошения. Часто сброс производится безо всякого обустройства /91/. Методы оценки пригодности сточных вод для сброса в природную подсистему разрабатывались многими авторами /40, 111, 147, 196, 296/. Однако, в настоящее время нет единой классификации сточных вод по пригодности для сброса в ландшафт, которую можно было бы использовать для практического руководства в любых почвенно-климатических условиях. Классификация должна быть местной с учетом природных условий территории. Известно, что режим сброса сточных вод научно обосновывается индивидуально, в зависимости от их качества. Использование очистных сооружений, даже самых эффективных, резко сокращает уровень загрязнения окружающей среды, однако не решает этой проблемы полностью, поскольку в процессе функционирования этих установок тоже вырабатываются отходы, хотя и в меньшем объеме, но, как правило, с повышенной концентрацией вредных веществ.
Краткая характеристика условий проведения исследований
Территория Оренбургской области представляет собой вытянутую с запада на восток полосу площадью 124.0 тыс. км2. Численность населения на 1 января 1998 г. составляла 2229.6 тысяч человек /91, 245/. Основные черты климата Оренбургской области определяются ее удаленностью от океана и характеризуются теплым летом, холодной зимой с устойчивым снежным покровом, относительно малым количеством осадков, а также высокими годовыми амплитудами температуры, которые растут в восточном направлении за счет нарастания суровости зим. Одним из показателей континентальности климата области является большая годовая амплитуда температур воздуха, то есть между средними температурами самою холодного и самого теплого месяцев, равная 36-37. Абсолютная температура (разность между абсолютным максимумом и абсолютным минимумом) составляет 85 - 89 С. Средняя температура января - 18,5 . Средняя температура июля + 22 . Количество осадков за год: на северо-западе - 450 мм, на юго-востоке - 260 мм. Период с температурой воздуха выше 10 -135-150 дней. Продолжительность безморозного периода -130 дней. Испаряемость с поверхности водоема за год - 750-900 мм. Испарение с поверхности почвы - 250-350 мм. Гидротермический коэффициент - 0,5-0,8
Осадки на территории области распределяются неравномерно. Максимальное количество их выпадает на хребте Малый Накас (до 550 мм в год). Примерно 60 - 70% годового количества осадков приходится на теплый период, что несколько сглаживает засушливость климата. Для большей части области максимум осадков отмечается в июле, минимум в феврале.
На юге, юго-западе, западе и северо-западе области находятся разведанные запасы нефти, в центральной части - запасы природного газа. На востоке области сосредоточены запасы минерального сырья: полиметаллических руд, золота, асбеста, мрамора. Геоэкологическая обстановка характеризуется повышенным содержанием тяжелых металлов в горных породах и грунтовых водах на всей территории Оренбургской области, а также высокой техногенной нагрузкой. К элементам 1-го класса опасности в горных породах и грунтовых водах относится бериллий, II класса опасности - медь, хром, никель, кобальт. На значительных площадях поверхность подвергается интенсивным разрушительным экзогенным процессам (речная эрозия, плоскостной смыв, оврагообразование, оползни). На большей части территории отсутствует экранирующий слой над подземными водами, грунтовые воды относятся к категории либо условно защищенных, либо вообще незащищенных.
Водные ресурсы области представлены поверхностными и подземными водами. Поверхностные воды включают реки Урал, Сакмару, Илек, Орь, Самару, Б. Кинель, 15 притоков длиной 100 - 200 км, 29 рек протяженностью 50-100 км, 513 рек - до 50 км, так называемые малые реки. На территории области находится большое количество озер, прудов, водохранилищ емкостью от 100 тыс.м3 до 50 млн.м3.
Почвенный покров области связан с зональными особенностями территории и представлен двумя почвенными зонами - черноземной (75%) и каштановой. Значительная протяженность области (с северо-запада на юго-восток свыше 700 км) и связанные с этим различия климата, растительности, геоморфологии и геологического строения определили формирование нескольких почвенных подзон, включающих в себя около 20 типов почв. Поч-вообразующие породы территории представлены большим комплексом разновозрастных пород, важнейшей особенностью которых является их контрастность и частая сменяемость в пространстве. Наряду с зональными условиями, на формирование почвенного покрова большое влияние оказали материнские породы, их физический и химический состав, а также география размещения.
Господствующим типом почв области являются черноземы, которые характеризуются большим содержанием гумуса, его высокими биохимическими и термодинамическими достоинствами, значительной мощностью гумусового профиля, особой структурной организацией, непрерывным образованием в верхних горизонтах биогенного кальция и функционированием на некоторой глубине карбонатного геохимического барьера. На юге Предуралья и юго-востоке Зауралья на смену черноземам приходят темно-каштановые почвы (11,7%), карбонатные и солонцеватые маломощные с пониженным (2 - 4%) содержанием гумуса и тяжелым гранулометрическим составом. Основу почвенного покрова поим рек и приозерных понижений слагают различные подтипы аллювиальных дерновых насыщенных почв. Песчаные и не-полноразвитые почвы встречаются во всех природных зонах области.
Экологические проблемы утилизации сточных вод предприятий по добыче строительных материалов и объектов электроэнергетики
Анализ литературных данных показал, что исследования по влиянию сточных вод предприятий по добыче строительных материалов на водные объекты не проводились. При экологическом аудите установлено, что карьер габбро-диабазов разрабатывается открытым способом со сбросом карьерных вод в пруд-накопитель /265/. Водопотребление-водоотведение карьера представлено в приложении З М. На предприятии по добыче габбро - диабазов объем сточных вод при производстве щебня составляет 1357,8 м3/сут. Сточные воды на предприятии собираются в отстойнике, построенном на ручье, используются на собственные нужды (57,8 м3/сут., 4%), передаются другим предприятиям (463 м3/сут., 15%), фильтруются через тело плотины в ручей (82,0 м /сут., 6%), возвращаясь в природную среду. Предусмотрена локальная очистка ливневых и производственных сточных вод. Для этого имеется нефтеуловитель производительностью 1200 м /сут. (50 м /час). Степень очистки сточных вод по нефтепродуктам составляет 39,0%, взвешенным веществам - 63,6% и БПК5 - 42,9%. Нефтепродукты в сточных водах не обнаружены и не превышены лимиты сброса по другим загрязняющим веществам. Сброс предварительно очищенных сточных вод производится в пруд-отстойник. Характеристика вод карьера и пруда-накопителя представлена в таблице 3.3. В пруде-отстойнике сточные воды проходят дополнительную биологическую очистку и его можно рассматривать как еще одну ступень очистки. В сбрасываемых сточных водах нефтепродукты не обнаружены, БПК5 снижается в 4 раза, установленные лимиты сброса не превышены.
Пруд-накопитель на безлесной и маловодной территории используется населением в рекреационных и хозяйственных целях. В ходе экологического аудита установлено, что дамба находится в хорошем состоянии, пруд-отстойник не переполнен. Для отвода избытка сточных вод из пруда-отстойника, кроме дренажа, предусмотрен водоотводной канал. Хозяйственная деятельность соответствует требованиям природоохранного законодательства.
Для разработки месторождения мрамора принимается транспортная схема разработки с внутренним отвалообразованием и сбросом карьерных вод в реку Сундук, протекающую в 100 - 150 м северо-западнее месторождения.
Химический состав вод р. Сундук, в которую производится водоотлив в период паводка, выше и ниже по течению от действующего карьера представлен в таблице 3.4. На месторождении развит один водоносный горизонт трещинно-карстового типа, который приурочен к трещиноватым породам.
Водовмещающими являются трещиноватые и закарстованные мраморы. Уровень подземных вод безнапорного типа от дневной поверхности колеблется от 5,45 м до 14,85 м. Направление подземного потока совпадает с направлением поверхностного стока, имея общую направленность к реке Суундук. Питание подземных вод происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков, а также поверхностных вод во время весеннего снеготаяния. Опытными и гидрорежимными наблюдениями в пределах месторождения установлена гидравлическая связь подземных и поверхностных вод.
Подземные воды карьера мраморов не загрязнены нефтепродуктами, не превышают ПДК по рН, сульфат- и хлорид-ионам и при их гидравлической связи с рекой не влияют на ее химический состав. Было установлено, что природно-техническая система не подвергается значительному воздействию при сбросе сточных вод. Техническая составляющая ПТС воздействует на природную периодически, во время весеннего паводка, при подъеме подземных вод. Природные комплексы за пределами карьера не нарушены.
На предприятиях по добыче мрамора и габбро-диабазов водопотребле-ние на хозяйственно-бытовые нужды незначительное, используется привозная вода. Хозяйственная деятельность осуществляемся лишь в теплое время года. Рабочих доставляют из соседнего поселка.
Все объекты энергетики характеризуются общностью технологических процессов, что позволило при проведении экологического аудита выделить общие проблемы, характерные для всех предприятий, по вопросам обращения со сточными водами и их осадками /90, 304, 357/. Обращение со сточными водами на объектах электроэнергетики рассмотрено на примере Оренбургской, Сакмарской и Каргалинской ТЭЦ, Ириклинской ГРЭС в Оренбургской области, Топарской ГРЭС в Казахстане и Кумертаусской ТЭЦ в Башкортосстане. Крупные котельные, ТЭЦ, ГЭС и ГРЭС потребляют большие объемы воды и имеют сложную систему водоподготовки. Получаемые на энергетических предприятиях сточные воды по своему химическому составу не соответствуют требованиям для сброса их в природные водные объекты, поэтому они отводятся в расположенные на территории предприятия пруды, отстойники-накопители, где происходит усреднение их химического состава, разделение на твердую и жидкую фазы, фильтрация в подземные воды. Уровень воздействия накопителей на подземные воды зависит не только от наличия гидроизолирующего слоя, но и от геологического строения и мощности грунтов зоны аэрации. Сточные воды на Оренбургской ТЭЦ поступают в пруд - накопитель, расположенный в пойме реки Сакмара, затем, по мере их очистки, сбрасываются в реку Сакмара. В сбрасываемых сточных водах имеется повышенное содержание соединений железа, нефтепродуктов (таблицы 3.5, 3.6).
Динамика параметров показателей геоэкосистемы
На втором месте среди приходных статей водного баланса стояло потребление грунтовых вод. Так, при утилизации сточных вод в варианте УГВ 1.0 м оно составляло 39% суммарного испарение (2340 м /га), а при УГВ 2,5 м - 25% (1150 м3/га), в вариантах орошения смешанными водами эти показатели составили соответственно - 40% (2450 м3/га) и 26% (1230 м /га).
Потребление грунтовых вод возрастало с уменьшением зоны аэрации почв и грунтов, но не зависело от качества сбрасываемых вод. В лизиметре с УГВ 1.0 м капиллярная кайма выходила на поверхность почвы, т.е. наблюдался активный процесс испарения грунтовых вод с поверхности почвы.
Наименьшая инфильтрация наблюдалась в лизиметре с УГВ 2.5 м. Поскольку при высоком залегании УГВ рекомендуется уменьшать расчетную норму сброса на величину инфильтрации, то подъем УГВ при утилизации сточных вод снижает экологическую емкость почв ЗПО и геоэкосистемы в целом.
Было установлено, что, при УГВ 1.0 м и подаче сточных вод на лизи-метр из расчета на 1 га, инфильтрация составляла 39% (1430 м /га) от нормы сброса, УГВ 1.5 м - 30 %, УГВ 2.0 м - 15% и УГВ 2.5 м - 8%. Подобная закономерность уменьшения объема инфильтрации с увеличением глубины залегания УГВ отмечалась и при утилизации смешанных вод. Величина инфильтрации в этом случае от оросительной нормы составляла соответственно 38, 31,17 и 11%.
В связи с этим норма сброса должна дифференцироваться в зависимости от мощности зоны аэрации в пределах от 40% до 10% и составлять при утилизации сточных вод соответственно зоне аэрации не более - 290, 340, 400 и 440 м3/га, при сбросе смешанных вод - 300, 330, 400, 440 м3/га. Среднесуточное испарение в лизиметрах существенно не изменилось в зависимости от мощности зоны аэрации и качества сбрасываемой воды.
Для организации рационального режима эксплуатации ЗПО необходимо оценить влияние техногенной нагрузки на уровень грунтовых вод, поскольку это, в конечном итоге, определяет нагрузочные характеристики системы. В качестве фона можно принять режим грунтовых вод при естественном водном режиме до начала сброса сточных вод, который наблюдался по скважинам 41, 42, 61 и 63, расположенным ниже орошаемого массива и подверженным влиянию грунтового потока, направляющегося от массива к реке Черная. Поэтому подъем уровня грунтовых вод рассчитывался относи тельно уровней до начала сброса ЗПО сточных вод (таблицы 4.8, 4.9, рисунок 4.5).
На первом этапе, по данным М.И. Степановой, А.Ж. Калиева, уровень грунтовых вод практически не изменился, то есть инфильтрационные воды при поливах насыщали зону аэрации. Для отдельных скважин насыщение пород зоны аэрации продолжилось и на второй стадии формирования геоэкосистемы. Наиболее значительные изменения УГВ за 1976-1980 г.г. произошли в центральной части орошаемого массива, что характеризует начало здесь второй стадии формирования геоэкосистемы.
Так, в скважине 26 уровень воды поднялся с 6,25 м до 4,3 м, в скважине 43 - с 6,45 м до 4,5 м и в скважине 42 - с 7,85 м до 5,8 м. В контрольной скважине 41 УГВ повысился на 0,43 м, а в скважинах 29, 30 - совсем не изменился. На других участках ЗПО за 1977-1980 гг. повышение УГВ выражено слабо. Тем не менее, в целом УГВ из года в год повышается. В зависимости от исходного положения УГВ в 1976 г. его среднегодовое повышение на третьем этапе характеризовалось осенью от 0,11 до 0,33 м, весной - от 0,14 до 0,36 м. В условиях залегания «верховодки» (скважина 26), глубина
уровня грунтовых вод колебалась от 3,91 м весной до 2,09 м осенью, в скважине 42, за пределами ЗПО, соответственно от 7,11 до 6,90 м. Скважина 42 расположена в зоне разгрузки грунтовых вод в р. Черная. Подъем УГВ происходил за счет подпитки их с вышележащей территории.
На основе данных динамики УГВ в центральной части орошаемого массива в 2001 г. относительно уровней 1976 года можно сделать вывод, что на исследуемой территории отмечался общий подъем УГВ по всем скважинам. Данные, представленные на рисунках 4.6, 4.7 показывают, что непосредственная связь УГВ с атмосферными осадками и сбрасываемыми водами наблюдались для скважины 26.
В ней происходил сезонный подъем УГВ и поступление с инфильтраци-онными водами специфических загрязняющих веществ. На этом участке формировалась "верховодка". В весенний период наблюдался наиболее глубокий УГВ, наибольшее поступление примесей в грунтовые воды происходило на участке «верховодки». Пополнение грунтовых вод осуществлялось за счет сбрасываемых сточных вод на территории ЗПО и атмосферных осадков.
В течение ежегодного сезонного периода сброса сточных вод формировался не только их уровень, но и химический состав. Геологический профиль представлен слоем четвертичных делювиальных отложений, которые покрывают не всю территорию ЗПО, наблюдаются выходы коренных пород на поверхность.
В результате этого происходила неполная очистка сточных вод в зоне аэрации. Скапливаясь в понижениях рельефа, неочищенные сточные воды поступали по трещинам песчаников в грунтовые воды. Таким путем специфические загрязняющие вещества попадают в грунтовые воды. Главное условие работы ЗПО - это наличие зоны аэрации между увлажняемым слоем почвы, который служит в качестве природного фильтра, и уровнем образовавшегося купола грунтовых вод.
