Стриженок_диссертация
advertisement
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный» На правах рукописи СТРИЖЕНОК Алексей Владимирович УПРАВЛЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ НАМЫВНЫХ ТЕХНОГЕННЫХ МАССИВОВ ОАО «АПАТИТ» В ПРОЦЕССЕ ИХ ФОРМИРОВАНИЯ Специальность 25.00.36 - Геоэкология (в горно-перерабатывающей промышленности) Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Пашкевич Мария Анатольевна Санкт-Петербург – 2015 ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ ...................................................................................................................... 5 ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ПРИ ОБРАЩЕНИИ С ОТХОДАМИ ГОРНОДОБЫВАЮЩЕЙ И ГОРНО-ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЙ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ................................................................................................ 11 1.1 Экологические аспекты при обращении с отходами производства и потребления в Российской Федерации .................................................................... 11 1.2 Техногенные массивы и способы их формирования на предприятиях минерально-сырьевого комплекса............................................................................ 20 1.2.1 Насыпные техногенные массивы ................................................................. 23 1.2.2 Намывные техногенные массивы ................................................................. 30 1.2.3 Техногенные наносы...................................................................................... 34 1.2.4 Свалки бытового и промышленного мусора............................................... 44 1.3 Особенности воздействия намывных техногенных массивов на окружающую среду ............................................................................................................................ 45 1.3.1 Воздействие намывных техногенных массивов на атмосферу ................. 52 1.3.2 Воздействие намывных техногенных массивов на гидросферу ............... 56 1.3.3 Воздействие намывных техногенных массивов на почвенный покров и растительность ........................................................................................................ 60 1.3.4 Воздействие намывных техногенных массивов на здоровье населения . 63 Выводы к первой главе .............................................................................................. 66 ГЛАВА 2 МОНИТОРИНГ И ОЦЕНКА НЕГАТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НАМЫВНЫХ ТЕХНОГЕННЫХ МАССИВОВ ОАО «АПАТИТ» НА КОМПОНЕНТЫ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ.................................................................... 67 2.1 Характеристика хвостохранилища АНОФ-2 как источника загрязнения окружающей среды .................................................................................................... 67 2.1.1 Природно-климатические и инженерно-геологические условия расположения хвостохранилища АНОФ-2 .......................................................... 69 2.1.2 Технологическая схема переработки апатит-нефелиновых руд ............... 74 2.1.3 Краткая характеристика гидротехнических сооружений .......................... 77 2.1.4 Воздействие хвостового хозяйства на атмосферный воздух, реализуемые средозащитные мероприятия ................................................................................. 81 2.1.5 Воздействие хвостового хозяйства на поверхностные и подземные воды, реализуемые средозащитные мероприятия .......................................................... 88 2.1.6 Воздействие хвостового хозяйства на почвенные ресурсы, реализуемые средозащитные мероприятия ................................................................................. 92 2.2 Пыление намывного массива АНОФ-2.............................................................. 94 2.2.1 Характеристика хвостов обогащения АНОФ-2 .......................................... 95 2.2.2 Мониторинг атмосферного воздуха в районе расположения хвостохранилища АНОФ-2 .................................................................................. 103 Выводы ко второй главе .......................................................................................... 119 ГЛАВА 3 СНИЖЕНИЕ ТЕХНОГЕННОЙ НАГРУЗКИ НАМЫВНЫХ МАССИВОВ ОАО «АПАТИТ» ................................................................................. 120 3.1 Способы пылеподавления на намывных техногенных массивах ................. 120 3.2 Мероприятия по охране атмосферного воздуха, внедренные на ОАО «Апатит» .......................................................................................................... 124 3.3 Способ селективного закрепления пылящих поверхностей намывных техногенных массивов ............................................................................................. 128 3.4 Ранжирование территории намывного массива АНОФ-2 на зоны по степени потенциальной опасности ....................................................................................... 136 3.5 Эффективность предложенного средозащитного мероприятия ................... 142 Выводы к третьей главе ........................................................................................... 146 ГЛАВА 4 УПРАВЛЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ НАМЫВНЫХ ТЕХНОГЕННЫХ МАССИВОВ ОАО «АПАТИТ» И ЭКОЛОГОЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ................................................................... 148 4.1 Система управление экологической безопасностью намывного массива АНОФ-2 в процессе его формирования ................................................................. 148 4.2 Эколого-экономическое обоснование системы управления экологической безопасностью намывных техногенных массивов при их формировании ........ 162 4.2.1 Затраты на внедрение системы управления .............................................. 162 4.2.2 Предотвращенный эколого-экономический ущерб ................................. 163 4.2.3 Предотвращенный ущерб здоровью населения ........................................ 166 Выводы к четвертой главе....................................................................................... 170 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................................................... 172 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ........................................................................................... 174 5 ВВЕДЕНИЕ Актуальность работы. Интенсивное развитие промышленности, увеличение численности населения в городах и промагломерациях, высокие темпы роста технологического прогресса - всё это неизбежно приводит к образованию значительного количества отходов, существенная доля которых принадлежит горнодобывающей и горно-перерабатывающей отраслям промышленности. Ежегодно из недр Земли извлекается около 100 млрд. тонн полезных ископаемых, в результате добычи и переработки которых в окружающей природной среде накапливается около 17,4 млрд. тонн твердых и жидких отходов. Несмотря на их высокую экологическую опасность, преобладающим способом их утилизации в настоящее время остается наземное размещение с использованием площадок складирования в виде техногенных массивов. Только в России в 2012 году площадь земель, нарушенных в результате складирования отходов добычи и переработки полезных ископаемых, составила более 5 млн. га. Это привело к ухудшению санитарно-гигиенической обстановки на данных территориях, повышению заболеваемости и смертности населения, уменьшению видового разнообразия животных и растений, нарушению и видоизменению естественных ландшафтов, а также утрате природных ресурсов. Особую значимость решение этой проблемы приобретает для территорий интенсивного техногенеза с локальной концентрацией производств горнодобывающих и горно-перерабатывающих отраслей промышленности, в частности, для района расположения крупнейшей в России апатит-нефелиновой обогатительной фабрики (АНОФ-2). Ежегодно с обогатительной фабрики на хвостохранилище, общая площадь которого составляет 7,8 км2, поступает более 6 млн. м3 хвостов обогащения, а объём хвостов, уложенных с начала эксплуатации АНОФ-2, составляет 637,3 млн. м3. Высота ограждающей дамбы в 2014 году достигла 73 м (абсолютная отметка 184 м). Ветровое пыление открытых пляжей и дамбы хвостохранилища приводит к тому, что в атмосферный воздух региона ежегодно 6 попадает около 250 тонн неорганической пыли с содержанием SiO2 от 70 до 20 %. Значительная доля поступающей в приземную атмосферу пыли достигает селитебной территории города Апатиты, что негативно сказывается как на экологической обстановке в городе, так и на здоровье его жителей. Вопросам обеспечения экологической безопасности намывных техногенных массивов посвящены работы многих выдающихся учёных, таких как П.В. Бересневич, В.Н. Бурков, А.М. Гальперин, А.Ф. Егоров, Ю.А. Израэль, Ю.В. Кириченко, Ю.И. Кутепов, Ю.В. Мосейкин, М.А. Пашкевич, В. Фёрстер, К.Б. Фридман, Х.Ю. Шеф, Ю.В. Шувалов и другие. Несмотря на актуальность этой проблемы, на сегодняшний день не существует рациональных технологий, позволяющих на длительный период эффективно снизить антропогенную нагрузку хранилищ отходов обогащения на атмосферный воздух, осуществляя оперативный контроль состояния окружающей природной среды в районах размещения намывных техногенных массивов. Цель работы - разработка системы управления экологической безопасностью намывных техногенных массивов в процессе их формирования для своевременной оценки и снижения негативного воздействия на селитебную территорию города Апатиты. Идея работы: управление экологической безопасностью намывных массивов должно производственного пылеподавления базироваться экологического открытых на автоматизированной мониторинга пляжей и бортов и способе дамбы системе селективного хвостохранилищ с использованием мобильного комплекса оперативного пылеподавления на базе судна на воздушной подушке. Основные задачи исследований: - анализ ландшафтно-геохимической обстановки, сложившейся под воздействием интенсивной техногенной нагрузки, на селитебной территории города Апатиты; 7 - выявление основных механизмов и последствий загрязнения компонентов природной среды неорганической пылью на территории размещения намывных массивов ОАО «Апатит»; - разработка способа селективного закрепления открытых пляжей и бортов дамбы намывных техногенных массивов с использованием мобильного комплекса оперативного пылеподавления на базе судна на воздушной подушке; - разработка системы аналитического контроля атмосферного воздуха на основе технологии геоинформационного анализа и визуализации данных производственного экологического мониторинга; - разработка стратегии управления экологической безопасностью намывных техногенных массивов в процессе их формирования. Научная новизна работы: - выявлены закономерности формирования атмохимического ореола загрязнения в зависимости от метеорологических параметров и уровня природной и технической защищённости производственного объекта; - теоретически обоснован способ селективного закрепления открытых пляжей и бортов дамбы намывных массивов в штатном режиме эксплуатации и при неблагоприятных метеорологических условиях с использованием мобильного комплекса оперативного пылеподавления на базе судна на воздушной подушке. Основные защищаемые положения: 1. Оценка степени воздействия намывных массивов ОАО «Апатит» на окружающую среду должна производиться исходя из результатов мониторинга атмосферного воздуха и картографического моделирования экологической обстановки при различных метеорологических условиях с учётом природной и технической защищённости производственного объекта. 2. Снижение негативного воздействия намывных массивов ОАО «Апатит» должно осуществляться путём ранжирования их территории на зоны по степени потенциальной опасности в штатном режиме эксплуатации и при неблагоприятных метеорологических условиях, для определения очередности 8 внедрения мобильного комплекса оперативного пылеподавления на базе судна на воздушной подушке. 3. Управление экологической безопасностью намывных массивов ОАО «Апатит» в процессе их формирования должно базироваться на едином информационном обновляющихся ресурсе, данных являющемся производственного совокупностью экологического постоянно мониторинга, служащим для осуществления оперативного регулирования качества приземной атмосферы на рассматриваемой территории. Методы исследований. В качестве основных методов исследований применялись: - анализ фондовых материалов о способах формирования и эксплуатации намывных техногенных массивов, способах управления экологической безопасностью хранилищ отходов обогащения, принятых в отечественной и зарубежной практике; - аналитические и экспериментальные работы в лабораторных и полевых условиях, методы оптической и лазерной гранулометрии, рентгеновской дифрактометрии; - методы геоинформационного анализа и картографического моделирования территории, подвергающейся техногенной нагрузке. Практическая значимость работы: - выполнена оценка техногенной нагрузки на окружающую среду в районе расположения намывных массивов ОАО «Апатит»; - разработан способ селективного закрепления открытых пляжей и бортов дамбы намывных техногенных массивов путём ранжирования их территории на зоны по степени потенциальной опасности в штатном режиме эксплуатации и при неблагоприятных метеорологических условиях с использованием мобильного комплекса оперативного пылеподавления на базе судна на воздушной подушке; - разработана стратегия управления экологической безопасностью намывных массивов ОАО «Апатит» в процессе их формирования. 9 Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечена материалов применением и информации, использованием современных использованием материалов большого методик объема исходных обработки исходной государственной статистической отчетности и изучением натурных и фондовых мониторинговых данных, а также применением современных Приведенные в работе методов анализа аналитические и и интерпретации экспериментальные данных. результаты согласуются и дополняют новейшие данные, опубликованные другими авторами. Апробация работы. Основные и отдельные положения работы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских научных и научно-технических конференциях и симпозиумах, в том числе: на Международном форуме-конкурсе «Проблемы недропользования» (г. СанктПетербург, 2012 г.), на Международной экологической конференции студентов и молодых учёных «Горное дело и окружающая среда. Инновационные и высокие технологии XXI века» (г. Москва, 2012 г.), на Международном симпозиуме им. академика М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (г. Томск, 2013 г.), на Международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства проблемы и энергетики горной «Социально-экономические промышленности, строительства и экологические и энергетики», (г. Минск, 2013 г.). Личный вклад автора заключается в: постановке цели, формулировке задач и разработке методики исследований; проведении экологических исследований территории, подвергающейся воздействию производственного объекта; проведении аналитических и экспериментальных работ в лабораторных условиях; разработке системы аналитического контроля атмосферного воздуха на основе технологии визуализации данных производственного экологического мониторинга. Реализация работы: - разработанные технические предложения по улучшению качества атмосферного воздуха на селитебной территории города Апатиты, в основе 10 которых лежит технология визуализации данных производственного экологического мониторинга и способ селективного закрепления открытых пляжей и бортов дамбы намывных техногенных массивов с использованием мобильного комплекса оперативного пылеподавления, предложены для использования на ОАО «Апатит»; - научные и практические результаты работы могут быть использованы в учебном процессе при подготовке специалистов и бакалавров на кафедре Геоэкологии Горного Университета, в частности, при проведении занятий по дисциплинам «Картография природопользования», «Горное дело и окружающая среда», «ГИС в экологии и природопользовании». Публикации. По теме работы опубликовано 10 печатных трудов, в том числе 3 статьи в журналах, входящих в перечень ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации. Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка. Содержит 184 страницы машинописного текста, 49 рисунков, 38 таблиц и список литературы из 115 наименований. Автор благодарен профессору М.А. Пашкевич за научное руководство работой, доценту Т.А. Петровой за ценные научные консультации, а также всему коллективу кафедры геоэкологии Горного университета за практические советы при выполнении и обсуждении работы. Предполагаемое внедрение На предприятиях минерально-сырьевого комплекса, занимающихся обогащением полезных ископаемых, с последующим складированием отходов обогащения в виде намывных техногенных массивов. 11 ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ПРИ ОБРАЩЕНИИ С ОТХОДАМИ ГОРНОДОБЫВАЮЩЕЙ И ГОРНО-ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЙ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 1.1 Экологические аспекты при обращении с отходами производства и потребления в Российской Федерации Интенсивное развитие промышленности, увеличение населения в городах и промагломерациях, высокие темпы роста технологического прогресса - всё это неизбежно приводит к образованию значительного количества отходов производства и потребления. Рациональное и эффективное природопользование является важным элементом устойчивого развития любого государства. Образование отходов - это существенная потеря материальных и энергетических ресурсов. Складирование и захоронение образовавшихся отходов, а также недостаточная эффективность природоохранных мероприятий при их утилизации могут стать причиной ощутимой техногенной нагрузки на окружающую среду, а также причиной воздействия загрязняющих веществ и патогенных микроорганизмов на здоровье человека. Обращение с отходами - одна из наиболее значимых и сложных экологических проблем не только в России, но и в мире. С одной стороны - это существенное антропогенное воздействие, оказываемое на компоненты природной среды, а с другой стороны - это значительная площадь земельных территорий, необходимых для размещения и захоронения отходов производства и потребления. Показатель образования отходов тесно связан с уровнем экономической активности государства и отражает сформировавшиеся в обществе структуры производства и потребления. Сокращение объема образования отходов является эффективным показателем продвижения секторов экономики к менее материалоемким и более энергоэффективным технологиям производства, а также критерием оценки качества работы экологического законодательства в стране [1]. 12 По данным Б.Б. Бобовича в общемировом масштабе на рубеже 20-21 веков наблюдается линейный рост объемов производства полезного продукта, сопровождающийся экспоненциальным ростом образования отходов производства и потребления. Таким образом, при существующей технологии производства темпы образования и накопления отходов очень высоки и значительно опережают рост объема производства, а новые мощности по их утилизации и переработке практически не создаются [2]. Согласно данным об объеме образования отходов в Российской Федерации, представленным Росприроднадзором, только в России в 2012 году общий объём образования отходов составил более 5 млрд. тонн. Данные об объёме образования отходов в Российской Федерации по отраслям промышленности и по классам опасности отходов представлены в таблице 1.1 и таблице 1.2 соответственно. Таблица 1.1 - Объём образования отходов в России по отраслям промышленности Объем образования отходов, млн. тонн Общий объем образования отходов Сельское хозяйство, лесоводство и рыболовство Добыча полезных ископаемых Обрабатывающие производства Строительство Производство и распределение электроэнергии, газа и воды Прочие виды экономической деятельности 2007 2010 2011 2012 3899,3 3734,7 4303,3 5007,9 26,6 24,1 27,5 26,2 2785,2 243,9 62,8 3334,6 280,1 11,1 3818,7 280,2 14,1 4629,3 291,0 14,6 70,8 68 58 28,4 н/д 16,9 104,7 18,3 Таблица 1.2 - Объём образования отходов в России по классам опасности Объем образования отходов, млн. тонн I класса опасности II класса опасности III класса опасности IV класса опасности V класса опасности 2007 2010 2011 2012 0,1813 0,167 0,143 0,051 1,3114 0,71 0,655 0,459 11,051 16,671 15,79 11,643 275,1091 96,82 103,574 101,512 3611,6472 3620,332 4183,138 4894,235 Все отходы производства и потребления в большей или меньшей степени, в зависимости от класса опасности, оказывают негативное воздействие на 13 окружающую среду и организм человека, поэтому своевременная и комплексная переработка отходов, а также их повторное использование является одним из наиболее важных компонентов системы рационального природопользования. Обращение с исполняемое отходами, законодательно производственными регулируемое предприятиями государством или и подрядными организациями в настоящее время, имеет существенное и продолжительное воздействие на экологическое благополучие населения, развитие отраслей экономики и экологическую ситуацию в стране. На рисунке 1.1 представлена принципиальная схема переработки отходов производства и потребления. Отходы производства и потребления Смешивание Предварительная сортировка Энергетическое использование Переработка отходов Остаточные материалы Хранилища отходов Рисунок 1.1 - Принципиальная схема переработки отходов В Российской Федерации обращение с отходами производства и потребления регламентируется федеральным законом (ФЗ) от 24.06.1998 года №89-ФЗ «Об отходах производства и потребления» (последняя поправка внесена ФЗ от 21.07.2014 года №261- ФЗ, вступивший в силу с 01.02.2015 года) и приказом Министерства природных ресурсов Российской Федерации от 15.06.2001 года №511 «Об утверждении критериев отнесения отходов 1-5 классов опасности к классу опасности для окружающей природной среды» [3,4]. 14 В случае должного обращения с отходами уровень экономической активности в государстве возрастает, площадь земель, занятых под складирование и захоронение отходов сокращается, а экологическая ситуация улучшается. Таким образом, увеличение масштабов переработки и повторного использования отходов производства и потребления ведет к уменьшению количества отходов, подвергающихся захоронению и временному хранению, тем самым, снижая техногенную нагрузку на компоненты природной среды и экологические последствия жизнедеятельности человека. Общий объём переработки и повторного использования отходов в Российской Федерации по отраслям промышленности и по классам опасности представлены в таблице 1.3 и таблице 1.4 соответственно. Таблица 1.3 - Объём переработки и повторного использования отходов в России по отраслям промышленности Объем переработки и повторного использования отходов, млн. тонн Общий объем переработки и повторного использования отходов Сельское хозяйство, лесоводство и рыболовство Добыча полезных ископаемых Обрабатывающие производства Строительство Производство и распределение электроэнергии, газа и воды Прочие виды экономической деятельности 2007 2010 2011 2012 2257,4 1738,1 1990,7 2348,1 19,2 19,8 23,4 23,2 1829,4 85,4 38,8 1562,2 124,4 10,1 1800,1 124,3 11,3 2125,9 164,6 10,3 8,3 9,8 13,3 9,2 н/д 11,8 н.д. 14,9 Таблица 1.4 - Объём переработки и повторного использования отходов в России по классам опасности Объем переработки и повторного использования отходов, млн. тонн I класса опасности II класса опасности III класса опасности IV класса опасности V класса опасности 2007 2010 2011 2012 0,0934 0,097 0,08 0,04 0,8716 0,431 0,389 0,452 9,29 11,862 11,701 10,309 95,2973 71,091 84,596 80,953 2151,8477 1654,619 1893,934 2256,346 15 Современный промышленных Утилизации уровень отходов главным для переработки и повторного высокоразвитых образом стран подвергаются использования составляет 60-65 %. термопластовые отходы, сероводородные вещества, продукты выщелачивания сульфидов, отработанные масла, пыль, зола, отходы промышленности стройматериалов, шлаки сталелитейного производства, строительный мусор, грунты. При этом раздельные способы сбора и складирования отходов повышают степень их использования. Тем не менее, оставшаяся часть промышленных отходов подвергается захоронению или временному хранению в хранилищах отходов, формирующихся на поверхности земли, в ее приповерхностной части или в глубоких горизонтах. Общий объём захоронения и временного хранения отходов в Российской Федерации по отраслям промышленности и по классам опасности представлены в таблице 1.5 и таблице 1.6 соответственно. Таблица 1.5 - Объём захоронения и временного хранения отходов в России по отраслям промышленности Объем захоронения и временного хранения отходов, млн. тонн Общий объем захоронения и временного хранения отходов Сельское хозяйство, лесоводство и рыболовство Добыча полезных ископаемых Обрабатывающие производства Строительство Производство и распределение электроэнергии, газа и воды Прочие виды экономической деятельности 2010 2011 2012 2259,3 2664,2 2920 3,9 1983,7 151,9 1,3 н.д. н.д. н.д. н.д. 2,1 2586,5 239,7 1,6 68,6 н.д. 42,8 49,9 н.д. 47,3 Таблица 1.6 - Объём захоронения и временного хранения отходов в России по классам опасности Объем захоронения и временного хранения отходов, млн. тонн I класса опасности II класса опасности III класса опасности IV класса опасности V класса опасности 2010 2011 2012 0,075 0,076 0,0027 0,350 0,203 0,1157 3,237 3,207 0,8047 64,193 74,328 60,3957 2191,445 2586,386 2858,6812 16 Согласно данным, представленным в таблицах 1.3 и 1.5, преобладающим способом утилизации отходов производства и потребления в России в 2012 году по прежнему остаётся захоронение или временное хранение в хранилищах отходов [5]. Складирование отходов производства и потребления в хранилища отходов, в зависимости от их физико-химических свойств, может осуществляться по нескольким схемам: I схема - поверхностное складирование отходов, которое может осуществляться как без строительства специальных инженерных сооружений (складирование твердых отходов проводится непосредственно на дневной поверхности, иногда даже без снятия почвенного слоя), так и в специальных накопителях с формированием оградительных дамб (гидроотвалы, хвосто- и шламохранилища, золоотвалы). Подобное складирование характерно для горнодобывающих и горно-перерабатывающих, химических, металлургических и энергетических предприятий с большим выходом отходов. II схема - приповерхностный способ складирования (первые метры от поверхности) с устройством неглубоких котлованов, в некоторых случаях сопровождающийся строительством невысоких оградительных дамб. Обычно таким способом производится складирование твердых отходов, состоящих из продуктов жизнедеятельности человека (бытовых отходов, отходов очистных сооружений, радиоактивных отходов с низкой или средней активностью). Хранилища отходов, сформированные по первым двум схемам можно классифицировать: - по срокам хранения отходов (постоянные и временные); - по типу отходов (свалки ТБО или особых отходов); - по предварительной обработке отходов (инертные вещества, остаточные продукты, специальные вещества или ТБО); - по конструкции (насыпные, намывные, контейнерные); - по типу складирования (смешанные, складирование с предварительной сортировкой). «моносвалки» - раздельное 17 III схема - глубокое захоронение особо опасных промышленных отходов (десятки метров). В этом случае складирование производят в карты-котлованы, глубина которых может достигать 25-30 метров. Эту схему захоронения используют для изоляции промышленных токсичных отходов различного профиля [6]. Складирование промышленных отходов таким способом сопровождается многочисленными геоэкологическими проблемами: - интенсивное загрязнением грунтовых вод; - преобразование пород под воздействием агрессивных промышленных стоков; - подтопление территории и ее заболачивание; - преобразование дисперсных пород за счет их набухания, размокания, химической и биохимической трансформации, вплоть до перехода песчаноглинистых грунтов в неустойчивое состояние; - биохимическое газовыделение; - миграция загрязняющих компонентов в нижележащие водоносные горизонты [7]. IV схема - глубинное захоронение радиоактивных отходов (РАО) атомной энергетики, военной промышленности, медицины и др. Чаще всего для III и IV схем складирования промышленных отходов выбирают территории, в разрезе которых располагаются относительно непроницаемые, достаточно прочные и устойчивые к воздействию агрессивных сред породы. В первую очередь принципиальное значение имеют структурнотектонические особенности региона, определяющие сейсмическую активность территории, наличие региональных и локальных разломов, влияющих на степень дезинтеграции толщи и ее «защитные» характеристики, а также состав, состояние и физико-механические свойства горных пород и их уязвимость под воздействием природных и техногенных факторов [8]. Предприятия минерально-сырьевого комплекса в настоящее время обладают одним из наиболее материалоемких производств, оказывающих 18 значительную техногенную нагрузку на все компоненты природной среды и здоровье населения. Технологические процессы добычи и переработки полезных ископаемых неразрывно связаны с потреблением природных ресурсов и формированием отходов различных классов опасности. Накопление этих отходов и их воздействие на компоненты природной среды на сегодняшний день является одной из главных экологических проблем минерально-сырьевого комплекса во всем мире. По данным ЮНЕСКО, ежегодно из недр Земли извлекается около 100 млрд. тонн полезных ископаемых, в результате добычи и переработки которых в окружающей природной среде накапливается около 17,4 млрд. тонн твердых и жидких отходов различных классов опасности. Возрастающая с каждым годом потребность населения в материальных ресурсах и увеличение объёмов добываемого минерального сырья со временем привели к тому, что геологическая деятельность человека стала сопоставимой с природными геологическими процессами. Ещё в 1925 году академик В.И. Вернадский заявлял, что человек своей научной мыслью создаёт «новую геологическую силу», причём эта сила непрерывно возрастает [9]. Предприятия минерально-сырьевого комплекса занимают ведущее место в экономике Российской Федерации. Общая площадь земельных отводов горнодобывающих и горно-перерабатывающих предприятий России составляет приблизительно 2,7 млн. га. По различным данным на долю предприятий минерально-сырьевого комплекса России приходится 35-40 % ВВП страны и около 50 % всего экспорта. За счёт экспорта полезных ископаемых и продуктов их переработки обеспечивается около 80 % всех валютных поступлений Российской Федерации. Учитывая данный факт, не удивительно, что основная доля отходов производства и потребления (более 90 %), образующихся в России, приходится на долю горнодобывающей и горно-перерабатывающей отраслей промышленности. Процентное соотношение объёма образовавшихся в Российской Федерации отходов по отраслям промышленности представлено на рисунке 1.2. 19 Несмотря на высокую экологическую опасность отходов добычи и переработки полезных ископаемых, преобладающим способом их утилизации в России на сегодняшний день остается наземное размещение с использованием площадок складирования в виде техногенных массивов. Рисунок 1.2 - Процентное соотношение объёма образовавшихся в России отходов по отраслям промышленности В 2012 году в России, площадь земель, нарушенных в результате складирования отходов добычи и переработки полезных ископаемых, составила более 4,5 млн. га. Это привело к ухудшению санитарно-гигиенической обстановки на данных территориях, повышению заболеваемости и смертности населения, уменьшению видового разнообразия животных и растений, нарушению и видоизменению естественных ландшафтов, а также утрате природных ресурсов. Площадь и порядок отчуждения земли для нужд горных производств устанавливают с учётом природных (физико-механические свойства пород, гидрография и геология месторождения), технологических (расположение и производственная мощность предприятия, схема вскрытия и способ разработки 20 месторождения, режим горных работ, параметры и порядок формирования техногенных массивов) и организационных (сроки строительства, эксплуатации и ликвидации горного предприятия) факторов. В среднем по России в зависимости от месторождения и его характеристик, при добыче 1 млн. т угля нарушается от 3 до 43 га земель, железной руды - от 14 до 600 га, марганцевой руды - от 76 до 600 га, известняка - от 60 до 120 га, фосфоритов - от 22 до 77 га [10]. 1.2 Техногенные массивы и способы их формирования на предприятиях минерально-сырьевого комплекса По степени опасности и необратимости нарушений природного равновесия в экосистемах предприятия минерально-сырьевого комплекса занимают одно из первых мест среди всех производственных комплексов. Они являются наиболее интенсивным источником образования твердых, жидких и газообразных отходов различных классов опасности. Результатом такого воздействия является образование техногенных массивов - искусственно сформированных геологических тел, представленных пустыми горными породами, отходами обогащения, золами, шлаками, шламами. В отечественной и зарубежной литературе встречается множество различных определений термина «техногенный массив», однако, согласно определению М.А. Пашкевич, техногенный массив - это геологическая структура, сложенная породами или наносами антропогенного генезиса, отличающаяся по своему химическому, гранулометрическому и бактериологическому составу, а также по своим физико-механическим, фильтрационным и сорбционным свойствам от вмещающих фоновых пород, форма и размеры которой определяются преимущественно технологическими процессам. Наиболее интенсивное формирование техногенных массивов связано, в первую очередь, с разработкой месторождений полезных ископаемых и последующей переработкой извлекаемого минерального сырья. Для примера, при добыче 1 т железной руды образуется в среднем 8-10 т вскрышной породы, а 21 современный процесс выплавки 1 т чугуна сопровождается образованием в среднем 1,2 т отходов обогащения и 0,9 т золы. На рисунке 1.3 техногенных массивов представлена на принципиальная горнодобывающих и схема формирования горно-перерабатывающих предприятиях [11]. Горное предприятие Снятие почвенной массы Выемка вскрышных пород Добыча полезного компонента Обогащение полезного компонента Переработка полезного компонента Складирование почвенной массы Перегрузка вблизи предприятия Рекультивация Перегрузка у места землевания Засыпка карьеров, балок, оврагов Шламо- и хвостохранилища Золо- и шлакоотвалы Отвалы, гидроотвалы вскрышных пород Рисунок 1.3 - Принципиальная схема формирования техногенных массивов на горнодобывающих и горно-перерабатывающих предприятиях На территории Российской Федерации ежегодно в виде техногенных массивов складируется около 5 млрд. т вскрышных пород, 700 млн. т отходов обогащения и 150 млн. т золы. Так, например, только на карьерах Курской магнитной аномалии объем вскрышных пород составляет почти 80 млн м3 в год, а на двух апатит- 22 нефелиновых обогатительных фабриках (АНОФ-2 и АНОФ-3) ОАО «Апатит» годовой объём складируемых хвостов превышает 10 млн. м3. Все техногенные массивы, в соответствии с принятой в России классификацией, предлагается подразделять на три группы: насыпные массивы, намывные массивы и техногенные наносы. Общепринятая в России классификация техногенных массивов представлена на рисунке 1.4 [12]. Рисунок 1.4 - Классификация техногенных массивов Искусственные почвы Переотложенные водным путем твердые минеральные отходы, техногенные осадки Переотложенные воздушным путем твердые минеральные отходы, выпадения осадков Техногенные наносы (запыленные поверхности, территории сельскохозяйственной рекультивации, донные отложения техногенного происхождения) Гидравлически укладываемые бытовые отходы Гидравлически укладываемые минеральные отходы: хвосты, шламы, золоотвалы Гидравлически укладываемые грунты природного происхождения с естественной структурой Твердые бытовые и промышленные отходы Намывные массивы (гидроотвалы, хвостохранилища, золоотвалы, шламонакопители) Минеральные отходы промышленного производства Насыпные массивы (отвалы, терриконники, гидротехнические, дорожные и кавальерные насыпи, свалки) Грунты природного происхождения с нарушенной естественной структурой Техногенные массивы 23 1.2.1 Насыпные техногенные массивы К насыпным техногенным массивам относятся хранилища перемещенной горной массы (отвалы, насыпи, дамбы), а также свалки бытовых и промышленных отходов. Пример насыпного техногенного массива представлен на рисунке 1.5. Рисунок 1.5 - Пример насыпного техногенного массива (отвалы) Насыпные массивы формируются из насыпных грунтов. Насыпные грунты, в свою очередь, - это образования, возникающие в ходе инженерной деятельности, перемещение и укладка которых осуществляются с использованием транспортных средств или взрыва. Насыпные грунты, в соответствии с ГОСТ 25100-82 «Грунты. Классификация» подразделяются на грунты природного происхождения с нарушенной естественной структурой, минеральные отходы промышленных производств и твердые бытовые отходы. Классификация насыпных грунтов представлена в таблице 1.7 [13]. Таблица 1.7 - Классификация насыпных грунтов согласно ГОСТ 25100-82 «Грунты. Классификация» Подгруппа 1. Планомерно возведённые насыпи Тип Подтип Природные грунты, промышленные отходы (шлаки, формовочная земля, зола) Нарушенные природные грунты (строительные, горнотехнические) отходы Мелкодисперсные отходы обогащения и газоочистки (шламы) Шлаки 2. Отвалы грунтов и отходов промышленных Золы и золошлаки производств Насыпные, намывные Уплотненные Насыпные, намывные Слежавшиеся, не Устойчивые, слежавшиеся разрушающиеся Насыпные, намывные Слежавшиеся, не Устойчивые, слежавшиеся распадающиеся Насыпные, намывные Не слежавшиеся Литые, насыпные Слежавшиеся Выделяются по Насыпные, гранулярному составу намывные Выделяются по гранулярному составу и Насыпные Формовочные земли числу пластичности Выделяются по Пустые породы угольных гранулярному составу и Насыпные шахт (терриконы) числу пластичности Устойчивые Устойчивые, распадающиеся Устойчивые, распадающиеся Устойчивые, обладающие Слежавшиеся, не цементационной способностью, слежавшиеся распадающиеся Слежавшиеся, не Устойчивые слежавшиеся Слежавшиеся, не Устойчивые, горящие, слежавшиеся разрушающиеся 24 Минеральные обогащения Выделяются по гранулярному составу (крупноблочные, песчаные) и числу пластичности (глинистые, пылеватые) Выделяются по гранулярному составу и числу пластичности Выделяются по гранулярному составу и числу пластичности Выделяются по гранулярному составу и числу пластичности Вьделяются по гранулярному составу способу образования Вид выделяется по степени устойчивости структуры самоуплотнения Продолжение таблицы 1.7 Подгруппа Тип Подтип Насыпные Слежавшиеся, не Устойчивые слежавшиеся Насыпные (медленное накопление) Слежавшиеся, не Устойчивые, слежавшиеся распадающиеся Насыпные Не слежавшиеся Насыпные Слежавшиеся, не Устойчивые, слежавшиеся распадающиеся Распадающиеся 25 Отходы разрушенных Выделяются по виду строительных материалов материала и конструкций Выделяются по Культурные слои гранулярному составу и городских территорий числу пластичности 3. Свалки Выделяются по виду Городские свалки грунтов материала, бытовых и промышленных составляющего промышленных отходов и бытовых основную часть отходов Выделяются по виду Свалки грунтов и материала, составляющего промышленных отходов основную часть способу образования Вид выделяется по степени устойчивости структуры самоуплотнения 26 Интенсивное накопление и образование насыпных грунтов связано, в первую очередь, с разработкой месторождений полезных ископаемых и последующей переработкой извлекаемого минерального сырья, а также в результате инженерно-строительной земляных сооружений, деятельности гидротехническое, (возведение энергетическое, различных транспортное строительство, освоение подземного пространства городов). Массивы насыпных грунтов формируются также из твердых бытовых и промышленных отходов. Характерными особенностями насыпных техногенных массивов и их оснований являются: - нарушенность структуры пород в теле насыпи, обусловливающая снижение прочности по сравнению с естественным залеганием и увеличение фильтрационных свойств отложений; - фракционирование пород и самовыполаживание откосов; - существенное изменение прочности пород насыпей во времени сопротивление сдвигу увеличивается в связи с уплотнением или снижается при увлажнении пород насыпи и основания; - возникновение порового давления в основании насыпей, сложенных водонасыщенными глинистыми породами, способствующего развитию оползней различных типов; - нарушение водного баланса территории; - попадание на поверхность земли глубинных пород, залегающих в другой кислотно-щелочной и окислительно-восстановительной обстановке, что приводит к выщелачиванию из них вредных веществ [14]. Общепринятая в России классификация насыпных техногенных массивов представлена на рисунке 1.6 [12]. Промышленность строительных материалов и другие отрасли Бытовые и производственные отходы Транспортное Энергетическое 27 Рисунок 1.6 - Классификация насыпных техногенных массивов Гидротехническое Инженерное строительство Перемещенные массы горных пород для возведения земляных сооружений Вскрышные и отвальные породы Пыль Промышленность по производству минеральных удобрений Отходы серных руд Горнодобывающие и горно-перерабатывающие отрасли промышленности Апатит- и фосфоритсодержащие отходы Фосфогипс Галитовые отходы Цветная металлургия Вскрышные и отвальные породы Пыль Шлаки, шламы Хвосты гравитационного обогащения Черная металлургия Вскрышные и отвальные породы Пыль Шлаки, шламы Угольная промышленность Хвосты сухой и магнитной сепарации Вскрышные и отвальные породы Пыль Зола Отходы углеобогащения Вскрышные и отвальные породы Насыпные техногенные массивы Коммунальнобытовое хозяйство 28 Одним из наиболее распространённых видов насыпных техногенных массивов на горнодобывающих и горно-перерабатывающих предприятиях являются отвалы. Отвалообразование - технологический процесс, предусматривающий транспортировку и укладку на отдельные площади земельного отвода пустой породы, некондиционных полезных ископаемых, шлака и золы, в результате которого образуются отвалы. Отвалы горной породы могут достигать высоты более 100 метров и занимать территорию до 60 % площади земельного отвода отвалообразование горнодобывающего в себестоимости предприятия. полезного Доля ископаемого затрат при на добыче открытым способом составляет 12-18 %. Классификация отвалов, формирующихся на горнодобывающих предприятиях при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом, представлена в таблице 1.8. Таблица 1.8 - Классификация отвалов, при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом Классификационный признак По местоположению По числу ярусов Типы отвалов Внешние Внутренние Одноярусные Двухъярусные Многоярусные Плужные Экскаваторные По способу механизации отвальных Бульдозерные работ Конвейерные Гидроотвалы Общие По числу обслуживаемых Групповые вскрышных участков Отдельные Равнинные По рельефу местности отвального поля Нагорные Низкие По высоте Средние Высокие Характеристика За контуром карьера В контуре карьера Отсыпка ведется на почву На отсыпанный ранее отвал На отсыпанный ранее отвал С отвальными плугами При помощи механических лопат драглайнов и абзетцеров При автотранспорте, железнодорожном транспорте При конвейерном транспорте При гидро- и железнодорожном транспорте Для всего карьера Для нескольких участков карьера Для отдельных горизонтов карьера. Любой тип механизации Любой тип механизации до 20 м 20-50 м Свыше 50 м 29 Продолжение таблицы 1.8 Классификационный признак По характеру обводнения По схеме отвалообразования По рельефу поверхности отвалов Типы отвалов Характеристика Сформированные из водонасыщенных пород Обводненные на месте атмосферными Водонасыщенные осадками, поверхностными и подземными водами На водонасыщенном Сформированные на породах с высоким основании уровнем засыхания подземных вод Размещение пород в отвале происходит в С фронтальной процессе непрерывного движения отсыпкой отвалообразователя вдоль фронта работ Складирование пород осуществляется С боковой отсыпкой заходками Конусообразные Любая технологическая схема Гребнеобразные Любая технологическая схема Схемы отсыпки отвалов горной породы предопределяют характер процессов уплотнения породных масс отвалов и их оснований, влияя тем самым на возможность возникновения горно-геологических явлений - нарушений устойчивости отвальных откосов (оползни) [15]. Насыпные техногенные массивы являются объектами повышенной экологической опасности, так как могут быть источниками загрязнения атмосферного воздуха, почвенного покрова, подземных и поверхностных вод на обширных территориях. К негативным последствиям формирования насыпных техногенных массивов следует отнести также: - сокращение площадей земель, пригодных, в большинстве случаев, для сельскохозяйственного использования; - изменение природного ландшафта; - развитие эрозионных процессов; - загрязнение почвенного покрова и снижение продуктивности прилегающих земель; - изменение состояния и свойств горных пород, слагающих основания насыпных техногенных массивов; 30 - ухудшение состояния атмосферы и санитарно-гигиенических условий жизни населения на прилегающих территориях. 1.2.2 Намывные техногенные массивы К намывным техногенным массивам относятся хранилища гидравлически укладываемых грунтов природного или техногенного происхождения (гидроотвалы), хранилища жидких отходов обогащения полезных ископаемых (хвостохранилища) и отходов рудопромывки (шламохранилища), хранилища золошлаков теплоэнергетической отрасли (золоотвалы), а также хранилища жидких минеральных и бытовых отходов. Пример намывного техногенного массива представлен на рисунке 1.7. Рисунок 1.7 - Пример намывного техногенного массива (хвостохранилище) В состав намывного техногенного массива входят ограждающие дамбы (первичного и последующего обвалования), внутренние зоны (зоны намыва жидких отходов), пруд-отстойник, водозаборные и водосбросные устройства 31 (канавы, колодцы, водоводы, ливнестоки), а также сеть пульпопроводов. Большинство намывных техногенных массивов имеют значительную площадь, которая может достигать десятков квадратных километров. В соответствии с принятой в Российской Федерации классификацией намывные техногенные массивы подразделяются по отраслям промышленности: горнодобывающая и горно-перерабатывающая промышленность, топливноэнергетический комплекс (ТЭК), инженерное строительство и коммунальнобытовое хозяйство. Общепринятая в России классификация намывных техногенных массивов представлена на рисунке 1.8. Намывные массивы Коммунальнобытового хозяйства Производственные и бытовые отходы Инженерного строительства Перемещенные гидравлическим способом горные породы для возведения земляных сооружений Отраслей ТЭК Золошлаки ТЭЦ и котельных переработки Отходы обогащения и твердых полезных ископаемых Вскрышные и отвальные породы Горнодобывающей и горноперерабатывающей отраслей промышленности Рисунок 1.8 - Классификация намывных техногенных массивов Основу намывных массивов составляют намывные грунты. Намывные грунты - образования, возникающие в ходе инженерной деятельности, при складировании сооружения гидравлическим способом. отходов в специальные инженерные 32 Наиболее масштабные намывные техногенные массивы формируются на предприятиях черной и цветной металлургии, а также на предприятиях по добыче и переработке сырья для производства минеральных удобрений, где ежегодно складируется более 800 млн. м3 разнообразных по составу и свойствам отходов обогащения. Параметры крупнейших намывных техногенных массивов в Российской Федерации представлены в таблице 1.9. Таблица 1.9 - Параметры крупнейших намывных массивов в России Намывной техногенный массив Костамукшский ГОК Михайловский ГОК Оленегорский ГОК Вторая апатитнефелиновая обогатительная фабрика (АНОФ-2) Ковдорский ГОК Лебединский ГОК Стойленский ГОК Площадь намывного массива, км2 Объем Количество техногенного Ежегодный заскладированмассива на объём Выход ных отходов на конец отходов, отходов, % конец 2012 3 эксплуатации, млн.м /год года, млн.м3 3 млн.м 24,1 410,0 214,6 6,9 67,0 14,8 463,0 295,3 7,8 65,1 10,0 400,0 165,8 5,6 63,1 7,8 812,0 637,3 6,8 62,3 7,7 315,0 238,4 5,9 59,7 6,3 375,0 193,3 4,9 61,9 3,1 36,0 13,7 1,2 60,6 Химический состав отходов обогащения напрямую связан с минеральным составом перерабатываемых руд и технологией их обогащения или рудопромывки. Гранулометрический состав отходов обогащения изменяется в широких диапазонах и для различных видов полезных ископаемых, а также в различные периоды эксплуатации месторождения, так как в первую очередь зависит от методов и стадий подготовки руды, технологии основных процессов обогащения и рудопромывки, твердости минералов, входящих в состав руды [16]. 33 Намывные техногенные массивы - это сложный комплекс гидротехнических и гидротранспортных сооружений, формирование и функционирование которого характеризуется повышенной экологической опасностью. В этой связи обеспечение экологической безопасности при формировании намывных массивов и последующей их эксплуатации, консервации и рекультивации невозможно без мониторинга состояния техногенных массивов с целью своевременного принятия мер по предотвращению техногенных аварий (прорыв дамбы). Состояние намывных географическими, техногенных массивов инженерно-геологическими, определяется физико- гидрогеологическими и технологическими факторами. К физико-географическим факторам относятся рельеф территории и климатические условия (количество и характер осадков, температурный и ветровой режимы), а также гидрографическая и гидрогеологическая характеристика водотоков и водоемов на прилегающей территории намывного сооружения. Инженерно-геологические факторы включают в себя геологическое строение основания и тела сооружения, вещественный состав, водно-физические, деформационные и прочностные характеристики грунтов. Так, например, наличие ослабленных (наклонных или горизонтальных) контактов слоёв в основании намывных массивов определяет снижение устойчивости дамбы сдвигу по этим контактам. Существенное влияние на устойчивость дамбы оказывает также наличие в её основании сильносжимаемых грунтов. Влияние гидрогеологических факторов рассматривается путем оценки обводненности основания (наличия водоносных горизонтов, условий их питания и разгрузки), действия сил гидростатического взвешивания и гидродинамического давления при движении фильтрационного потока в теле дамбы, потерь на фильтрацию в ложе и на испарение, эффективности дренажных устройств. Технологические факторы, определяющие состояние намывных массивов, включают в себя технологические особенности гидровскрышных работ или 34 переработки минерального сырья на обогатительных фабриках, способы возведения дамб и намыва (выпуска) пульпы во внутренние зоны сооружений, интенсивность намыва, динамические и статические нагрузки [17]. Техногенная нагрузка намывных массивов на окружающую природную среду носит региональный характер. Намывные техногенные массивы являются объектами повышенной экологической опасности и источниками загрязнения атмосферного воздуха, почвенного покрова, подземных и поверхностных вод на обширных территориях, а также оказывают значительное негативное воздействие на здоровье населения. При традиционной технологии намыва во внутренних зонах намывных массивов 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 рационального использования намывных территорий. Водонасыщенные слабоуплотненные массивы могут создавать угрозу затопления прилегающих территорий, слабая водоотдача тонкодисперсных отложений обусловливает медленный водооборот и требует значительных дополнительных объемов воды для подпитки гидроустановок [18]. 1.2.3 Техногенные наносы Техногенные наносы - образования, возникающие в ходе деятельности промышленных и сельскохозяйственных предприятий, транспорта, предприятий коммунально-бытового хозяйства, имеющие малую мощность и большую протяженность (площадь). По принципу образования техногенные наносы делятся на 3 основные группы: атмосферные выпадения, донные отложения водотоков и водоёмов, искусственные почвы. Каждая из представленных групп в свою очередь делится на несколько подгрупп. Общепринятая в Российской Федерации классификация техногенных наносов представлена на рисунке 1.9. Атмосферные выпадения являются результатом Территории городов и населённых пунктов Донные отложения Территории сельскохозяйственного освоения Рекультивированные территории горнодобывающей и горноперерабатывающей отраслей промышленности, строительства Поверхностный и подземный стоки с загрязнённых территорий Стоки вод сельскохозяйственных предприятий Стоки вод коммунально-бытового хозяйства Атмосферные выпадения Стоки промышленных предприятий Подводные свалки Неорганизованные выбросы в атмосферу (горнодобывающая, горноперерабатывающая, химическая отрасли промышленности, ТЭК, строительство, коммунально-бытовое хозяйство, транспорт) Организованные выбросы в атмосферу (горно-перерабатывающая, химическая отрасли промышленности, ТЭК) 35 Техногенные наносы Искусственны е почвы Рисунок 1.9 - Классификация техногенных наносов гравитационного осаждения на поверхность земли взвешенных в воздухе твердых частиц и аэрозолей газопылевоздушных организованных и неорганизованных выбросов различных производств в атмосферу. Атмосферные выпадения пыли, золы, сажи, тяжелых металлов, смолистых веществ, летучих органических соединений (ЛОС) 36 и других загрязняющих веществ являются причиной диффузного загрязнения земель [19]. В таблице распространённых 1.10 представлены загрязняющих значения атмосферу выбросов веществ от наиболее стационарных источников выделения различных отраслей промышленности по данным Росстата за 2012 год [20]. Таблица 1.10 - Выбросы загрязняющих веществ от стационарных источников выделения различных отраслей промышленности, тыс. т В том числе Отрасль промышленности Всего Всего Из них ГазообТвердые разные Диоксид Оксиды Оксид Углеводороды ЛОС и жидкие серы азота углерода (без ЛОС) 19162,3 2283,1 16879,2 4342,7 1880,0 5753,5 3105,8 1622,8 Сельское хозяйство, охота и лесное хозяйство 141,1 27,6 113,5 5,1 9,6 45,2 24,5 7,1 Добыча полезных ископаемых (всего) 5616,0 413,5 5202,5 263,5 169,7 2442,8 1503,0 813,4 Добыча полезных 5216,6 ископаемых для ТЭК 290,3 4926,3 181,9 134,1 2293,7 1502,2 808,0 Добыча прочих 399,4 полезных ископаемых 123,2 276,2 81,6 35,7 149,0 0,8 5,4 Производство пищевых продуктов, напитков и табака 147,1 29,3 117,8 11,6 16,8 73,0 2,2 10,0 Обработка древесины и производство изделий из дерева 82,9 15,8 67,1 2,2 6,8 53,0 0,5 3,9 Целлюлозно-бумажное производство, издательская и 129,7 полиграфическая деятельность 35,3 94,4 37,2 21,7 27,5 0,4 6,4 Производство кокса и 742,0 нефтепродуктов 17,0 725,0 190,5 42,8 151,0 9,9 321,7 37 Продолжение таблицы 1.10 В том числе Всего Химическое производство Из них ГазообТвердые разные Диоксид Оксиды Оксид Углеводороды ЛОС и жидкие серы азота углерода (без ЛОС) 338,2 29,5 308,7 27,1 47,6 131,2 15,7 67,4 Производство прочих неметаллических 436,7 минеральных продуктов 151,9 284,8 20,1 96,5 148,2 0,9 11,1 Металлургическое производство 4334,1 268,9 4065,2 2460,6 140,8 1420,5 1,5 12,0 Производство транспортных средств и оборудования 86,0 14,4 71,5 9,2 8,9 26,9 0,9 23,8 2936,6 1218,8 1001,8 621,0 37,8 9,7 Производство, передача и распределение 4013,8 1077,3 электроэнергии, газа, пара и горячей воды Сбор, очистка и распределение воды 57,3 11,2 46,1 4,0 3,3 18,3 16,6 2,4 Транспорт и связь 2248,0 44,0 2204,0 28,0 242,4 373,0 1333,9 223,5 Предоставление прочих коммунальных, 166,1 социальных и персональных услуг 3,8 162,3 1,9 1,8 9,3 119,7 25,4 На рисунке 1.10 представлена диаграмма, характеризующая долю отраслей промышленности в диффузионном загрязнении земель по данным Росстата за 2012 год [21]. Как видно из диаграммы, представленной на рисунке 1.10, наибольший вклад в формирование техногенных наносов принадлежит предприятиям 38 топливно-энергетического комплекса (ТЭК), цветной и черной металлургии, нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отраслей промышленности. Рисунок 1.10 - Доля отраслей промышленности в диффузионном загрязнении земель Так, например, в районах металлургических предприятий на поверхность почвы ежегодно выпадает более 150 тыс. т меди, 122 тыс. т цинка, 90 тыс. т свинца, 12 тыс. т никеля, 1500 т молибдена, 800 т кобальта и 31 т ртути. В результате деятельности предприятий ТЭК на поверхность почвы ежемесячно поступает 1600 т ртути, 3600 т свинца, 7000 т цинка. С выхлопными газами автотранспорта на земную поверхность попадает 260 тыс. т свинца в год [22]. Распределение растительного продуктов слоя климатогеографических зависит и техногенеза по от влияния геохимических поверхности почвенно- метеорологических, факторов на территории промышленного предприятия, а также параметров источников выбросов (высота источника, объем, температура и скорость пылегазовоздушной смеси). Техногенные техногенного наносы, воздействия как правило, городов, формируются промышленных на территориях агломераций, 39 автомагистралей. Поступая в атмосферу из факелов предприятий, выхлопных труб транспортных средств, с пылящих поверхностей хранилищ отходов, а затем, оседая на поверхности почвы в виде аэрозолей, пыли или растворенных соединений, загрязняющие элементы совместно с атмосферными осадками и водами временных поверхностных потоков создают неблагоприятные условия для естественных процессов почвообразования и загрязняют почвенный покров. Наиболее опасными являются техногенные наносы, содержащие в своем составе тяжелые металлы, особенно соединения ртути, мышьяка, свинца, кадмия, никеля, меди, цинка. В районах формирования техногенных наносов наблюдается угнетение растительности, вплоть до ее полного исчезновения, а также резкое возрастание активности процессов почвенной эрозии. Загрязненная почва меняет структуру, что приводит к снижению ее пористости, водопроницаемости и резкому ухудшению водно-воздушного режима [23]. Донные отложения водотоков и водоемов являются результатом осаждения взвешенных в воде механических, коллоидных примесей, химических осадков сбросов промышленных, коммунально-бытовых, сельскохозяйственных предприятий в водные объекты. Они формируются в районах сбросов в водные объекты сточных вод, содержащих механические и коллоидные примеси, а также выпадающие из воды при изменении рН-Еh обстановки труднорастворимые соединения. В таблице 1.11 представлены объемы сбросов в поверхностные водоемы и водотоки загрязненных сточных вод предприятиями различных отраслей промышленности по данным Росстата за 2012 год. Таблица 1.11 - Объемы сбросов загрязненных сточных вод в поверхностные водные объекты предприятиями различных отраслей промышленности Отрасль промышленности Млн. м3 % к общему объему Всего 15966,2 100 Сельское хозяйство, охота и лесное хозяйство 891,6 5,6 40 Продолжение таблицы 1.11 Отрасль промышленности Млн. м3 % к общему объему Добыча полезных ископаемых 928,9 5,8 Добыча полезных ископаемых для ТЭК 465,3 2,9 Добыча прочих полезных ископаемых 463,6 2,9 Производство пищевых продуктов, напитков и табака 57,0 0,4 Обработка древесины и производство изделий из дерева 24,3 0,2 Целлюлозно-бумажное производство, издательская и полиграфическая деятельность 922,2 5,8 Производство кокса и нефтепродуктов 163,3 1,0 Химическое производство 658,6 4,1 Производство прочих неметаллических минеральных продуктов 44,7 0,3 Металлургическое производство 873,4 5,5 Производство транспортных средств и оборудования 127,5 0,8 Производство, передача и распределение электроэнергии, газа, пара и горячей воды 968,2 6,1 Сбор, очистка и распределение воды 7810,9 48,9 Транспорт и связь 35,6 0,2 Предоставление прочих коммунальных, социальных и персональных услуг 1839,8 11,5 На рисунке 1.11 представлена диаграмма, характеризующая долю отраслей промышленности в формировании донных отложений по данным Росстата за 2012 год [24]. Как видно из диаграммы, представленной на рисунке 1.11, наиболее значительное негативное воздействие на водоемы и водотоки оказывают сточные воды деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной, химической и нефтехимической отраслей промышленности, ТЭК, сельского хозяйства, а также стоки коммунально-бытового водоснабжения. Так, например, в сточных водах одного целлюлозно-бумажного комбината средней мощности содержится такое же количество органических веществ, 41 находящихся во взвешенном состоянии, как в сточных водах города с населением в 2,5 млн. человек. Рисунок 1.11 - Доля отраслей промышленности в формировании донных отложений Примеси, поступающие в водные объекты, подразделяются на минеральные, органические и биологические. Минеральными загрязняющими веществами являются песок, глина, золы, шлаки, растворы и эмульсии солей, кислот, щелочей и масел, радиоактивные и другие неорганические соединения. Органические загрязняющие вещества - разнообразные вещества растительного и животного происхождения, а также многочисленные отходы в виде смол, фенолов, красителей, спиртов и альдегидов. Биологические загрязняющие вещества, как правило, попадают в водоемы и водотоки с коммунально-бытовыми сточными водами и представляют собой болезнетворные бактерии и вирусы [25]. Значительное количество загрязняющих веществ, осаждающихся на дне водоемов и водотоков, сбрасывается с коммунально-бытовыми и поверхностными 42 стоками городов и промагломераций. Наиболее характерным компонентом поверхностного стока городов и промагломераций являются взвешенные вещества, содержание которых колеблется в пределах от 130 до 11300 мг/дм3. На взвешенных частицах нефтепродукты, ПАВ, поверхностного гидроокислы городского металлов стока и другие сорбируются вещества, диспергированные в воде в виде коллоидов и эмульсий. Поверхностный сток формируется за счет выпадения атмосферных осадков и поливомоечных вод. Его состав зависит от ряда метеорологических параметров (интенсивность и количество выпадающих осадков, продолжительность предшествовавшего осадкам периода сухой погоды), отраслей принадлежности территории, интенсивности развития промышленности, интенсивности движения транспортных средств [26]. В среднем по Санкт-Петербургу в дождевом стоке содержится 2500 мг/дм3 взвешенных веществ, в талом стоке - 2700 мг/дм3, в поливомоечном стоке 5200 мг/дм3. Искусственные почвы являются результатом рекультивации нарушенных горными, строительными и другими работами земель, а также территории сельскохозяйственного освоения. Они широко распространены в районах размещения горнодобывающих и горно-перерабатывающих, металлургических и других промышленных предприятий, на территориях сельскохозяйственного освоения нечерноземных почв, бедных гумусом и минеральными веществами. В результате хозяйственного освоения более 6 % мирового земельного фонда нарушено человеком в результате промышленной деятельности, в частности добычи и переработки минерального сырья, промышленного, транспортного, жилищного строительства. Более 43 % мирового земельного фонда вследствие активного сельскохозяйственного освоения нуждается в противоэрозионных мероприятиях. Под влиянием хозяйственной деятельности человека почвенный слой подвергается физическому, химическому и механическому воздействию и преобразуется в слой искусственных почв. 43 Физическое нарушение почвенного слоя связано с преобразованием ландшафта и деформацией поверхности, изменением структуры почв в результате их заиливания, осушения, развития эрозионных процессов. Химическое нарушение почвенного слоя связано с его загрязнением технологическими отходами и выбросами, поступающими из хвостохранилищ, шламохранилищ, золоотвалов, отвалов пустой породы и забалансовых руд, рудных складов, хранилищ бытовых отходов. Источником загрязнения также могут быть сильноминерализованные рудничные и карьерные воды. Механическое нарушение почвенного слоя обусловлено процессами транспортировки пород, отвалообразования, эрозии отвалов и хвостохранилищ, пылевых выбросов технологических производств и протекает в виде разубоживания гумусной части почв. Интенсивное пылевыделение возникает при транспортировании горной массы, формировании техногенных насыпных и намывных массивов, проведении буровзрывных работ на карьерах, обогащении полезных ископаемых. Постоянным источником пылевыделения и формирования техногенных наносов служат откосы и площади уступов карьеров, отвалы и сухие пляжи хвостохранилищ. Усредненные показатели удельного сдувания пыли с пылящих поверхностей, формирующихся в процессе добычи и переработки полезных ископаемых,приведены в таблице 1.12. Таблица 1.12 - Показатели удельного сдувания пыли с пылящих поверхностей Пылящая поверхность Поверхностные открытые склады Поверхность породных отвалов Поверхность хвостохранилищ Условия работы и характеристика объекта Умеренно пыльные Пыльные Весьма пыльные Свеженасыпанный Через 3 месяца после отсыпки Хвосты влажностью 2-4% Хвосты влажностью 4-6%. Хвосты влажностью 8-10% Удельное сдувание пыли (мг/м2·с) при различных скоростях ветра до 4 м/с 6-8 м/с 10 м/с 0,4 18 100 0,6 25 200 1,0 50 350 1.0 9 15 0,6 5 8 2,8 1300 400 1.8 35 60 1,2 12 25 44 Мощным периодическим источником пылевыделения являются массовые взрывы на карьере, при каждом из которых в атмосферу может поступить от 100 до 250 т пыли и от 6 до 10 млн. м3 газов (СО, С02, NО, N02, SO2). Пылегазовое облако способно подниматься на высоту 150-300 м, в своем развитии оно может достигать высоты 16 км и распространяться по направлению ветра на расстояние до 14 км. Объем пылегазового облака достигает 15-20 млн. м3, концентрация пыли изменяется от 680 до 4250 мг/м3 [27]. 1.2.4 Свалки бытового и промышленного мусора К отдельной группе техногенных массивов можно отнести свалки бытового и промышленного мусора. Свалки бытового и промышленного мусора это образования, представленные насыпными и намывными массивами, возникающие в результате деятельности отраслей коммунально-бытового хозяйства, промышленности, сельского хозяйства. Как правило, для свалок характерен низкий технический и технологический уровень складирования отходов. К отходам, складируемых на свалках, относятся: - твердые отходы инженерного строительства, металлургические шлаки, отходы ТЭК; - бытовые отходы и продукты их сжигания, перемещенные массы пород, в том числе сильнозагрязненные нефтепродуктами, радиоактивными элементами, токсичными веществами; - шламы различных отраслей промышленности и сельского хозяйства; - ядовитые жидкости. По геоморфологическим признакам выделяются свалки в понижениях рельефа (с обвалованием и без него), равнинные (отвальные) и прислоненные к склонам. Классификация по типам отходов предусматривает выделение нескольких групп свалок: - твердые отходы (строительный мусор, металлургические шлаки, обломки дорожных покрытий и др.); 45 - породы и подобные материалы (грунт с содержанием нефтепродуктов до 2 %, продукты сжигания, радиоактивный песок, грунт невысокой степени загрязнения, естественные фильтровые материалы); - золы и пыль (золы всех типов, грунты с содержанием нефтепродуктов до 2-5 %, продукты очистки газов, глинистые почвы, гипсовые отходы, пыль в упакованном виде); - шламы (очистные шламы, грунты с содержанием нефтепродуктов более 5 %, соли и их соединения, шламы красок, гипса, гидроокисей, бурильные, абразивные и осадочные); - прочие отходы (все виды упаковок, отходы, не относящиеся однозначно к перечисленным выше группам); - отходы особого характера (ядовитые жидкости, яды 1-го и 2-го классов). Для России основной чертой свалок является совместное хранение различных типов отходов. Уровень утилизации отходов в России составляет менее 10 %, тогда как современный уровень повторного использования промышленных отходов для высокоразвитых стран достигает 75 % [28]. 1.3 Особенности воздействия намывных техногенных массивов на окружающую среду Намывные техногенные массивы - наиболее значительные объекты негативного воздействия на окружающую природную среду на предприятиях минерально-сырьевого комплекса. В результате функционирования намывных техногенных массивов на горнодобывающих и горно-перерабатывающих предприятиях формируются атмо-, лито-, и гидрохимические ореолы загрязнения, площадь которых в несколько раз превышает площадь намывного массива, а зачастую и площадь земельного отвода горнопромышленного предприятия. На рисунке 1.12 представлена принципиальная схема воздействия намывных техногенных массивов на окружающую природную среду. При этом практически все намывные массивы являются потенциальными техногенными месторождениями черных, цветных, благородных и редкоземельных металлов, производственного сырья и строительных материалов. 46 В этой связи вовлечение в переработку техногенных ресурсов, сосредоточенных в намывных техногенных массивах, позволяет снизить антропогенную нагрузку на компоненты природной среды и здоровье населения, уменьшить площади отчуждаемых земель для нужд горнодобывающего и горно-перерабатывающего производств или сельского хозяйства, а также частично решает задачу ресурсосбережения. Источник загрязнения Миграция загрязнения Аккумуляция загрязнения Намывные техногенные массивы Воздушная Почва, приповерхностные отложения Пыль Интоксикация Рецепторы Биохимическая Органы дыхания Водная Питьевая вода Растительность Пища Прямой контакт Органы пищеварения Кожа Человек и животные Рисунок 1.12 - Схема воздействия намывных техногенных массивов на природную среду Обеспечение экологической безопасности в процессе формирования, эксплуатации, консервации и рекультивации намывных техногенных массивов проблема комплексная. Она содержит геологические, инженерно-геологические, технические, технологические, экологические, экономические и организационные аспекты, что, в свою очередь, предполагает решение следующих задач: 47 - определение характера опасности и природы загрязнения окружающей намывные массивы среды; - изучение путей миграции загрязняющих компонентов; - выделение объектов экологической защиты. В связи с повышенной экологической опасностью эксплуатации намывных техногенных массивов производится их разделение по классу ответственности (для гидроотвалов) и классу капитальности (для хвостохранилищ). Класс ответственности гидроотвала и класс капитальности хвостохранилища определяется исходя из объемов складируемых жидких отходов, инженерногеологических характеристик складируемых материалов и грунтов основания, конструкции хранилища отходов, условий эксплуатации, положения техногенного массива в рельефе и относительно других промышленных и гражданских объектов. В таблице 1.13 представлена принятая в Российской Федерации классификация ответственности гидроотвалов, а в таблице 1.14 - классификация капитальности хвостохранилищ. Таблица 1.13 - Классификация гидроотвалов по ответственности Характерный признак гидроотвала Расположение по отношению к населенным пунктам и промышленным объектам Рельеф местности Наличие водохранилища Надежность пород основания Классы ответственности гидроотвала А Б Вблизи населенных пунктов и промышленных объектов Косогор Имеется Равнинная местность Отсутствует А Б При прорыве дамб возможно частичное повреждение промышленных объектов Косогор Имеется Равнинная местность Отсутствует А Б Вдали от населенных пунктов и промышленных объектов Косогор Имеется Равнинная местность Отсутствует НедостаНедостаНедостаточно точно точно Надежные Надежные Надежные надежные надежные надежные В представленной классификации гидроотвалы разделяются на 2 группы по степени опасности. Класс А включает в себя гидроотвалы повышенной опасности, а класс Б - гидроотвалы умеренной опасности. 48 Таблица 1.14 - Классификация хвостохранилищ по капитальности Класс Вместимость Выход Высота капиталь хвостохрани- хвостов, ограждающей -ности лища, млн. м3 тыс. т/сут дамбы, м I >100 >10 >50 II >100 >10 >50 III 100-10 10-5 50-20 IV <10 5-1 <20 V <10 <1 <10 Степень ответственности сооружений и последствия их разрушения Особо ответственные, авария сопряжена с катастрофическими последствиями для населенных пунктов и предприятий, а также отравлением, загрязнением водоемов и водотоков питьевого назначения Особо ответственные, авария не сопряжена с катастрофическими последствиями для населенных пунктов и предприятий. Вызывает затопление сельскохозяйственных угодий, отравление и загрязнение водоемов и водотоков, имеющих народнохозяйственное значение Малоответственные, авария не может вызвать серьезных последствий для населенных пунктов и предприятий. Вызывает затопление местности, не имеющей народнохозяйственного значения Хвостохранилища в незастроенных местностях, авария вызывает затопление земель и загрязнение водоемов и водотоков, непригодных к использованию в данное время Временные сооружения, авария вызывает затопление земель и загрязнение водоемов, непригодных к использованию в данное время В соответствии с представленными выше классификациями определяется степень потенциальной опасности намывного техногенного массива на окружающую среду и способы обеспечения его экологической безопасности [29]. Однако на сегодняшний день невозможно дать комплексную оценку степени опасности намывного массива и выявить его негативное воздействие на природную среду, руководствуясь лишь представленными классификациями. Для этого необходимо эколого-геологическое обследование территории размещения техногенного массива. Все исследования, проводимые на территории намывных техногенных массивов с целью выявления степени их негативного воздействия на компоненты 49 природной среды, принято проводить исходя из следующих положений: - все химические соединения, содержащиеся в складируемых отходах, не обладают ни одинаковым видом воздействия на человека и ландшафт, ни одинаковой вредностью. В каждом государстве существует национальный кадастр загрязняющих веществ, ранжируемых по степени опасности; - все намывные техногенные массивы являются источником высокого и продолжительного риска загрязнения подземных вод, зависящего от расстояния между массивом и водозабором, эксплуатационного дебита водозабора и гидрогеологических условий; -с намывными техногенными массивами связан риск загрязнения поверхностных вод, которые используются для питьевого водоснабжения, хозяйственно-бытовых нужд, ирригации и рыборазведения; - намывные техногенные массивы представляют опасность для атмосферы, загрязняя ее пылью и газообразными продуктами биодеградации отходов. Негативное воздействие намывных массивов может проявляться также в выделении отходами запаха, вызывающего аллергические реакции у населения; - опасен прямой контакт человека со складируемыми отходами (попадание вредных веществ на кожу, вдыхание токсичных веществ, выделяющихся с поверхности хранилища отходов); - намывные техногенные массивы могут загрязнять приповерхностный почвенный слой и культивируемые на нем растения. При некачественно проведенной рекультивации возможна интоксикация людей и животных; - намывные техногенные массивы провоцируют нарушение стабильности поверхности и негативные ландшафтные преобразования. Опасность намывных техногенных массивов, в первую очередь спектр загрязняющих окружающую среду химических элементов и соединений, определяется также их отраслевой принадлежностью. Изучение химического состава отходов предприятий по добыче и переработке различных видов минерального сырья позволило классифицировать эти объекты и выявить перечень загрязнителей, представляющих потенциальную опасность. 50 Перечень загрязняющих природную среду химических элементов и соединений, содержащихся в отходах различных отраслей промышленности, представлен в таблице 1.15 [30]. Таблица 1.15 - Перечень загрязняющих веществ, содержащихся в намывных массивах различных отраслей промышленности Добыча каменного угля, газовое и коксохимическое производство Аммоний, антрацен, мышьяк, асбест, бензапирен, бензол, свинец, хром, цианиды, этилбензол, фториды, крезолы, мезитилен, минеральное масло, нафталин, РАН, фенол, кислоты и основания, дегтярное масло, тиоцианал, толуол, ксилол, цинк Добыча руд Свинец, кадмий, хром, цианиды, крезол, медь, фенол, ртуть, цветных металлов кислоты и щелочи, цинк Обогащение руд Сурьма, мышьяк, бензин, бензол, свинец, кадмий, хром, цианиды, дихлорметан, фториды, медь, минеральное масло (нефть), никель, ртуть, кислоты и основания, селен, тетрахлорэтан. трихлорэтан, трихлорметан, цинк Черная Мышьяк, свинец, кадмий, хром, цианиды, фториды, металлургия минеральное масло (нефть), никель, фенол, ртуть, кислоты и щелочи, ванадий, цинк Цветная Сурьма, мышьяк, бериллий, свинец, кадмий, хром, цианиды, металлургия фториды, медь, никель, ртуть, кислоты и основания, селен, таллий, ванадий, цинк Нефтедобыча и Антрацен, мышьяк, бензин, бензол, свинец, хром, нефтепереработка диброметан, дихлорэтан, дихлорпропан, этилбензол, медь, минеральное масло (нефть), нафталин, никель, РАН, РСВ, PCN, пентахлорфенол, фенол, кислоты и щелочи, селен, ТСДД, дегтярное масло, тетрахлорэтан, тетраэтилсвинец, толуол, трихлорэтан, трихлорэтэн. ванадий, ксилол, цинк Производство Кадмий, таллий, фториды, фторсиликаты, медь, фосфор, минеральных кислоты и щелочи удобрений Опасность загрязнения природной среды в районе расположения намывных техногенных массивов определяют следующие свойства складируемых отходов: - физические (масса, агрегатное состояние, плотность, летучесть, вязкость, сорбционная способность, способность воспламенения, пределы взрывоопасности); к ионному обмену, температура 51 - химические (содержание в отходах загрязняющих веществ, форма молекул, валентность, строение электронной оболочки, потенциал ионизации основных загрязнителей, растворимость, реактивность с водой, почвой, грунтами, устойчивость, способность к деградации, биологической или химической, изменчивость поведения в различных кислотно-щелочных и окислительновосстановительных условиях); - токсикологические и гигиенические (токсичность, канцерогенность, запах, цвет, способность накапливаться в биологических средах, синергичность). Основной причиной загрязнения компонентов природной среды в районе расположения намывных техногенных массивов является миграция загрязняющих веществ с территории намывных массивов. Миграция химических элементов происходит в различных геосферах и под влиянием различных факторов. Так, например, для атмосферы основными факторами являются метеорологические условия; для гидросферы - параметры рН, Eh, химические связи, гравитационные свойства; для литосферы - температура и давление, изменяющиеся в широком диапазоне; для биоты решающее значение имеет особое свойство живого вещества - способность к самостоятельному движению. Все факторы миграции делятся на внешние и внутренние. К внешним факторам относятся температура, давление, физико-химические условия (параметры рН, Eh), химический состав отходов, подстилающих и перекрывающих отложений, геологические, геоморфологические, гидрологические и гидрогеологические особенности территории складирования отходов и близлежащих территорий. Внутренние факторы миграции - это свойства самих загрязнителей: валентность, строение электронной оболочки, потенциал ионизации, сродство к электрону, способность давать соединения различной растворимости, летучести, твердости. В зависимости от формы перемещения химических элементов миграция классифицируется на несколько категорий: 52 - механическая - миграция, подчиняющаяся законам механики (ветровая и водная эрозия); - физико-химическая - водная или воздушная, подчиняющаяся законам физики и химии (диффузия, конвекция, дисперсия); - коллоидная - водная миграция в виде коллоидных соединений (миграция ряда металлов, образующих устойчивые коллоиды с фульво- и гуминовыми кислотами); - газовая - в виде газов в атмосфере, воде, зоне аэрации (миграция сернистого ангидрида, сероводорода, оксидов азота); - биогенная - в результате деятельности живых организмов (поглощение тяжелых металлов растениями из почвы); - энергетическая - в виде потоков энергии различных видов (излучения); - техногенная - обусловленная техногенными процессами (транспортировка отходов по трубопроводам, железнодорожным или автомобильным транспортом). Таким образом, оценка уровня негативного воздействия намывных техногенных массивов сводится к сложному комплексу химических, геохимических, экологических и геологических исследований [31]. 1.3.1 Воздействие намывных техногенных массивов на атмосферу Воздействие намывных техногенных массивов на атмосферный воздух в первую очередь заключается в ветровом пылении открытых пляжей и бортов дамбы намывных массивов, а также в выделении легколетучих органических соединений и их производных с территории намывных массивов, содержащих органические вещества. При загрязнении атмосферного воздуха в районах размещения намывных техногенных массивов загрязняющие вещества мигрируют во взвешенном состоянии, в виде газов или паров, которые поступают в атмосферный воздух, а затем накапливаются в почве и поверхностных водах, либо непосредственно воздействуют на организм человека, растительный и животный мир. Наиболее загрязняющих важными веществ в параметрами, приземной характеризующими атмосфере и их рассеивание аккумуляцию в 53 приповерхностном почвенном слое, поверхностных водных объектах и растительности, являются: - состав и объем отходов, заскладированных в намывных техногенных массивах; - влажность и гигроскопичность складируемых отходов; - неоднородность и плотность тела намывного массива; - физические и химические свойства аэрозолей, газов и паров, выделяющихся с поверхности или тела намывного техногенного массива; - климатические и метеорологические условия территории размещения намывного массива; - наличие экранирующих поверхностей или других средозащитных мероприятий, пористость и газопроницаемость защитных покрытий; - наличие дренажа или оборотного водоснабжения. Воздействие на приземную атмосферу в большей или меньшей степени происходит практически постоянно в течение всего периода функционирования намывных техногенных массивов, а в ряде случаев, при отсутствии мероприятий по рекультивации нарушенных земель, и после окончания их функционирования. Наибольшую опасность загрязнения атмосферного воздуха на территории расположения намывных техногенных массивов представляет ветровое пыление открытых пляжей, бортов дамбы и подъездных дорог намывных массивов. Интенсивность пылевыделения с поверхности намывных техногенных массивов в первую очередь зависит от скорости ветра, влажности воздуха и складируемого материала, гранулометрического состава складируемого материала, профиля поверхности намывного массива, степени природной и технической защищенности хранилища отходов [32]. Так, например, хвостохранилища обогатительных фабрик ОАО «Апатит» по гранулометрическому составу на 85-90 % представлены тонкодисперсной фракцией апатит-нефелиновых песков (0,25-0,05 мм), что позволяет им в сухом виде при скорости ветра 4-6 м/с полностью переходить в аэрозольное состояние и переноситься на десятки километров от источников пылевыделения. 54 На рисунке 1.13 представлен график зависимости дальности переноса частиц от их крупности. Дальность переноса частиц, км 100 10 1 0,1 0,01 0,001 0,01 0,03 0,05 0,1 Диаметр частиц, мм 1 8 Рисунок 1.13 - График зависимости дальности переноса частиц от их крупности На рисунке 1.14 представлен график зависимости удельной сдуваемости пыли от влажности складируемого материала и скорости воздушного потока. На графике видно, что при скорости ветра до 5 м/с удельная сдуваемость пыли незначительна и ее изменение носит линейный характер, однако при увеличении скорости ветра удельная сдуваемость пыли возрастает по параболе. Также интенсивность пыления с поверхности техногенных массивов зависит от его высоты. Исследования Е.С. Беляновского показывают, что при увеличении высоты техногенного массива с 20 до 100 м суммарная площадь его поверхности уменьшается в 4,0-4,8 раза (при одинаковом объеме складируемого материала), а площадь пылеуноса при этом возрастает в 2,5-3,0 раза. В среднем за год с намывного техногенного массива высотой 20 м сдувается слой пыли толщиной 2,8 см, с намывного массива высотой 50 м - 4,5 см, а с намывного массива высотой 100 м - 6,9 см. 55 Следует отметить, что наряду с количественной оценкой пыли, сдуваемой с поверхности намывных техногенных массивов, необходимо проводить также качественную оценку, так как химический состав складируемого в намывные массивы материала очень разнообразен и может содержать не только токсичные, но и радиоактивные элементы [33]. N, мг/(с·м2) 6 5 104 4 103 3 2 10 10 2 1 0,4 1 2 3 4 5 6 W, % Рисунок 1.14 - График зависимости удельной сдуваемости пыли N от влажности хвостов W и скорости воздушного потока V:1 - 2 м/с; 2 - 3,5 м/с; 3 - 5 м/с; 4 - 6,5 м/с; 5 - 8 м/с; 6 - 9,5 м/с Таким образом, можно сделать вывод, что на территориях интенсивного техногенеза с локальной концентрацией намывных техногенных массивов происходит формирование значительных по площади атмохимических ореолов загрязнения, контрастных по пыли и некоторым газам. Спектр загрязняющих 56 веществ определяется химическим, минералогическим и гранулометрическим составом складируемого материала, условиями и длительностью хранения пород, а также климатическими особенностями территории. 1.3.2 Воздействие намывных техногенных массивов на гидросферу На территории функционирования намывных техногенных массивов происходит интенсивное загрязнение грунтовых и поверхностных вод. Основным источником загрязнения подземных водоносных горизонтов является инфильтрация сточных вод через тело намывного массива, в результате чего происходит техногенная метаморфизация грунтовых вод. Основным источником загрязнения поверхностных вод является разгрузка в поверхностные водоемы и водотоки грунтовых вод, трансформированных в результате функционирования намывных техногенных массивов, а также временные водные потоки, выносящие загрязняющие компоненты с поверхности намывных техногенных массивов. Вода является основной средой миграции и перераспределения химических элементов на земной поверхности. Загрязняющие вещества могут мигрировать в воде, в основном, в виде истинных или коллоидных растворов, либо в форме взвесей. На распространение загрязнителей в гидросфере влияет множество различных факторов: химический состав складируемых в намывной массив отходов, расположение намывного массива по отношению к грунтовым водам; направление движения потока и свойства грунтовых вод; механизм переноса вредных веществ; восполнение грунтовых и фильтрационных вод; свойства фильтрационных вод. Исследования Ю.Ю. Лурье свидетельствуют о многообразии, крайней сложности и недостаточной изученности отдельных факторов. В первую очередь это касается оценки механизма химических взаимодействий загрязняющих веществ с геологической средой. Классификация факторов миграции загрязняющих веществ в гидросфере приведена в таблице 1.16. 57 Таблица 1.16 - Классификация факторов миграции загрязняющих веществ в гидросфере Группа, подгруппа Фактор 1. Общее количество заскладированных вредных веществ, их физическое состояние и свойства: 1.1 физическое состояние Жидкое, твердое, газообразное, в виде суспензий, загрязнителей: в виде эмульсий; 1.2 реактивность загрязнителей: 1.3 токсичность загрязнителей: 1.4 Самоочищение загрязнителей: Инертные, стойкие, полностью разложившиеся, не полностью разложившиеся, с образованием токсических продуктов, без образования токсических продуктов; Высокая (I класс опасности), средняя (II класс опасности), низкая; от Выпадение в осадок, сорбция (ад-, аб-), ионный обмен, разбавление, биохимические процессы (сульфатредукция, денитрификация, биоаккумуляция), газовыделение, распад (аэробный, анаэробный, фотохимический). 2. Мобильность загрязняющих веществ: 2.1 строение и состав зоны аэрации: Минералогический и гранулометрический состав пород, расположение и мощность подстилающих намывные массивы слоев, фильтрационные параметры пород; 2.2 расположение техногенного Ниже уровня грунтовых вод, выше массива относительно уровня грунтовых максимального уровня грунтовых вод; вод: 2.3 характеристика водоносных Мощность, скорость движения подземных вод, горизонтов, подстилающих техногенные напор, глубина залегания грунтовых вод, режим водоносного горизонта и его взаимосвязь с массивы: поверхностными водами, физические и химические свойства подземных вод; 2.4 механизм переноса загрязнителя Конвективный, диффузный, дисперсионный, оседание или взвешивание вредных веществ в в подземных водах: инфильтрате и подземных водах вследствие их различной плотности и вязкости, влияние физикохимических процессов на миграцию загрязнителей (сорбция, ионный обмен, биохимические процессы); 2.5 образование новых техногенных Объем инфильтрующихся сточных вод и водоносных горизонтов в теле атмосферных осадков, испарение, химическая и характеристика техногенных массивов и подстилающих гранулометрическая складируемых и подстилающих пород, их породах: Физические и химические свойства инфильтрующихся вод; 58 Продолжение таблицы 1.16 Группа, подгруппа Фактор 2.6 интенсивность воздушной Интенсивность газовыделения с территории намывных массивов, интенсивность пылеуноса с миграции загрязнителей: поверхности намывных массивов, гранулометрический состав и физическое состояние складируемых отходов, метеорологические характеристики района расположения техногенных массивов (роза ветров, интенсивность атмосферных осадков); 2.7 конструкция защитных Изоляция дна и стенок намывного массива, система коллектора дренажных вод, сооружений: пылеподавление с поверхности намывных техногенных массивов. В зонах воздействия намывных техногенных массивов происходит трансформация всех факторов миграции, в результате чего снижается степень защищенности подземных вод, меняется химический и гранулометрический состав водовмещающих пород, нарушается соотношение областей питания, транзита и разгрузки, характера взаимосвязи подземных и поверхностных вод. Процесс загрязнения подстилающих намывные техногенные массивы грунтовых вод происходит в три стадии: - первая стадия - инфильтрация атмосферных осадков (реже природных поверхностных или сточных вод) через толщу отложений, слагающих техногенный массив и породы зоны аэрации, и характеризуется периодом метаморфизации инфильтрующихся вод. Эта стадия длится с начала инфильтрации вод через тело намывного массива и зону аэрации до установления равновесия между инфильтратом и породами и обусловливается вещественным и гранулометрическим составом пород техногенного массива и зоны аэрации, активной пористостью, фильтрационными свойствами отложений и режимом формирования техногенного массива; - вторая стадия - смешение метаморфизованных инфильтрационных вод с фоновыми подземными водами. Отличительной чертой второй стадии процесса загрязнения подземных вод является формирование стабильного концентрационного поля по каждому компоненту в подстилающем намывной 59 массив водоносном горизонте. Длительность стадии определяется скоростью инфильтрации вод. - третья стадия - миграция загрязняющих веществ в водоносном пласте, в результате чего происходит формирование и распространение гидрохимических ореолов загрязнения по площади. Эта стадия начинается практически ореолов загрязнения одновременно со второй. Скорость распространения гидрохимических обусловливается: инфильтрационным расходом поступающих в водоносный горизонт вод, химическим составом инфильтрующихся и фоновых подземных вод, природной и технической защищенностью подстилающего намывной массив горизонта грунтовых вод. Под естественной защищенностью подземных вод от загрязнения понимается степень изоляции водоносных горизонтов природными отложениями, прежде всего слабопроницаемыми, препятствующими проникновению в него загрязняющих веществ с поверхности земли. Оценка степени защищенности дается на основе учета четырех показателей: - мощность зоны аэрации; - строение и вещественный состав пород зоны аэрации; - мощность и выдержанность слабопроницаемых отложений в разрезе зоны аэрации; - фильтрационные свойства пород зоны аэрации, прежде всего слабопроницаемых отложений. Под технической защищенностью подземных вод от загрязнения понимается степень изоляции намывных техногенных массивов от подземных вод специальными дренажно-защитными сооружениями, характеризующимися степенью проницаемости и степенью устойчивости. Техногенные изменения химического состава подземных вод могут привести к снижению прочности пород основания намывных массивов, за счет разрушения цементационного сцепления в результате процессов набухания или выщелачивания, а также к изменению механических (в первую очередь 60 фильтрационных) свойств грунтовых экранов намывных техногенных массивов под влиянием конвективно-диффузионного засоления техногенными растворами повышенной минерализации [34]. Таким образом, в зоне воздействия намывных техногенных массивов в подземных водоносных горизонтах формируются гидрогеохимические ореолы и потоки загрязнения различной контрастности, зависящей от количества и свойств заскладированных отходов, уровня природной и технической защищенности подземных вод, интенсивности процессов физико-химической метаморфизации подземных вод и климатических характеристик. Разгружаясь в поверхностные водотоки и водоемы, загрязненные подземные воды приводят к формированию гидрохимических ореолов загрязнения, контрастность которых определяется расходом загрязненных подземных вод и водотоков (водоемов), а их площадь многократно превышает площадь намывных техногенных массивов. 1.3.3 Воздействие намывных техногенных массивов на почвенный покров и растительность Почвенный покров и растительность нельзя рассматривать в качестве путей распространения загрязняющих веществ. Они являются исходной или промежуточной средой, а также неактивным средством распространения загрязнения. Их особенность - способность к накоплению, фильтрации, нейтрализации и разложению вредных веществ. На территории воздействия намывных техногенных массивов происходит формирование значительных по площади и контрастности литохимических ореолов загрязнения в результате выноса загрязняющих веществ из тела намывного массива грунтовыми водами, воздушными потоками и атмосферными осадками, и их последующего переотложения в почвенном покрове за границей техногенного массива (эрозия). Ветровая и водная эрозия, которой подвергаются намывные техногенные массивы, протекает заскладированных в виде отходов, а физического ее и продуктами химического становятся разрушения выносимые в окружающую среду механические взвеси дисперсных минеральных частиц в воде 61 и воздухе, химические растворы, а также остающиеся на месте переработки измененные отложения. На интенсивность эрозии оказывают влияние внешние естественные (воздушные и водные потоки, температурные изменения) и техногенные (воздействие тяжелого горнотранспортного оборудования и различных механизмов) факторы, а также внутренние факторы (физические и химические свойства, состав и структура отложений). Отрицательное воздействие эрозионных процессов на компоненты окружающей природной среды многообразно, в результате чего происходят: - необратимые изменения структуры и состава почвенного покрова (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 почвенного покрова продуктами эрозии, приводящее к угнетению растительного покрова, засолению и заболачиванию поверхности; - засоление почв и почвенного покрова и интоксикация растений; - запыление и загрязнение воздушного и водного бассейнов; - ухудшение физико-механических параметров пород, используемых для возведения горно-технических сооружений (дамб, плотин, насыпей). Земли, подвергающиеся воздействию намывных техногенных массивов, можно подразделить на две категории: - земельный отвод техногенного массива; - территория, нарушенная в результате загрязнения атмосферы, техногенного изменения гидрогеологических условий, сейсмических воздействий, на которой происходит механическое и химическое загрязнение, а иногда и физическое разрушение почв земельного отвода и прилегающих участков [35]. Физическое нарушение почв связано с изменением ландшафта и деформацией поверхности под влиянием горных работ, изменением структуры 62 почв в результате их заиливания или осушения. Процессы формирования отвалов и карьеров, складирования отходов добычи и переработки минерального сырья ведут к нарушению территории складирования и прилегающих к ней участков за счет неравномерных просадок поверхности, оползания бортов отвалов. На повышенных участках рельефа наблюдается снижение уровня грунтовых вод и обезвоживание приповерхностных отложений. Такое обезвоживание значительной территории приводит к падению продуктивности этих площадей в связи с усилением эрозионных процессов и интоксикацией грунтов и почв. В районах, где складирование отходов осуществляется гидронамывом, наоборот, происходит, повышение уровня грунтовых вод, сопровождающееся смывом почвенного слоя, образованием промоин и оврагов на земельных участках, переувлажнение и заболачивание которых делает эти земли непригодными для хозяйственного использования. Химическое нарушение почвенного покрова связано с загрязнением различными технологическими отходами и выбросами. Извлеченная из недр горная масса подвергается переработке, мелкораздробленные отходы которой перемещаются в хвостохранилища и отвалы без применения специальных методов складирования и очистки. За счет ветровой и водной эрозии, естественного выщелачивания вредных компонентов из рудных штабелей, отвалов забалансовых руд, пустых пород и хвостохранилищ происходит загрязнение почвенного покрова на обширных территориях. Механическое нарушение почвенного покрова происходит в результате складирования на земной поверхности отходов различных классов опасности в виде техногенных массивов, ветровой и водной эрозии техногенных массивов и пылевых выбросов технологических производств. Размещение намывных техногенных массивов на землях с неснятым почвенным слоем не только физически его уничтожает, но и создает угрозу механического загрязнения почвенного покрова на прилегающих территориях, таким образом, происходит разубоживание гумусной составляющей почв. 63 Воздействие техногенных массивов на почвенный покров и растительность прилегающих территорий является длительным и проявляется на протяжении нескольких десятков лет. Загрязнение воздуха, механические нарушения и загрязнение почвенного покрова, нарушение водного баланса на территории воздействия намывных техногенных массивов приводят к полной трансформации растительного покрова на этих территориях, длительность полного восстановления которого при благоприятных условиях колеблется от 20 до 50 лет в зависимости от климатической зоны. Характер восстановления растительного покрова определяется возрастом нарушений, степенью нарушенности и уровнем загрязнения, а также климатогеографической характеристикой региона [36]. Таким образом, на территории воздействия намывных техногенных массивов формируются литохимические ореолы значительные загрязнения. по площади Результатом и такого контрастности интенсивного загрязнения становится разубоживание плодородного гумусного слоя почвенного покрова, снижение продуктивности земельных угодий, увеличение заболеваемости растений, снижение их видового разнообразия, а также накопление растениями веществ, токсичных для животных и человека. Кроме того, за счет выноса загрязняющих веществ с территории намывных техногенных массивов атмосферными и грунтовыми водами происходит формирование поверхностными и гидрохимических и подземными ореолов водами и потоков происходит загрязнения, формирование гидрогеохимических ореолов и потоков загрязнения. 1.3.4 Воздействие намывных техногенных массивов на здоровье населения Негативное воздействие намывных техногенных массивов на компоненты окружающей природной среды, заключающееся в загрязнении атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, почвенного и растительного покрова в зоне их воздействия, в конечном итоге приводит к ухудшению показателей состояния здоровья населения на этой территории. 64 Факторы риска окружающей среды для здоровья населения подразделяются на три основные группы: природные, социально-экономические и техногенные. В свою очередь, среди природных факторов различают абиотические и биотические. Группа абиотических факторов очень разнообразна и включает в себя: - климатогеографические (температура, скорость движения и влажность воздуха, осадки, давление); - орографические (разрежение атмосферы, лавины, оползни, сели); - геофизические (геомагнитные бури, землетрясения, цунами, гравитационные и тепловые аномалии, гелиоземные воздействия); - гидрографические (наводнения, заболачивание, осушение, подтопление, источники водоснабжения, состав поверхностных и подземных вод, способность их к самоочищению и переносу загрязнений); - геологические (состав пород, стратиграфия, тектонические разломы, радиация, содержание радона, карст, полезные ископаемые); - почвенные (содержание микроэлементов, способность почв к самоочищению, пылеобразование, кислотно-щелочное равновесие, состав и структура). Среди биотических факторов различают следующие: - фауна (ядовитые и опасные животные, резервуары и переносчики возбудителей болезней, пищевые ресурсы); - флора (ядовитые и лекарственные растения, пищевые ресурсы, очистка воздуха растениями); - микрофлора (воздуха, воды, почвы, животных, растений, продуктов питания); - биологические компоненты комплексов (токсины, белки, продукты обмена веществ); - биоценозы (природные очаги болезней). 65 Социально-экономические факторы включают: - население (демография, урбанизация, миграция, половозрастной состав, культура, образ жизни, обычаи, конфессии, материальное благополучие); - территориальная организация общества и хозяйственное использование земель; Среди техногенных факторов различают: - физические загрязнения (загрязнение воздуха, воды, почвы; радиация, электромагнитные поля, тепловое загрязнение, шум, аэрозоли); - химические загрязнения (воздуха, воды, почвы, растений, животных, продуктов питания). Негативное воздействие намывных техногенных массивов на здоровье населения имеет следующие пути распространения: - оральный - поступление загрязняющих веществ из почвы или приповерхностных отложений через руки в рот, с продуктами питания или питьевой водой; - через дыхательные пути; - через кожу. Критические количества воспринимаемых человеком вредных компонентов определяются исходя из их концентраций в различных средах и с учетом возможности их распространения проникновения вредных в веществ организм учитывается человека. внешнее При оценке загрязнение и внутреннее загрязнение отдельно взятого организма. К внешнему загрязнению относится концентрация загрязняющих веществ в окружающей среде и объектах экологической защиты, фактическое количество поглощенного вредного вещества, биологическая ценность объекта. Определенное значение имеют и некоторые другие факторы, в частности реактивность вредного вещества. Как правило, количественно оценить "индивидуальное" воздействие намывных массивов на здоровье человека достаточно сложно, так как они располагаются на территориях горнодобывающих или горно-перерабатывающих 66 предприятий, которые не менее интенсивно воздействуют на компоненты окружающей природной среды и здоровье населения[37]. Таким образом, можно сделать вывод, что на территории воздействия намывных техногенных показателей здоровья массивов населения, наблюдается снижение значительное ухудшение продолжительности жизни, увеличение заболеваемости (особенно респираторными, сердечнососудистыми и онкологическими заболеваниями), детской смертности и врожденных патологий. Выводы к первой главе 1. Ежегодно на территории Российской Федерации образуется более 5 млрд. тонн отходов производства и потребления, более 90 % которых приходятся на долю предприятий минерально-сырьевого комплекса. 2. Несмотря на высокую экологическую опасность отходов, образующихся на горнодобывающих и горно-перерабатывающих предприятиях, преобладающим способом их утилизации в России на сегодняшний день остается наземное размещение с использованием площадок складирования в виде техногенных массивов. 3. Техногенные массивы оказывают как прямое, так и косвенное негативное воздействие на все компоненты окружающей природной среды (атмосферный воздух, подземные и поверхностные воды, почвенный и растительный покров), а также на здоровье населения. 4. Намывные техногенные массивы являются объектами повышенной экологической опасности и обладают наиболее интенсивным негативным воздействием на все компоненты природной среды и здоровье населения, в результате чего экологической особую актуальность безопасности при приобретает формировании вопрос намывных последующей их эксплуатации, консервации и рекультивации. обеспечения массивов и 67 ГЛАВА 2 МОНИТОРИНГ И ОЦЕНКА НЕГАТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НАМЫВНЫХ ТЕХНОГЕННЫХ МАССИВОВ ОАО «АПАТИТ» НА КОМПОНЕНТЫ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ 2.1 Характеристика хвостохранилища АНОФ-2 как источника загрязнения окружающей среды ОАО «Апатит» расположено в центральной части Кольского полуострова в непосредственной близости от городов Апатиты и Кировск и осуществляет добычу и переработку апатит-нефелиновых руд Хибинских месторождений, а также производство апатитового, нефелинового, сиенитового, сфенового, эгиринового и титаномагнетитового концентратов. Предприятие разрабатывает шесть месторождений апатит-нефелиновых руд (Кукисвумчоррское, Юкспорское, Апатитовый Цирк, плато Расвумчорр, Коашвинское и Ньоркпахкское) на 4 рудниках (Кировский, Расвумчоррский, Центральный и Восточный) с совокупными мощностями по добыче около 26 млн. тонн руды в год. Переработка руды производится на 2 апатитнефелиновых обогатительных фабриках - АНОФ-2 и АНОФ-3. На рисунке 2.1 представлена схема расположения основных вспомогательных производственных цехов ОАО «Апатит» [38]. Рисунок 2.1 - Схема расположения производственных цехов ОАО «Апатит» и 68 В период с 1929 по 2014 годы на рудниках ОАО «Апатит» было добыто более 1,83 млрд. тонн апатит-нефелиновой руды, из которой выработано более 649 млн. тонн апатитового и более 66,8 млн. тонн нефелинового концентратов. Основная доля добываемой руды перерабатывается на АНОФ-2. Вторая апатит-нефелиновая обогатительная фабрика (АНОФ-2) пущена в эксплуатацию в 1963 году и на сегодняшний день является одной из крупнейших в мире по переработке апатит-нефелиновых руд и производству апатитового концентрата. За почти полувековую историю на АНОФ-2 выработано более 450 млн. тонн апатитового и свыше 40 млн. тонн нефелинового концентратов. Результатом такого длительного и масштабного производства стало формирование одного из крупнейших в России по площади и объёму техногенного массива хвостохранилище АНОФ-2, которое представлено на рисунке 2.2. Рисунок 2.2 - Хвостохранилище АНОФ-2 Хвостохранилище АНОФ-2 расположено в губе Белой озера Имандра на расстоянии 8,1 км от промплощадки обогатительной фабрики и в 9 км к северозападу от города Апатиты. Его территория вытянута с юго-востока на северо- 69 запад и ограничена с востока Хибинским горным массивом, а с запада - озером Имандра. Оно введено в эксплуатацию в 1969 году и предназначено для складирования отвальных хвостов обогащения апатит-нефелиновых руд, перерабатывающихся на АНОФ-2, а также тонкодисперсных золошлаковых отходов Апатитской теплоэлектростанции (АТЭЦ). Первоначальная емкость хвостохранилища была образована отдельными насыпными дамбами, отделяющими часть губы Белая озера Имандра и балочную сеть с водотоками. Дальнейшее наращивание дамб осуществлялось намывным способом, в результате чего дамбы сомкнулись, и в настоящее время емкость хвостохранилища ограждена по всему периметру. Общая площадь хвостохранилища АНОФ-2 составляет 7,8 км2, а периметр по дамбе обвалования - 11550 м. Намывная дамба хвостохранилища на конец 2014 года достигла высоты 73,4 м и относится к сооружениям I класса капитальности. По местоположению хвостохранилище относится к равнинному типу, а по способу заполнения - к намывному типу. Ежегодно с обогатительной фабрики на хвостохранилище поступает более 6 млн. м3 хвостов обогащения, а объём хвостов, уложенных с начала эксплуатации АНОФ-2, составляет 637,3 млн. м3. На сегодняшний день хвостохранилище АНОФ-2 является крупнейшим намывным техногенным массивом ОАО «Апатит» и наиболее интенсивным источником техногенного воздействия предприятия на компоненты природной среды и здоровье населения. В этой связи управление экологической безопасностью хвостохранилища АНОФ-2 и других намывных техногенных массивов ОАО «Апатит» при их формировании является актуальной проблемой для предприятия, которая в настоящее время не имеет решения [39]. 2.1.1 Природно-климатические и инженерно-геологические условия расположения хвостохранилища АНОФ-2 Район расположения рассматриваемого намывного техногенного массива относится к зоне субарктического климата с продолжительной суровой зимой (ноябрь-март) и коротким прохладным летом (июнь-август), и определяется в 70 основном горным рельефом, который служит причиной неустойчивости погоды, частых и сильных ветров (до 25-30 м/с) и обилия осадков. Температурный режим в течение года неустойчив, что вызывает частые оттепели в зимнее время, а летом заморозки и снегопады. В предгорьях Хибин скорость ветра и устойчивость его направления в значительной степени зависят от местных условий рельефа. Наблюдается зональность климатических условий: падение температуры воздуха, увеличение осадков, силы ветра и продолжительности залегания снежного покрова с возрастанием высоты местности. Характерной особенностью погоды является ее неустойчивость и резкая изменчивость, вызываемая частой сменой воздушных масс, перемещением циклонов и фронтов. Зимой, в период наибольшей повторяемости и интенсивности циклонов преобладают направления ветра с северной составляющей. Летом, при увеличении повторяемости антициклонов направление ветра становится менее устойчивым, с выделением большей повторяемость восточных румбов. Средние ежемесячные скорости ветра находятся в интервале 4,5-7,1 м/с. На рисунке 2.3 представлена среднегодовая роза ветров для района расположения хвостохранилища АНОФ-2 (метеостанция «Апатит»). С 30 25 СЗ СВ 20 15 10 5 З 0 В ЮЗ ЮВ Ю Рисунок 2.3 - Среднегодовая роза ветров 71 Территория расположения хвостохранилища АНОФ-2 относится к зоне избыточного увлажнения. В течение года осадки выпадают неравномерно, около 63 % годовой суммы осадков приходится на холодный период года. Наибольшее количество осадков выпадает в феврале-марте, и составляет 50 мм, а наименьшее - в июле-августе. Около 90 % дней с осадками имеют суточные суммы менее 5 мм. Среднегодовое количество осадков составляет 481 мм. Постоянный снежный покров образуется в последней декаде октября. Среднемноголетняя высота снежного покрова составляет 127 см, максимальная 298 см. Разрушение снежного покрова наблюдается в первой декаде мая. В результате частых сильных метелей в понижениях рельефа и на склонах долин происходит метелевая аккумуляция снега, толщина покрова которого может достигать 10-12 м., что вызывает перегрузку склонов и создает возможность образования снежных лавин, увеличивает частоту их схода. Период снеготаяния продолжается 25-35 дней. По климатическим условиям рассеивания примесей от низких источников с холодными выбросами район относится к зоне 1, характеризуемой низким потенциалом загрязнения атмосферы (ПЗА). Здесь наблюдаются наиболее благоприятные среднегодовые условия для рассеивания вредных выбросов. Значение коэффициента стратификации атмосферы, соответствующее неблагоприятным метеорологическим условиям, при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна, принимается равным 160. Средняя температура воздуха наиболее жаркого месяца составляет +18,8 оС, а средняя температура воздуха наиболее холодного месяца равна -13,3 оС. Скорость ветра по средним многолетним данным, повторяемость превышения которой составляет 5 %, равна 8,1 м/с. С точки зрения геологического строения территория хвостохранилища АНОФ-2 представляет собой зону развития метаморфизованных пород основного состава протерозойской свиты Имандра-Варзуга. С северо-запада через тектонический контакт примыкают щелочные сиениты Хибинского массива. Коренные породы перекрыты толщей четвертичных отложений и на дневную 72 поверхность не выходят. Четвертичные отложения представлены моренными супесями и озерно-ледниковыми песками. Моренные отложения Валдайского оледенения залегают на кристаллическом фундаменте и в пределах полосы дамб слагают берега и дно губы Белой озера Имандра. Литологические моренные отложения сформированы песчаным и супесчаным материалом с содержанием валунно-галечникового материала и гравия до 45-50 %, из которого количество валунов - 5-15 %, валуны преимущественно размером 0,2-0,4 м. Особенностью гидрогеологических условий района является наличие микроартезианских бассейнов подземных вод, приуроченных к рыхлым отложениям межгорных или предгорных долин и конусам выноса. Питание водоносных пластов и комплексов происходит, в основном, за счет атмосферных осадков. Значительное количество атмосферных осадков при малом их испарении создает благоприятные условия для питания подземных вод. Высокая сумма осадков при сравнительно малом испарении и наличии скальных или образованных мореной водоупоров обусловливают существование в Хибинах большого количества рек, ручьев, озер и болот. Речные долины оказывают дренирующее воздействие на массивы и способствуют образованию зоны аэрации мощностью от нескольких метров до 400-500 м на водоразделах. Зона характеризуется сезонным обводнением пород. В районе хвостохранилища АНОФ-2 расположена озерно-речная система, формируемая рекой Белая и озером Имандра, а также наблюдается выход грунтовых вод на поверхность земли, что происходит в связи с дополнительным питанием горизонта, связанным с поступлением инфильтрационных и сточных вод отстойников [40]. В таблице 2.1 представлена сводная таблица климатогеографических условий территории размещения хвостохранилища АНОФ-2. Таблица 2.1 - Климатогеографические условия рассматриваемой территории Климат Метеостанция Переходный от морского к континентальному с продолжительной, умеренно холодной зимой, длительной весной и осенью, коротким прохладным летом. Апатит 73 Продолжение таблицы 2.1 Климатические данные по СНиП 23-01-99 Наименование показателя Климатическая зона Средняя годовая температура воздуха, С Средняя из наибольших высот снежного покрова, см Снеговой район (СП 20.13330.2011) Величина показателя II А -3,7 133 горный и малоизученный II III Ветровой район (СП 20.13330.2011) Гололедный район (СП 20.13330.2011) Параметры холодного периода года -24 Температура воздуха, С, обеспеченностью 0,94 Температура наиболее холодных суток обеспеченностью 0.98 -31 Средняя месячная относительная влажность воздуха наиболее холодного месяца, % 92 Количество осадков за ноябрь - март, мм 677 Преобладающее направление ветра за декабрь - февраль ЮЗ Средняя скорость ветра за период с температурой воздуха ≤ 8 °C 5.1 Параметры тёплого периода года 10.1 Температура воздуха, С, обеспеченностью 0,95 14.9 Температура воздуха, С, обеспеченностью 0,99 26 Абсолютная максимальная температура воздуха, С Средняя месячная относительная влажность воздуха наиболее теплого месяца, % 68 Количество осадков за апрель - октябрь, мм 389 Преобладающее направление ветра за июнь - август СВ Минимальная из средних скоростей ветра по румбам за июль, м/с Рельеф участка среднегорный, умеренно пересеченный, склоны крутые, Рельеф ориентированы на юго-запад. Абсолютные высоты изменяются от 335 до 390 м. Участок обследования входит в состав геоморфологического подрайона ГеоморХибинского горного массива со среднегорным структурно-денудационным фология рельефом со следами ледниковой экзарации. Природа участка Подзона горных северо-таежных лесов. Растительный покров Горные иллювиально-малогумусовые. Почвы Участок работ принадлежит к водосбору озера Имандра бассейна Северного Ледовитого океана. Непосредственно на Гидрография участке работ протекают реки Саамка и Гакман Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83) Суглинков 1,93 Супесей, песков мелких и пылеватых 2,35 Глубина промерзания Песков средней крупности, крупных и грунтов, м 2,52 гравелистых Крупнообломочных грунтов 2,85 74 Продолжение таблицы 2.1 Строительство в сейсмичных районах - СНиП II-7-81* Степень сейсмической опасности По карте ОСР-97А - 5 баллов. Категории грунтов по сейсмическим свойствам: Интенсивность сейсмического - I - для невыветрелых крупнообломочных и скальных воздействия в баллах грунтов - II - для выветрелых скальных грунтов и четвертичных отложений. Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов - СНиП 22-02-2003 Территория - Мурманская область Зарегистрированные проявления опасных На участке проектируемого строительства возможно геологических процессов пучение грунтов. Геофизика опасных природных воздействий - СНиП 22-01-95 Категории оценки сложности природных Характеристики условий Рельеф и геоморфологические Сложные - горный, расчлененный рельеф Гидрогеологические в сфере взаимодействия Простые зданий и сооружений с геологической средой Простые - ОПП имеют ограниченное и Опасные природные процессы, сейсмичность локальное распространение. Сейсмичность с учётом сейсмического районирования района по карте ОСР-97-А 5 баллов 2.1.2 Технологическая схема переработки апатит-нефелиновых руд Основным продуктом переработки апатит-нефелиновых руд на АНОФ-2 является апатитовый концентрат. В технологической схеме получения апатитового концентрата можно выделить 5 основных производственных переделов, обеспечивающих переработку руды и получение готового апатитового концентрата: - дробильное отделение АНОФ-2 состоит из двух самостоятельных дробильных комплексов (I и II очереди) с полностью завершённым технологическим циклом дробления руды. Схема предусматривает трехстадийное дробление руды с предварительным грохочением на каждой стадии - крупное, среднее и мелкое. В технологическую схему дробильного комплекса фабрики входит также открытый склад для приёмки руды с рудников ёмкостью 3,0 млн. т. Дробильный комплекс АНОФ-2 представлено следующим технологическим оборудованием: конусные дробилки крупного дробления (ККД-1200), конусные дробилки среднего дробления (КСД-2200), конусные дробилки мелкого 75 дробления (КМД-2200), грохота (ГИТ-51МА, ГР-173, ГИТ-51П, ГИТ-51М) с размером сита 3800/1700 мм, питатели. Всё технологическое оборудование связано системой конвейерных линий, обеспечивающих нормальную работу дробильного комплекса. Крупность руды, получаемой на выходе из дробильного отделения не должна превышать 4,5 % класса +25 мм; - мельнично-флотационное отделение предусматривает измельчение руды в шаровых мельницах (МШР-3600×4000 мм, МШР-4500×5000 мм), работающих в замкнутом цикле с классифицирующими аппаратами - гидроциклонами (ГЦ-100, ГЦ-71). Секции флотации оборудованы флотационными машинами ОК-38 на стадиях основной и контрольной флотации. На стадии перечистки используется флотомашина колонного типа. В качестве собирателя и вспенивателя при флотации апатита применяется омыленная смесь оксигидрильных ионогенных анионных собирателей. Основными базовыми реагентами в этой смеси являются дистиллированное и сырое таловые масла. Для повышения селективности и уменьшения пенообразования в состав собирательной смеси включается корректирующий собиратель алкилбензолсульфокислота. В качестве депрессора породообразующих темноцветных минералов (нефелин, эгирин, сфен и другие) применяется жидкое стекло. В качестве регулятора кислотно-щелочной среды флотационной пульпы (оптимальное значение pH равно 9,4-9,8) применяется каустическая сода (NaOH). Для улучшения коагуляции апатитовых зёрен и разрушения пены применяется алюмокремниевый коагулянт-флокулянт [41]; - фильтровально-сушильное пылеулавливающее отделение включает процессы фильтрации и обезвоживания апатитового концентрата и проходит в 4 стадии: сгущение флотационного концентрата в гидроциклонах, сгущение слива гидроциклонов в радиальных сгустителях, фильтрация песков гидроциклонов и сгустителей, сушка кека. Фильтрование апатитового концентрата осуществляется вакуум-фильтрами и барабанными фильтрами. На фильтрование поступает апатитовый концентрат с содержанием твёрдого 55-60 %. В процессе фильтрования получается апатитовый кек с влажностью 11,1 % и фильтрат с содержанием твердого до 0,5 %. Полученный апатитовый кек подвергается сушке 76 в прямоточных сушильных барабанах с прямым теплообменом под действием потока горячего воздуха. Температура в топках создается за счет сгорания мазута и составляет 600-1200 ˚С. Температура на входе в сушильный барабан составляет не менее 500 ˚С. Для нормальной работы газо-пылеулавливающего оборудования газы, отходящие от сушильных барабанов, охлаждаются до 110 ± 20 ˚С; - в отделении погрузки сухой апатитовый концентрат поступает на сборные ленточные конвейеры и транспортируется в силосный склад готовой продукции. На каждый сушильный барабан установлены три силосных банки. Вместимость каждой банки в среднем 3350 тонн апатитового концентрата. Суммарная емкость силосного склада обеспечивает хранение 117-126 тыс. тонн апатитового концентрата. Из силосного склада апатитовый концентрат системой конвейеров подается на погрузочные узлы; - отделение хвостового хозяйства представлено следующими сооружениями: сооружения гидравлического транспорта отвальных хвостов (пульпонасосные гидравлической станции, укладки магистральные хвостов пульповоды), (хвостохранилище, сооружения пруд-отстойник, распределительные пульповоды), водосбросные сооружения (насосные станции, водоприёмные колодцы, водосбросной коллектор, первичный и вторичный отстойники), сооружения по охране окружающей среды (дренажные каналы, каналы для сброса сточных вод). Технологическая схема получения апатитового концентрата представлена на рисунке 2.4. Технологическая схема получения нефелинового концентрата аналогична схеме получения апатитового концентрата. Отделение апатита от нефелина происходит на стадии флотации, где апатит переходит в пенный продукт, а нефелин осаждается и является камерным продуктом. После разделения нефелин так же, как и апатит, поступает на сгущение, фильтрацию и сушку, а затем отгружается на силосный склад нефелинового концентрата. Алюмокремниевый коагулянт-флокулянт получают путём разложения нефелинового концентрата с добавлением серной кислоты. 77 Сфеновый концентрат получают путем разложения пенного продукта нефелиновой флотации с добавлением серной кислоты и его последующей химической очистки от апатита. Эгириновый концентрат получают путём мокрой магнитной сепарации пенного продукта нефелиновой флотации [42]. Рисунок 2.4 - Технологическая схема получения апатитового концентрата 2.1.3 Краткая характеристика гидротехнических сооружений Хвостохранилище АНОФ-2 - это сложный комплекс гидротехнических и гидротранспортных сооружений, формирование и функционирование которого характеризуется повышенной экологической опасностью. В состав гидротехнических сооружений АНОФ-2 входят: - ограждающая дамба, образующая емкость хвостохранилища; - сооружения системы гидротранспорта и складирования хвостов; - сооружения системы оборотного водоснабжения; - сооружения системы дренажа и водоотведения; - сооружения вторичного отстойника и аварийной ёмкости. 78 Емкость хвостохранилища АНОФ-2 первоначально была образована пятью отдельными насыпными дамбами, отделяющими часть губы Белая озера Имандра и балочную сеть с водотоками. Первичная дамба №1 была отсыпана в губе Белой озера Имандра из скального грунта с экраном из морены. Грунт отсыпался в озеро с отметки 114,00 м. Отметка гребня первичной дамбы - 131,00 м, а ширина по гребню 12,0 м. В нижнем бьефе первичной дамбы устроена дренажная канава. Первичная дамба №4 была отсыпана из песчано-гравийно-галечникового грунта. Отметка гребня первичной дамбы - 130,00 м, а ширина по гребню 5,0 м. В нижнем бьефе первичной дамбы устроена дренажная канава. Первичная дамба №8 была отсыпана из скального грунта. В основании дамбы хвосты, пески мелкие и пылеватые, илы, торф, гравелистый песок. Отметка гребня первичной дамбы - 131,00 м, а ширина по гребню 5,0 м. В нижнем бьефе первичной дамбы устроена дренажная канава и дренажная емкость. Первичная дамба №12 была отсыпана из мореного грунта с креплением откосов скальным грунтом. Отметка гребня первичной дамбы - 146,00 м, а ширина по гребню 5,0 м. В нижнем бьефе первичной дамбы устроена дренажная канава. Первичная дамба №12а была отсыпана из мореного грунта с креплением откосов скальным грунтом. Отметка гребня первичной дамбы 156,00 м, ширина по гребню 5,0 м. В нижнем бьефе первичной дамбы устроена дренажная канава. Для сокращения фронта намыва при наращивании хвостохранилища в северной его части на территории пляжной зоны была возведена спрямляющая дамба длиной 940 м с отметкой гребня 181,00 м. Спрямляющая дамба возводилась намывным способом из хвостов, транспортируемых по распределительному пульповоду, оснащенному распределительными выпусками. Ширина спрямляющей дамбы по гребню - 20 м. Спрямляющая дамба позволила сократить длину фронта намыва и перекладки распределительного пульповода на 700 м. В процессе формирования намывного массива первичные дамбы сомкнулись по всему периметру, образовав единую ограждающую дамбу общей 79 длиной 11550 м. На конец 2014 года высота гребня ограждающей дамбы достигла высоты 73,4 м (абсолютная отметка - 184,0 м), при этом ширина по гребню дамбы составила 17-19 м, а заложение низового откоса (генеральный уклон) до абсолютной отметки 170,0 м - 1:5, а выше - 1:6. Средняя длина надводного пляжа намыва - 520,0 м. Низовой откос дамбы обсыпан скальным грунтом. Дальнейшее наращивание ограждающей дамбы хвостохранилища производится возведением дамб обвалования из хвостов пляжной зоны. Общая высота дамбы обвалования 3,0-3,5 м, на которую укладывается распределительный пульповод, обеспечивающий складирование хвостов в течение 2-3 лет эксплуатации. Заполнение емкости хвостохранилища производится по схеме от дамбы к пруду-отстойнику рассредоточенным способом. Намыв упорной призмы осуществляется из распределительных выпусков, установленных через 12,0 м по длине распределительных пульповодов. Выпуски оборудованы шланговыми затворами и шлангами. Более жидкая (шламистая) часть хвостов отводится через сосредоточенный сброс за пределы упорной призмы, непосредственно в отстойный пруд. Весь фронт складирования делится на карты намыва. В процессе намыва осуществляется последовательное перемещение карты намыва по периметру хвостохранилища путем закрытия и открытия соответствующих выпусков по ходу движения потока пульпы. Вторичный отстойник организован в Сейд-озере, расположенном за хвостохранилищем, в стороне, противоположной озеру Имандра, и предназначен для приема и дополнительного осветления дебалансной воды, отводимой из отстойного пруда хвостохранилища, с последующим сбросом в канал отвода реки Белая, а затем в губу Белая озера Имандра. Аварийный бассейн - часть емкости, образованной во вторичном отстойнике путем отделения ее дамбой, которая служит для приема объема переливов пульпы пульпонасосных станций. Сброс пульпы при аварийных ситуациях и переливы ее из зумпфов по аварийному коллектору самотеком поступают в аварийный бассейн. Для перекачки пульпы из аварийного бассейна в 80 хвостохранилище в летний период используется плавучий земснаряд, насосная станция подкачки и подкачивающая пульпонасосная станция. Сооружения системы дренажа и водоотведения предусмотрены для отвода в озеро Имандра осветленных вод из вторичного отстойного пруда, а также вод, профильтровавшихся через тело дамбы, поверхностного стока с низового откоса намывной дамбы, и отвода естественного стока рек от чаши хвостохранилища. Отвод воды из хвостохранилища осуществляется через существующие водоприемные колодцы. Осветленная вода из отстойного пруда хвостохранилища через колодцы по водосбросному коллектору самотеком поступает в насосную станцию оборотной воды, откуда насосами подается в резервуары оборотной воды, расположенные на промплощадке обогатительной фабрики и на гидроуплотнение Излишки воды насосов в пульпонасосных станциях. (дебалансная вода) сбрасываются по трубопроводу во вторичный отстойник. В водовод перед сбросом подается коагулянт ВПК-402 для дополнительного осветления и осаждения взвесей [43]. Ситуационный план гидротехнических сооружений хвостового хозяйства АНОФ-2 представлен на рисунке 2.5. Рисунок 2.5 - Ситуационный план гидротехнических сооружений хвостового хозяйства АНОФ-2 В таблице 2.2 представлена экспликация гидротехнических сооружений, представленных на ситуационном плане. 81 Таблица 2.2 - Экспликация гидротехнических сооружений №позиции 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Наименование гидротехнического сооружения Главный корпус Хвостовые лотки Пульпонасосная станция №1 Аварийный коллектор пульпонасосной станции №1 Корпус сгущения хвостов апатитовой флотации и пульпонасосная станция №2 Магистральные пульповоды из пульпонасосных станций №1 и №2 Корпус получения нефелинового концентрата и пульпонасосная станция №2 Пульпонасосная станция №3 Пульпонасосная станция №2а Магистральный пульповод Ду 1400 (нижняя трасса) Магистральный пульповод Ду 1400 (верхняя трасса) Дамба хвостохранилища Распределительные пульповоды Ду 1200 (правая и левая нитки) Канал отвода реки белой Канал №1 отвода ручьев от железной дороги Канал №2 отвода ручьев от железной дороги Водосбросной коллектор из труб Ду 1400 и водоприемные колодцы Насосная станция оборотной воды Водоводы оборотной воды Ду 1400 Аварийный бассейн и дренажная насосная станция аварийного бассейна Земснаряд, пульповод от земснаряда до хвостохранилища Дренажный канал Растворный узел приготовления латекса Водоводы оборотной воды от насосной станции оборотной воды до АНОФ-2 2.1.4 Воздействие хвостового хозяйства на атмосферный воздух, реализуемые средозащитные мероприятия На территории размещения намывного массива АНОФ-2 прочие источники загрязнения атмосферного воздуха (ИЗА) отсутствуют. Ближайшими ИЗА являются промплощадка АНОФ-2 и Апатитская теплоэлектростанция, которые расположены в 8 км к юго-востоку от территории хвостохранилища. В таблице 2.3 представлены фоновые концентрации загрязняющих веществ в районе расположения намывного массива по данным Центра мониторинга загрязнения окружающей среды ГУ «Мурманское УГМС» [44]. 82 Таблица 2.3 - Фоновые концентрации загрязняющих веществ в районе расположения намывного техногенного массива АНОФ-2 Загрязняющее вещество код наименование ПДК, мг/м3 0337 Оксид углерода 5,0 0301 Азота диоксид 0,2 2902 Взвешенные вещества 0,5 0330 Серы диоксид 0,5 Концентрация загрязняющего вещества, скорость и направление ветра Концентрация ЗВ, мг/м Скорость ветра, м/с Направление ветра Концентрация ЗВ, мг/м Скорость ветра, м/с Направление ветра Концентрация ЗВ, мг/м Скорость ветра, м/с Направление ветра Концентрация ЗВ, мг/м Скорость ветра, м/с Направление ветра 3,0 0-2 штиль 0,04 0-2 штиль 0,1 0-2 штиль 0,03 0-2 штиль 2,0 2,0 2,0 2,0 3-8 С В Ю З 0,02 0,02 0,03 0,02 3-8 С В Ю З 0,2 0,1 0,2 0,2 3-8 С В Ю З 0,03 0,02 0,02 0,03 3-8 С В Ю З Согласно проекту ОВОС, разработанному для ОАО «Апатит», основными источниками загрязнения компонентов природной среды при эксплуатации сооружений хвостового хозяйства АНОФ-2 являются: - пыление пляжной зоны хвостохранилища: в атмосферный воздух выделяется пыль отвальных хвостов (тонкодисперсные пески со средневзвешенной крупностью менее 100 мкм); - пыление бортов дамбы хвостохранилища: в атмосферный воздух выделяется пыль техногенных грунтов (пески со средневзвешенной крупностью более 250 мкм с содержанием валунно-галечникового материала и гравия); - пыление внутренних автомагистралей: в атмосферный воздух выделяется пыль техногенных грунтов; - земляные работы при отсыпке дамб обвалования: в атмосферный воздух выделяется пыль техногенных грунтов; - работа автотранспорта и дорожной техники: в атмосферный воздух выделяются продукты сгорания дизельного топлива; - работы по перекладке пульпопроводов: в атмосферный воздух выделяются сварочный аэрозоль и пыль металлическая. 83 При этом ежегодный объем земляных работ при отсыпке дамб обвалования составляет в 636,3 тыс. м3, среднем а максимальная длина ежегодно перекладываемого пульпопровода не превышает 3,0 км. В таблице 2.4 представлен перечень и количество загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферный воздух перечисленными ИЗА при эксплуатации намывного массива в соответствии с проектной схемой, согласно тому ПДВ, составленному для ОАО «Апатит». Таблица 2.4 - Количество загрязняющих веществ, выбрасываемых ИЗА на территории хвостохранилища АНОФ-2 Значение Класс Использ. критерия, критерий опасности мг/м3 Вещество код наименование 0123 Железа оксид (пыль, пары) Марганец и его соединения (в пересчете на марганец) Азот (IV) оксид (Азота 0301 диоксид) 0143 Выброс вещества г/с т/год ПДКс.с. 0,040 3 0,048 0,025 ПДКм.р. 0,010 2 0,003 0,002 ПДКм.р. 0,085 2 0,049 0,303 0304 Азот (II) оксид (Азота оксид) ПДКм.р. 0,400 3 0,005 0,049 0328 Углерод (Сажа) ПДКм.р. 0,150 3 0,003 0,028 0330 Сера диоксид ПДКм.р. 0,500 3 0,006 0,056 0337 Углерод оксид ПДКм.р. 5,000 4 0,267 2,233 2704 Бензин (нефтяной, малосернистый) ПДКм.р. 5,000 4 0,021 0,186 2732 Керосин ОБУВ 1,200 0,012 0,107 2908 Пыль неорганическая 70-20% SiO2 ПДКм.р. 0,300 3 38,532 246,570 Всего веществ: 10 38,946 249,559 в том числе твердых: 4 38,586 246,625 жидких/газообразных: 6 0,361 2,934 Группы веществ, обладающих эффектом суммации 6009 (2) 301 330 6046 (2) 337 2908 Нормативы ПДВ для рассматриваемого производственного объекта установлены исходя из условий максимальных выбросов загрязняющих веществ при полной загрузке оборудования, поэтому в качестве исходных данных при 84 расчете нормативов ПДВ приняты расчетные значения выбросов загрязняющих веществ при эксплуатации хвостохранилища [45]. В таблице 2.5 представлен перечень и количество загрязняющих веществ, разрешенных к выбросу в атмосферный воздух при эксплуатации намывного массива АНОФ-2 в соответствии с проектной схемой, согласно тому ПДВ, составленному для ОАО «Апатит». Таблица 2.5 - Количество загрязняющих веществ, разрешенных к выбросу при эксплуатации хвостохранилища АНОФ-2 в соответствии с проектной схемой Вещество Выброс вещества ПДВ/ВСВ код наименование г/с т/год 0123 Железа оксид (пыль, пары) 0,048 0,025 ПДВ 0143 Марганец и его соединения (в пересчете на марганец) 0,003 0,002 ПДВ 0301 Азот (IV) оксид (Азота диоксид) 0,049 0,303 ПДВ 0304 Азот (II) оксид (Азота оксид) 0,005 0,049 ПДВ 0328 Углерод (Сажа) 0,003 0,028 ПДВ 0330 Сера диоксид 0,006 0,056 ПДВ 0337 Углерод оксид 0,267 2,233 ПДВ 2704 Бензин (нефтяной, малосернистый) 0,021 0,186 ПДВ 2732 Керосин 0,012 0,107 ПДВ 2908 Пыль неорганическая 70-20% SiO2 22,172 86,130 ПДВ 22,588 89,119 22,588 89,119 ПДВ 0 0 ВСВ Итого: Размеры санитарно-защитной зоны (СЗЗ) для хвостохранилища АНОФ-2 установлены в соответствии с СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 «Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов». АНОФ-2 по санитарной (4.1.3.6 Горнообогатительные классификации комбинаты) и относится размеры к ССЗ производственных объектов предприятия составляют 1000 м [46]. I для классу всех 85 В связи с тем, что хвостохранилище является неорганизованным источником выбросов, а интенсивность пыления напрямую зависит от метеорологических параметров, полученные значения СЗЗ должны быть скорректированы с учетом среднегодовой розы ветров по формуле [47,48]: L L0 P ( м), где P0 (2.1) L - расчетный размер С33, м; Lo - размер СЗЗ, установленный в соответствие с санитарными нормами для данного класса предприятий; Р - среднегодовая повторяемость направлений ветров рассматриваемого румба, %; Ро - повторяемость направлений одного румба при круговой розе ветров, Ро = 12,5 %. Скорректированные с учетом среднегодовой розы ветров размеры СЗЗ от границ чаши хвостохранилища АНОФ-2 приведены в таблице 2.6. Таблица 2.6 - Размеры СЗЗ хвостохранилища АНОФ-2 с учетом розы ветров С 8 1000 Направление ветра СВ В ЮВ Ю ЮЗ 3 Среднегодовая роза ветров, % 4 28 17 7 6 14 Расстояние СЗЗ от границ чаши хвостохранилища, м 1000 2240 1360 1000 1000 1120 СЗ 16 1280 Для снижения техногенной нагрузки, сложившейся в регионе в результате формирования намывного техногенного массива АНОФ-2, на предприятии внедрён ряд природоохранных мероприятий, направленных на уменьшение пылевыделения с поверхности пляжей и бортов дамбы хвостохранилища, а так же с поверхности внутренних производственных автомагистралей. Закрепление пляжей хвостохранилища анионной битумной эмульсией является одним из основных и наиболее эффективных средозащитных мероприятий, применяемых на рассматриваемом производственном объекте. Оно заключается в нанесении на поверхность пляжей хвостохранилища подогретой до 86 температуры 50-60ºС анионной битумной эмульсии (марка ЭБА) при помощи прицепного гудронатора. В качестве тягового средства используется бульдозер на гусеничном ходу. По мере высыхания на поверхности хвостохранилища образуется битумная плёнка (толщина до 1-3 мм) прочностью не менее 0,2 мПа. При скоростях ветра до 8 м/с и целостности структуры битумной плёнки эффективность данного природоохранного мероприятия достигает 90 %. Закрепление бортов дамбы хвостохранилища производится путём посева многолетней травы - волосенец песчаный. Это мероприятие так же является достаточно эффективным, а главное долговечным. Через 2-3 года травяной покров образует плотную сеть корневой системы, которая закрепляет верхний слой насыпной дамбы и на 70-80 % снижает интенсивность пыления бортов дамбы хвостохранилища. Для снижения пыления внутренних производственных дорог на предприятии производится их орошение лигносульфонатом. Лигносульфонат побочный продукт промышленности, переработки обладает древесины свойством в целлюлозно-бумажной эмульгирования, имеет клеящую способность и хорошо растворяется в воде. Для обработки дорог используют водяной раствор лигносульфоната, который приготовляется на специальных установках и применяется в разогретом виде (до 60-80ºС). Обработка поверхности дороги раствором лигносульфоната позволяет снизить запылённость воздуха в районе дороги на 60-70 % за счёт образования тонкой плёнки. В периоды неблагоприятных метеорологических условий (НМУ), способствующими более интенсивному распространению вредных веществ в приземном слое атмосферы, на предприятии осуществляется временное сокращение выбросов загрязняющих веществ [49,50]. В соответствии с РД 52.04.306-92 «Охрана природы. Атмосфера. Руководство по прогнозу загрязнения воздуха» и РД 52.04.52-85 «Методические указания. Регулирование выбросов при неблагоприятных метеорологических условиях» в зависимости от ожидаемого уровня загрязнения атмосферы 87 составляются предупреждения 3-х степеней, которым соответствуют три режима работы предприятия. Мероприятия по регулированию выбросов в периоды НМУ по первому режиму разрабатываются самими предприятиями, а по второму и третьему режимам - территориальными органами Министерства природных ресурсов и экологии РФ. При первом режиме работы предприятия регулирование выбросов осуществляется с использованием мероприятий организационно-технического характера, эффективность которых принимается равной 15 %. При втором режиме работы предприятия, мероприятия должны обеспечить сокращение концентрации загрязняющих веществ не менее чем на 35 %, что может быть достигнуто путем снижения производительности предприятия. Мероприятия по регулированию выбросов при третьем режиме работы предприятия должны обеспечить сокращение концентрации загрязняющих веществ не менее чем на 55 %, а в некоторых особо опасных условиях предприятиям следует полностью прекратить выбросы. При первом режиме эксплуатации хвостохранилища в периоды НМУ рекомендуется проведение следующих организационно-технических мероприятий по снижению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу: - усиление контроля за точным соблюдением технологического регламента производства намыва хвостов; - усиление контроля за работой контрольно-измерительных приборов и автоматики; - ограничение движения и использования автотранспорта, задействованного на хвостохранилище, а также запрет работы его двигателей на холостом ходу при длительных остановках. Для достижения эффективности организационно-технических мероприятий по снижению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу в процессе эксплуатации хвостохранилища при втором и третьем режиме помимо мероприятий, задействованных при первом режиме, рекомендуется: 88 - снижение объема земляных и монтажных работ, а в некоторых особо опасных условиях их полное прекращение; - применение орошения пылящих поверхностей хвостохранилища с использованием специализированной техники [51, 52]. 2.1.5 Воздействие хвостового хозяйства на поверхностные и подземные воды, реализуемые средозащитные мероприятия Согласно проекту ОВОС, разработанному для ОАО «Апатит», на технологические нужды АНОФ-2 предусматривается водопотребление: - свежей воды из озера Имандра (21524,27 тыс. м3/год); - горячей воды АТЭЦ (590,13 тыс. м3/год); - оборотной воды из хвостохранилища (97728,0 тыс. м3/год). Водопотребление на хозяйственно-питьевые и производственные нужды фабрики осуществляется из водозабора поверхностных вод на озере Имандра и составляет 132,95 тыс. м3/сут. Водоснабжение объектов хвостового хозяйства водой питьевого качества осуществляется привозной водой и водой из общефабричной системы пожарнохозяйственного водоснабжения. Водопользование осуществляется в соответствии с договором водопользования №51-02.02.00.003-Х-ДЗВО-С-2010-00142/00 от 16 марта 2010 г. Условиями договора установлен объем допустимого забора (изъятия) воды из озера Имандра в размере 57024,85 тыс. м3 в год. Образующиеся передаются на на АНОФ-2 очистные хозяйственно-бытовые сооружения ГУП сточные воды "Апатитыводоканал", а производственные и ливневые сточные воды сбрасываются в реку Белая. Сброс сточных вод осуществляется на основании Разрешения от 28 апреля 2006 г. №109 на сброс загрязняющих веществ в водные объекты. Общий лимит на сброс сточных вод составляет 22300,0 тыс. м3/год; Утвержденные фактический сброс, нормативно-допустимый сброс (НДС) и временно-согласованный сброс (ВСС) загрязняющих веществ в реку Белая представлены в таблице 2.7. 89 Таблица 2.7 - Перечень и количество загрязняющих веществ, разрешенных к сбросу в реку Белая с территории АНОФ-2 Фактическая концентрация Фактический сброс НДС Показатель допуссуммарсостава макси- средняя макситимая сточных мальная за год мальный ный за конценгод вод трация Взвешенные вещества Сухой остаток Хлориды Сульфаты БПКполн Нефтепродукты Аммонийион Нитританион Нитратанион Фтор АПАВ Фосфаты (по Р) Алюминий ЛВСС допустимый сброс допустимая допусконцентимый трация сброс средняя в год мг/дм3 кг/ч т/год мг/дм3 мг/дм3 кг/ч т/год мг/дм3 кг/ч т/год 13,94 11,23 30,52 215,88 3,38 8,10 70,98 674,13 499,11 1476,32 9594,02 600,00 1438,36 12600,00 — — — 8,31 314,05 2,48 4,52 211,30 1,32 18,20 687,76 5,44 — — — — — — — — — 0,12 0,05 0,27 0,92 0,05 0,12 1,05 0,1 0,21 0,05 0,47 0,87 0,20 0,48 4,20 — — — 0,59 0,07 1,29 1,29 0,07 0,17 1,47 — — — 0,77 0,19 1,69 2,26 0,80 1,92 16,80 — — — 10,84 0,01 7,26 0,05 23,73 0,27 139,46 1,04 0,75 0,10 1,80 0,24 15,75 2,10 8,7 — 20,86 182,70 — — 0,58 0,02 1,27 3,73 0,20 0,48 4,20 0,30 0,72 6,30 0,51 0,20 1,11 3,77 0,04 0,10 0,84 0,25 0,60 5,25 86,86 12,00 28,77 252,00 4061,70 300,00 719,18 6300,00 25,28 3,00 7,19 63,00 14,0 33,56 294,00 0,24 2,10 В настоящее время на предприятии разработана система оборотного водоснабжения. Очистка сточных вод, поступающих в систему оборотного водоснабжения, осуществляется в пруде-отстойнике хвостохранилища, а затем во вторичном отстойнике, расположенном в озере Сейд-озеро. В хвостохранилище АНОФ-2 поступают следующие воды: - вода с отвальными хвостами апатит-нефелиновой флотации АНОФ-2; - вода с золо-шлакоотвалами Апатитской ТЭЦ; - атмосферные осадки, выпадающие на площадь хвостохранилища. 90 Характеристика сточных вод, поступающих в пруд-отстойник хвостохранилища АНОФ-2, представлена в таблице 2.8. Таблица 2.8 - Химический состав сточных вод, поступающих в пруд-отстойник хвостохранилища АНОФ-2 Состав сточных вод Название отстойный на выходе характеЕд. изм. ПДКр.х.* оборотная пульпа пруд из вторич- Сейдхвостохраристики вода по ГЗУ хвостохраного нилище озеро (компонента) АНОФ-2 АТЭЦ нилища отстойника PH ед.рН — 8,91 8,16 8,69 8,705 8,93 8,43 Взвешенные 0,75 к мг/л 412,00 — 604,688 826,88 23,13 39,17 вещества фону Сухой остаток мг/л 585 741,00 1123,09 856,738 786,63 511,50 576,83 при t = 105°C ХПК мгО2/л — 16,59 12,91 15,013 20,5 27,93 12,54 БПК5 мг/л 3,0 — — 2,055 2,67 5,26 3,28 Жесткость мг-экв./л — 1,03 6,83 1,002 0,92 0,85 3,97 общая Щелочность мг-экв./л — 3,20 2,01 — — — — общая Калий мг/л 50,0 — — 65,113 65,33 41,97 42,19 Магний мг/л 40,0 1,19 5,08 1,508 1,4 2,045 1,85 СО3 мг/л — 10,29 28,07 4,685 4,85 511,50 1,54 Кальций мг/л 180,0 18,86 128,53 18,443 16,09 13,61 — Азот мг/л 0,39 — — 0,157 0,165 0,34 0,28 аммонийный Нитриты мг/л 0,08 — — 0,698 2,17 0,24 0,24 Нитраты мг/л 40,0 — — 4,033 9,76 1,43 1,25 Нефтепродукт мг/л 0,05 0,06 0,26 0,13 0,07 0,095 0,05 ы Хлориды мг/л 300,0 19,94 33,37 9,823 12,35 8,48 8,97 Сульфаты мг/л 100,0 319,78 589,43 388,495 319,44 192,41 212,02 Железо общее мг/л 0,1 0,26 0,05 0,283 0,34 0,23 0,19 ПАВ (АПАВ) мг/л 0,3 — — 0,115 0,06 0,17 0,06 Фтор мг/л 0,75 — — 8,64 10,76 6,19 6,94 Алюминий мг/л 0,04 — — 0,26 0,4 0,20 0,153 Фосфаты мг/л 2,0 — — 3,25 3,97 0,91 0,88 Бикарбонаты мг/л — 174,15 46,53 191,283 196,19 149,34 185,03 Силикаты мг/л 1,0 17,65 — 16,625 18,33 15,95 9,14 Натрий мг/л 120,0 — — 217,375 201,24 127,39 145,71 *В соответствии с приказом Госкомрыболовства РФ от 28.04.1999 №96 «О рыбохозяйственных нормативах» 91 Из хвостохранилища АНОФ-2 отводятся следующие воды: - оборотные воды на АНОФ-2; - фильтрационные воды; - дебалансные воды, поступающие в Сейд-озеро. Для использования сточных вод хвостохранилища в качестве оборотных, в хвостовой лоток главного корпуса предусматривается подача коагулянта АККФ. В процессе отстаивания объединенных стоков в хвостохранилище происходит очистка сточных вод. Осветленная оборотная вода используется на технологические нужды в системе оборотного водоснабжения АНОФ-2. С учетом потерь воды и атмосферных осадков образуются дебалансные и фильтрационные воды. Дебалансные воды через водосбросной коллектор, а также часть фильтрационных вод отводятся в отстойный пруд Сейд-озеро. Для очистки дебалансных вод перед водосборным коллектором установлена емкость объемом 30,0 м3 для подачи флокулянта ВПК-402. Из отстойного пруда Сейд-озеро (через водослив) воды направляются в канал отвода реки Белая в количестве 19,55 млн. м3/год. Река Белая относится к водоемам 2 категории рыбохозяйственного водопользования. Объём фильтрационных вод, поступающих в Сейд-озеро, изменяется соответственно отметкам гребня намывной дамбы [44]. Расчетные объемы фильтрационных вод приведены в таблице 2.9. Таблица 2.9 - Расчетные объемы фильтрационных вод, тыс. м3/год Номер и длина дамбы, м №1, №1 - 12, L = 4012 №4, L = 1080 №4 - №8, L = 840 №8, L = 1000 №8 - №12, L = 800 №12, L = 3950 Итого, L = 11672,5 Отметки гребня намывной дамбы, м 180,00 190,00 200,00 4502,914 5464,543 6368,027 1434,815 1928,66 2124,665 766,500 919,800 1042,440 3754,025 4228,525 4666,525 934,400 1138,800 1343,200 1188,988 1909,863 2630,737 12581,642 15590,191 18175,594 92 Для снижения техногенной нагрузки на поверхностные и подземные воды региона на обогатительной фабрике АНОФ-2 принят ряд технических решений и мероприятий по рациональному использованию и охране водных ресурсов. Система оборотного водоснабжения АНОФ-2 через хвостохранилище. Сточные воды, поступающие с пульпой на хвостохранилище, накапливаются в пруде-отстойнике. При этом в хвостовой лоток главного корпуса предусматривается подача алюмокриемниевого коагулянта-флокулянта (АККФ). В процессе отстаивания объединенных стоков в хвостохранилище происходит очистка сточных вод от взвешенных веществ (от 828 мг/л до 412 мг/л). Осветленная оборотная вода поступает во вторичный отстойник Сейд-озеро, а затем обратно на обогатительную фабрику и используется для технологических нужд в системе оборотного водоснабжения АНОФ-2. На сегодняшний день водооборот на АНОФ-2 составляет ≈ 80 %. Дебалансные сточные воды хвостохранилища проходят предварительную очистку и сбрасываются в поверхностные водные объекты через водоотводной канал реки Белая. Для очистки сточных вод на предприятии применяются рабочие растворы на основе флокулянта ВПК-402. Выбор концентрации рабочего раствора зависит от концентрации загрязняющих веществ в сточных водах и производительности водоочистных сооружений. Применение 0,01-0,02 % рабочих растворов позволяет распределить флокулянт в обрабатываемой воде и способствует образованию хлопьев оптимального размера. Расход флокулянта зависит от состава и количества загрязнений в воде, поступающей на очистные сооружения. Доза ВПК-402 при использовании его совместно с АККФ, по результатам исследований Центральной лаборатории ОАО «Апатит» установлена в зависимости от количества взвешенных веществ в сточных водах от 0,25 мг/л до 0,9 мг/л [50,53]. 2.1.6 Воздействие хвостового хозяйства на почвенные ресурсы, реализуемые средозащитные мероприятия Земли для размещения намывного техногенного массива АНОФ-2, общей площадью 20,8703 км2 (кадастровый номер земельного 93 участка 51:15:02 04 03:0001) арендуются у администрации города Апатиты, срок аренды - до 31 декабря 2029 года. Наращивание ограждающей дамбы и возведение дамб обвалования из намытых хвостов осуществляется по отработанной на практике схеме, путем срезки части хвостов пляжа. Отсыпка дамб обвалования производится высотой 3 м, что обеспечивает складирование хвостов в течение двух - трех лет. Намыв пляжей производится по всему периметру хвостохранилища с одновременным подъемом гребня намывного пляжа и горизонта воды в отстойном пруде. Для снижения техногенной нагрузки на прилегающие территории на АНОФ-2 предусматриваются следующие технические решения: - система гидротранспорта хвостов исключает сброс хвостовой пульпы и оборотной воды на рельеф; - технология складирования отвальных хвостов обеспечивает устойчивость дамбы и исключает аварийную ситуацию, связанную с размывом дамбы; - возведение спрямляющей дамбы в районе дамбы №1 позволило сократить длину дамбы обвалования на 700 метров и вывести из эксплуатации территорию хвостохранилища площадью 0,345 км2; - покрытие битумной эмульсией выведенной из эксплуатации территории площадью 0,345 км2 и площади вновь образованной пляжной зоны; - работы по расчистке вторичного отстойника позволило увеличить объем отстойника и улучшить качество сточных вод отводимых в реке Белая. Так же на предприятии производится ежегодные рекультивационные работы по закреплению откосов и пляжей дамб хвостохранилища: - механическая обсыпка грунтом дамбы №1; - засев откосов дамбы №1, 8 и 12 волосенцом песчаным; - нанесение лигносульфоната (на дамбы №1, 4, 8, 12,) и битумной эмульсии (на пляжи, дамбы обвалования и откосы) [49,53,54]. 94 2.2 Пыление намывного массива АНОФ-2 Хвостохранилище АНОФ-2 оказывает значительную техногенную нагрузку на все компоненты природной среды и здоровье населения прилегающих территорий. Основным источником негативного воздействия хвостохранилища АНОФ-2 на природную среду является пыление открытых пляжей и бортов дамбы намывного массива. На рисунке 2.6 представлен атмохимический ореол загрязнения пылью хвостов, распространение которого происходит в направлении селитебной территории города Апатиты. Рисунок 2.6 - Атмохимический ореол загрязнения пылью с хвостохранилища, направляющийся в сторону города Апатиты Пыление техногенных массивов является одним из основных источников загрязнения атмосферного воздуха взвешенными веществами на предприятиях минерально-сырьевого комплекса. Около 30 % всех взвешенных веществ на предприятиях горнодобывающей и горно-перерабатывающей отраслей промышленности поступают в приземную атмосферу в результате ветрового пыления открытых пляжей и бортов дамб намывных техногенных массивов. Ветровое пыление намывных техногенных массивов - это сложный процесс, динамика которого зависит от многих факторов: рельеф местности, температура и 95 влажность воздуха, скорость и направление ветра, влажность и гранулометрический состав породы, высота техногенного массива. Регулирование процесса пылеобразования при формировании намывных техногенных массивов является сложной и дорогостоящей задачей, особенно в периоды НМУ. В этой связи особую актуальность приобретает разработка и внедрение средозащитных мероприятий, позволяющих на длительный период эффективно снизить антропогенную нагрузку намывных техногенных массивов на атмосферный воздух, осуществляя оперативный контроль состояния окружающей природной среды в районах размещения хранилищ отходов обогащения полезных ископаемых [55,56]. 2.2.1 Характеристика хвостов обогащения АНОФ-2 Для снижения техногенной нагрузки на территории воздействия хвостохранилища АНОФ-2 и регулирования процесса пылеуноса с поверхности намывного массива необходимо определить параметры отвальных хвостов, влияющие на интенсивность процесса пылеобразования: влажность материала на поверхности хвостохранилища, гранулометрический и химический составы хвостов обогащения. Одним из основных параметров отвальных хвостов АНОФ-2, влияющих на интенсивность процесса пылеобразования, является крупность материала. В зависимости от гранулометрического состава хвостов обогащения частицы пыли обладают различными свойствами. Так, например, при одинаковых метеорологических параметрах с уменьшением диаметра частицы увеличивается ее удельная поверхность, и снижается скорость ее осаждения, что приводит к увеличению интенсивности рассеивания и дальности переноса частиц в приземной атмосфере. Также с уменьшением размера частиц пыли их динамика становится все более характерной для динамики газов, то есть они практически не подвержены сухому гравитационному осаждению вымыванию атмосферными осадками, что увеличивает время их пребывания в приземной атмосфере. Таким образом, в неподвижной дисперсной среде частицы пыли с размером более 96 10 мкм осаждаются с возрастающей скоростью, от 10 мкм до 0,25 мкм - с постоянной скоростью, а менее 0,25 мкм - практически не осаждаются [57,58]. Для определения гранулометрического состава отвальных хвостов АНОФ-2 были отобраны пробы пульпы, поступающей на хвостохранилище, а также пробы отвальных хвостов с поверхности пляжа, прошедшего предварительную усадку (намыв завершен месяц назад), и с глубины 20 см и 40 см. Пробы отбирались именно с того пляжа хвостохранилища АНОФ-2, намыв которого завершился месяц назад, потому что руководством ОАО «Апатит» принято решение, что пляжи, не прошедшие предварительную усадку в течение 1 месяца не являются интенсивным источником пылевыделения, так как влажность поверхностного слоя отвальных хвостов в этот период еще достаточно высока. Анализ гранулометрического состава отобранных проб пульпы и отвальных хвостов АНОФ-2 проводился в отделе аналитических исследований Центра коллективного пользования Горного университета на лазерном анализаторе распределения размеров частиц Horiba LA-950. Принцип работы данного прибора основан на рассеивании и детектировании отраженного лазерного света, красного и синего спектров (650 нм и 405 нм соответственно). Прибор работает в широком диапазоне обнаружения (определение размеров частиц от 10 нм до 3 мм) и дает погрешность измерения в среднем не более 0,6 %. Высокая точность измерений в основном достигает способностью тонкодисперсных частиц рассеивать свет от светодиодов на большие углы, запись сигналов которых осуществляется 4-ех канальными детекторами с увеличенной чувствительностью и высокой частотой, которая составляет 5000 измерений в секунду. Анализ проб проводился в соответствии с международным стандартом ISO 13320-1:1999 «Гранулометрический анализ. Методы лазерной дифракции». На рисунках 2.7-2.10 представлены графические результаты проведенных анализов гранулометрического состава пульпы и отвальных хвостов АНОФ-2. 97 Рисунок 2.7 - Гранулометрический состав пульпы, поступающей на хвостохранилище АНОФ-2 Рисунок 2.8 - Гранулометрический состав отвальных хвостов с поверхности устоявшегося пляжа хвостохранилища АНОФ-2 98 Рисунок 2.9 - Гранулометрический состав отвальных хвостов с глубины 20 см устоявшегося пляжа хвостохранилища АНОФ-2 Рисунок 2.10 - Гранулометрический состав отвальных хвостов с глубины 40 см устоявшегося пляжа хвостохранилища АНОФ-2 99 В таблице 2.10 представлены сводные результаты проведенных анализов гранулометрического состава пульпы и отвальных хвостов АНОФ-2. Таблица 2.10 - Гранулометрический состав пульпы и отвальных хвостов АНОФ-2 Определяемый параметр Средневзвешенная крупность частиц, мкм d10 (крупность частиц, количество которых вместе с частицами меньшей крупности составляет 10 %), мкм d50 (крупность частиц, количество которых вместе с частицами меньшей крупности составляет 50 %), мкм d90 (крупность частиц, количество которых вместе с частицами меньшей крупности составляет 90 %), мкм Относительная погрешность измерения, % Пульпа Отвальные хвосты с поверхности намывного пляжа Отвальные хвосты с глубины 20 см намывного пляжа Отвальные хвосты с глубины 40 см намывного пляжа 101,750 44,299 80,728 185,279 6,983 11,934 8,564 50,511 67,178 36,621 46,948 160,317 259,827 82,951 211,099 357,506 0,6 0,6 0,6 0,6 Как видно из таблицы 2.10, распределение частиц отвальных хвостов по крупности в теле пляжа хвостохранилища АНОФ-2 происходит под действием силы тяжести, то есть более крупные частицы переходят в нижний слой прошедшего предварительную усадку пляжа, а тонкодисперсные частицы остаются в поверхностном слое [59]. На рисунке 2.11 представлен график распределения отвальных хвостов АНОФ-2 по крупности в теле пляжа хвостохранилища, прошедшего предварительную усадку в течение месяца, до глубины 40 см. Такое распределение частиц хвостов обогащения по крупности способствует более интенсивному высыханию поверхностного слоя пляжа намывного массива АНОФ-2. В соответствии с натурными наблюдениями, проводимыми автором, период высыхания поверхностного слоя свеженамытого пляжа хвостохранилища АНОФ-2 в летние месяцы, при температуре воздуха 100 приблизительно 200С, безоблачной атмосфере и скорости ветра не более 8 м/с, составляет 8-10 дней. Рисунок 2.11 - Распределение крупности отвальных хвостов хвостохранилища АНОФ-2 по глубине Таким образом, на поверхности пляжных зон намывного массива АНОФ-2 формируются участки тонкодисперсных песков со средневзвешенной крупностью менее 50 мкм, которые в результате ветровой эрозии легко сдуваются с поверхности намывного массива и переносятся на десятки километров. Согласно натурным наблюдениям, начальная скорость ветра, при которой начинается пыление тонкодисперсных фракций отвальных хвостов, составляет приблизительно 3-5 м/с [60]. Еще одним важным параметром отвальных хвостов АНОФ-2, влияющим на интенсификацию процесса пылеобразования, является влажность материала. При высокой влажности складируемого материала пыление практически не происходит, однако по мере высыхания хвостов обогащения существенно снижается начальная скорость ветра, при которой начинается пыление открытых пляжей и бортов дамбы хвостохранилища, а, следовательно, увеличивается интенсивность процесса пылеобразования. Относительная влажность отобранных проб хвостов обогащения, заскладированных в хвостохранилище АНОФ-2, и пульпы определялась в процессе пробоподготовки к анализу гранулометрического состава. В ходе 101 пробоподготовки все пробы прошли предварительную сушку в муфельной печи LVT 15/11/B180, после чего по разности масс до и после сушки была определена относительная влажность проб. Определение относительной влажности проб отвальных хвостов, отобранных с прошедшего предварительную усадку свеженамытого пляжа, и пульпы проводилось в соответствии с ГОСТ 5180-84 «Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик». В таблице 2.11 представлены сводные результаты определения относительной влажности отвальных хвостов и пульпы АНОФ-2. Таблица 2.11 - Относительная влажность отвальных хвостов и пульпы АНОФ-2 Проба Пульпа Отвальные хвосты с поверхности намывного пляжа Отвальные хвосты с глубины 20 см намывного пляжа Отвальные хвосты с глубины 40 см намывного пляжа Относительная влажность 68 % 5% 21 % 34 % Как видно из таблицы 2.11, высыхание свеженамытого пляжа АНОФ-2 по глубине происходит неравномерно. Тонкодисперсная фракция хвостов, сконцентрированная на поверхности пляжа и подверженная воздействию солнечного света и ветра, высыхает за достаточно короткий период времени (согласно натурным наблюдениям автора период полного высыхания составляет 8-10 дней), в то время как нижний слой свеженамытого пляжа, в котором сконцентрированы более крупные фракции хвостов, даже спустя период предварительной усадки остается влагонасыщенным. При этом несущая способность такого пляжа остается достаточно низкой и недостаточной для движения по нему тяжелой техники, осуществляющей обработку пылящего пляжа хвостохранилища битумной эмульсией [61]. Хвосты обогащения, поступающие в хвостохранилище АНОФ-2, являются отходом функционирования обогатительной фабрики, а, следовательно, еще одним важным параметром отвальных хвостов является их класс опасности. Расчёт класса опасности хвостов обогатительной фабрики АНОФ-2 выполнен в соответствии с критериями отнесения опасных отходов к классу 102 опасности для окружающей природной среды с использованием программы научно-производственного предприятия «ЛОГУС» - «Определение класса опасности отходов. Справочник отходов», рекомендованной Министерством природных ресурсов Российской Федерации и сертифицированной в «Системе добровольной сертификации объектов ресурсопользования в России». Химический состав отвальных хвостов обогатительной фабрики АНОФ-2, необходимый для расчета их класса опасности, был определен в лаборатории Моделирования экологической обстановки Горного университета на рентгенофлуоресцентном спектрометре ARL 9900 WorkStation. Данный прибор позволяет осуществлять полный количественный, полуколичественный, качественный и фазовый анализ металлов, руд, огнеупоров, стекла и геологических материалов. Пробы отвальных хвостов анализировались методом бесстандартного полуколичественного анализа. Методика измерений в таком случае не требуется, а относительная погрешность не превышает 10-15 %. В таблице 2.12 представлены сводные результаты анализа химического состава отвальных хвостов, поступающих в хвостохранилище АНОФ-2. Таблица 2.12 - Химический состав отвальных хвостов АНОФ-2 Наименование Триоксид алюминия Пентоксид фосфора Оксид кремния Оксид титана Триоксид железа Оксид железа Оксид кальция Оксид стронция Оксид магния Оксид марганца Оксид натрия Оксид калия Фтор Прочие примеси Химическая формула Al2O3 P2O5 SiO2 TiO2 Fe2O3 FeO CaO SrO MgO MnO Na2O K2O F2 Содержание, % 21,41 2,27 41,4 2,63 4,58 2,53 5,81 0,22 1,09 0,17 10,23 5,81 0,28 1,57 103 На основании проведенного расчета класса опасности отвальных хвостов АНОФ-2 общий показатель степени опасности отхода для окружающей среды (К) равен 4,623, то есть К < 10. Таким образом, хвосты обогащения АНОФ-2 соответствуют V классу опасности. Полученный расчётным путём класс опасности хвостов АНОФ-2 подтвержден результатами биологического тестирования водной вытяжки отходов обогащения в лаборатории Моделирования экологической обстановки Горного университета при помощи универсального комплекса биотестирования. Таким образом, отвальные хвосты, заскладированные в намывном массиве АНОФ-2, можно отнести к V классу опасности - практически неопасные отходы, а взвешенные вещества, поступающие в атмосферный воздух региона в результате пыления открытых пляжей и бортов дамбы хвостохранилища, являются пылью неорганической с содержанием SiO2 от 70 до 20 % и крупностью до 100 мкм, относящейся к III классу опасности [4,62]. 2.2.2 Мониторинг атмосферного воздуха в районе расположения хвостохранилища АНОФ-2 В период с 2011 по 2014 годы автором было проведено 4 выезда на производственные объекты ОАО «Апатит», в ходе которых был выполнен комплекс мероприятий по оценке состояния компонентов природной среды, позволивших с достаточной степенью точности оценить экологическую ситуацию на территории воздействия хвостового хозяйства АНОФ-2. За указанный период автором были произведены: - изучение инженерно-экологической обстановки на территории хвостового хозяйства АНОФ-2; - анализ запылённости атмосферного воздуха на территории хвостохранилища АНОФ-2, на границе СЗЗ производственного объекта и в городе Апатиты при различных метеорологических условиях; - отбор проб отвальных хвостов и пульпы АНОФ-2. Натурные наблюдения, проведенные на территории хвостового хозяйства АНОФ-2, показали, что фактически пыление открытых намывных пляжей и 104 бортов дамбы хвостохранилища АНОФ-2 возможно только на тех участках, на которых не производится намыв хвостов и не проведена рекультивация. На участках активного намыва пляжная зона находится в сильно увлажненном состоянии, что исключает возможность пылеобразования на этой территории до тех пор, пока не произойдет высыхание поверхностного слоя свеженамытого пляжа, в котором сконцентрированы тонкодисперсные фракции отвальных хвостов. На участках намывных пляжей и бортов дамбы хвостохранилища, на которых проведена рекультивация, пылеобразование практически отсутствует или выражено менее интенсивно, чем на территориях, на которых рекультивация не проведена. Интенсивность пылеобразования на этих участках увеличивается, если рекультивация проведена не в полной мере или нарушена целостность битумной пленки, образующейся на поверхности намывного пляжа в результате проведения природоохранных мероприятий. Кроме этого пыление практически отсутствует в период года с устойчивым снежным покровом и в дни «теплого» периода года с интенсивными атмосферными осадками. С учетом всех условий, при которых происходит снижение интенсивности процесса пылеобразования, средняя площадь пылящих поверхностей хвостохранилища АНОФ-2, как правило, не превышает 18-20 га [63]. Анализ запыленности атмосферного воздуха в зоне воздействия намывного техногенного массива АНОФ-2 проводился в «теплые» периоды года (майсентябрь) без атмосферных осадков при различных метеорологических условиях. Посты мониторинга атмосферного воздуха располагались непосредственно на территории хвостохранилища, на границе СЗЗ производственного объекта и на селитебной территории города Апатиты в соответствии с основными направлениями розы ветров, построенной по средним многолетним наблюдениям. На рисунке 2.12 представлена схема расположения постов мониторинга атмосферного воздуха, разработанная автором в соответствии с ГОСТ 17.2.3.01-86 «Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населенных 105 пунктов» для анализа запыленности атмосферного воздуха на территории воздействия хвостового хозяйства АНОФ-2 [64]. 10000 8000 6000 4000 2000 1:200000 0 2000 4000 6000 8000 Рисунок 2.12 - Схема расположения постов мониторинга атмосферного воздуха на территории воздействия хвостового хозяйства АНОФ-2 Сеть постов мониторинга составлена с учетом природной и технической защищенности намывного массива (основные направления среднегодовой розы ветров, значительные повышения и понижения рельефа, высокая концентрация застройки, средозащитные мероприятия), что позволяет наиболее точно выявить закономерности миграции атмохимического ореола загрязнения приземной атмосферы пылью хвостов и построить картографическую модель. Красными точками на рисунке 2.11 отмечены посты мониторинга атмосферного воздуха, в которых проводились замеры концентрации неорганической пыли с содержанием SiO2 от 70 до 20 %, а зелеными точками отмечены стационарные посты ФГБУ «Мурманское УГМС». 106 Измерение концентрации взвешенных веществ в приземной атмосфере проводилось по специально разработанной для данного научного исследования программе мониторинга атмосферного воздуха. Разработанная программа мониторинга направлена на выявление территорий с максимальной приземной концентрацией неорганической пыли с содержанием SiO2 от 70 до 20 % в атмосферном воздухе при различных метеорологических условиях. Замеры концентрации взвешенных веществ проводились не со строгой периодичностью, а по мере наступления требуемых метеорологических условий и только на тех постах мониторинга, которые соответствуют действительному направлению воздушного потока. Все замеры запыленности приземной атмосферы проводились на высоте 1,5-2 метра от поверхности земли. Измерение запылённости приземной атмосферы проводилось при помощи портативных пылемеров DustTrak TSI-8533. В данном анализаторе пыли реализован принцип фотометрического измерения массовой концентрации аэрозоля с оптическим оптоэлектронной системе, детектированием что определяет отдельных частиц возможность в единой единовременного определения массовой концентрации взвешенных веществ фракций -1 мкм, -2,5 мкм, -4 мкм и -10 мкм. Измерение взвешенных веществ осуществляется в широком динамическом диапазоне концентраций (0,01-150 мг/м3), а относительная погрешность измерения не превышает 20 % [65]. Для определения скорости воздушного потока, атмосферного давления, температуры и относительной влажности воздуха использовался анализатор метеорологических параметров МЭС-200. За все время натурных наблюдений скорость ветра изменялась от 2-3 м/с до 16 м/с (с порывами до 25 м/с), а повторяемость его направлений, в среднем, соответствовала розе ветров для данного региона. Такой широкий диапазон изменения интенсивности и направления ветровой нагрузки и большой объем проведенных измерений позволили получить достоверные данные о запылённости приземной атмосферы на территории воздействия намывного техногенного массива АНОФ-2 при различных метеорологических условиях и с 107 высокой степенью точности утверждать о существенной техногенной нагрузке, оказываемой хвостохранилищем АНОФ-2 на атмосферный воздух региона. За весь период натурных наблюдений за состоянием приземной атмосферы температура воздуха варьировалась в диапазоне от +50С до +280С, влажность воздуха не превышала 65 %, а атмосферное давление соответствовало норме [66]. В таблице 2.13 представлены усредненные концентрации неорганической пыли с содержанием SiO2 от 70 до 20 % в приземной атмосфере для каждого поста мониторинга при различных скоростях ветра. Направление воздушного потока, при котором на определенном посту мониторинга наблюдается указанная в таблице концентрация, соответствует направлению данного поста относительно намывного массива АНОФ-2, то есть выполняются наиболее неблагоприятные метеорологические условия для данного поста мониторинга. Таблица 2.13 - Усредненные концентрации пыли хвостов в приземной атмосфере для каждого поста мониторинга при различных скоростях ветра № поста мониторинга атмосферного воздуха 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Концентрация пыли хвостов в приземной атмосфере, мг/м3 скорость ветра до 5 м/с 5,1 5,1 5,3 5,3 5,2 5,1 0,8 0,7 0,7 0,8 0,6 0,7 0,5 0,4 0,5 0,5 0,1 0,1 0,1 скорость ветра до 8 м/с 9,2 9,3 9,5 9,4 8,9 9,0 1,5 1,9 1,6 1,5 1,8 1,6 1,5 1,3 1,2 1,0 0,2 0,3 0,2 скорость ветра до 15 м/с 18,1 18,3 18,2 18,3 18,5 18,2 8,3 8,7 8,5 8,7 8,7 8,7 6,5 6,2 6,3 6,1 2,3 2,1 2,1 скорость ветра выше 15 м/с 25,9 25,7 25,9 26,3 25,9 26,1 15,7 15,6 15,6 15,9 16,2 15,9 13,2 13,5 13,1 13,1 5,1 5,7 5,3 108 Продолжение таблицы 2.13 № поста мониторинга атмосферного воздуха 20 21 22 23 24 25 26 27 Концентрация пыли хвостов в приземной атмосфере, мг/м3 скорость ветра до 5 м/с 0,1 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 0,3 0,4 0,4 скорость ветра до 8 м/с 0,2 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 0,9 0,9 0,8 скорость ветра до 15 м/с 2,2 0,2 0,2 0,1 0,2 5,1 5,0 5,0 скорость ветра выше 15 м/с 5,4 0,5 0,7 0,6 0,4 11,9 11,9 12,1 Представленные в таблице 2.13 результаты сопоставлялись с данными о состоянии приземной атмосферы, полученными со стационарных постов ФГБУ «Мурманское УГМС», расположенных на территории города Апатиты. Расхождения значений концентрации взвешенных веществ в приземной атмосфере города Апатиты не превышает 20 %, что соответствует относительной погрешности измерения пылемера DustTrak TSI-8533. Таким образом, результаты натурных наблюдений можно считать достоверными [67]. Для графического отображения закономерностей миграции атмохимического ореола загрязнения пылью хвостов был выполнен расчет полного рассеивания неорганической пыли с содержанием SiO2 от 70 до 20 % крупностью менее 100 мкм в приземном слое атмосферы. Расчет выполнялся для различных метеорологических условий: - низкая ветровая нагрузка, при которой скорость ветра не превышает 5 м/с; - нормальные метеорологические условия, при которых скорость ветра не превышает 10 м/с; - неблагоприятные метеорологические условия, при которых скорость ветра превышает 15 м/с; Расчет проводился с использованием унифицированной программы расчета загрязнения атмосферы (УПРЗА) "Эколог" (версия 3.0). Для расчета были использованы следующие исходные данные: - метеорологические характеристики района расположения АНОФ-2; 109 - показатели фонового загрязнения атмосферы для данного региона; - параметры источника выбросов загрязняющих веществ (использовались данные натурных наблюдений запыленности приземной атмосферы на территории намывного массива АНОФ-2); - ситуационный план района расположения объекта [38,47,68]. Ситуационный план района расположения намывного техногенного массива АНОФ-2 был получен путем графической оцифровки основных производственных и географических объектов, в качестве топографической основы для которой использовался космоснимок данной территории. Космоснимок был загружен из электронного ресурса Bing Maps - Bird’s Eye N и представлен на рисунке 2.13. 10000 8000 6000 4000 2000 1:200000 0 2000 4000 6000 8000 Рисунок 2.13 - Космоснимок территории расположения АНОФ-2 Графические результаты расчета полного рассеивания неорганической пыли хвостов в приземной атмосфере для различных метеорологических условий, с 110 использованием программного продукта УПРЗА "Эколог" (версия 3.0), представлены на рисунках 2.14-2.16. 10000 8000 6000 4000 2000 1:200000 0 2000 4000 6000 8000 Рисунок 2.14 - Полное рассеивание пыли хвостов при низкой ветровой нагрузке Графический результат расчета полного рассеивания неорганической пыли хвостов в приземной атмосфере представляет собой ситуационный план производственного объекта с нанесенными на него изолиниями, построенными по коэффициентам контрастности. Коэффициент контрастности (Kk) - это коэффициент, характеризующий уровень загрязнения приземной атмосферы каким-либо загрязняющим веществом, который определяется по формуле: C K , где k ПДК (2.2) C - концентрация загрязняющего вещества в приземной атмосфере, мг/м3; ПДК - предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества, установленная в законодательном порядке в соответствии с санитарногигиеническими нормативами. 111 10000 8000 6000 4000 2000 1:200000 0 2000 4000 6000 8000 Рисунок 2.15 - Полное рассеивание пыли хвостов при нормальных метеоусловиях Анализ результатов расчета полного рассеивания неорганической пыли с содержанием SiO2 от 70 до 20 % крупностью менее 100 мкм в приземной атмосфере региона показал, что в условиях эксплуатации хвостохранилища АНОФ-2 по проектной схеме при низкой ветровой нагрузке приземная концентрация взвешенных веществ на границе СЗЗ превышает максимальноразовую предельно допустимую концентрацию (ПДКм.р.) в 1,5-2,0 раза. На территории города Апатиты концентрация неорганической пыли хвостов не превышает ПДКм.р. (превышение наблюдается только на северо-западной границе города Апатиты в 1,2 раза), но приближается к ее значению, что соответствует требованиям гигиенического норматива ГН 2.1.6.695-98, регламентирующему предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населённых пунктов. При нормальных метеорологических условиях концентрация пыли хвостов на границе СЗЗ превышает ПДКм.р. в 3,5-5,0 раз, а на селитебной территории города Апатиты наблюдается превышение в 1,5-2,5 раза. 112 10000 8000 6000 4000 2000 1:200000 0 2000 4000 6000 8000 Рисунок 2.16 - Полное рассеивание пыли хвостов при НМУ В случае реализации на территории хвостового хозяйства АНОФ-2 неблагоприятных метеорологических условий интенсивность пыления открытых намывных пляжей и бортов дамбы хвостохранилища возрастает почти в 6 раз относительно периода с нормальными метеорологическими условиями и составляет примерно 195,7 г/с. При этом концентрация взвешенных веществ на границе СЗЗ превышает ПДКм.р. в 10-15 раз, а на селитебной территории города Апатиты превышение достигает 7,5 раз. В соответствии с гигиеническим нормативом ГН 2.1.6.1338-03, регламентирующим предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населённых пунктов, ПДКм.р. для неорганической пыли с содержанием SiO2 от 70 до 20 % составляет 0,5 мг/м3 [69,70]. Полученные расчетным путем в УПРЗА «Эколог» концентрации взвешенных веществ в приземной атмосфере незначительно отличаются от полученных экспериментальным путем в ходе натурных наблюдений. Это 113 является следствием того, что программный продукт «Эколог» при расчете полного рассеивания неорганической пыли в атмосферном воздухе не учитывает рельеф местности и не в полной мере учитывает розу ветров, тем самым пренебрегая природной защищенностью намывного массива [71,72]. В этой связи на основании данных натурных наблюдений со всех постов мониторинга атмосферного воздуха были построены картографические модели распространения атмохимического ореола загрязнения пылью хвостов с учетом метеорологических параметров, рельефа местности и технической защищенности хранилища отходов обогащения. Картографические модели создавались в программном продукте MapInfo Professional 10.0. В качестве топографической основы был взят космоснимок изучаемой территории, представленный на рисунке 2.13. Первоначально была создана трехмерная модель рельефа территории расположения намывного массива АНОФ-2. Для построения модели рельефа в первую очередь необходимо было перевести топографическую карту рельефа, принятую за топографическую основу, из растровой формы в векторную. Для этого была произведена графическая оцифровка горизонталей с абсолютными отметками от 80 до 1210 м над уровнем моря на основе топографической карты рельефа данного района, полученной из электронной библиотеки Google ландшафт. Графическая оцифровка производилась по каждой горизонтали (высота сечения рельефа - 10 м) с шагом 100±10 м в масштабе карты для получения сетки высотных отметок, максимально точно повторяющей контуры горизонталей на топографической карте рельефа [73,74]. На рисунке 2.17 представлена карта горизонталей, отражающая рельеф территории расположения хвостового хозяйства АНОФ-2, переведенная из растровой формы в векторную в результате графической оцифровки топографической карты рельефа, принятой за основу. После того, как топографическая карта рельефа была переведена в векторную форму, каждой точке было присвоено значение абсолютной отметки над уровнем моря, соответствующее данной точке. На основании этих данных 114 средствами программного продукта MapInfo Professional 10.0 была построена модель рельефа территории расположения хвостового хозяйства АНОФ-2. Для более детального представления и визуализации всех форм рельефа, отражающих природную защищенность намывного массива, модель рельефа поверхности была построена в трехмерной проекции. 10000 1:200000 8000 6000 4000 2000 0 2000 4000 6000 8000 Рисунок 2.17 - Карта горизонталей, отражающая рельеф территории расположения намывного массива АНОФ-2, переведенная в векторную форму На рисунке 2.18 представлена трехмерная модель рельефа территории расположения средствами намывного программного техногенного продукта массива MapInfo АНОФ-2, Professional построенная 10.0, наиболее достоверно отражающая природную защищенность хвостохранилища [75]. Под природной защищенностью намывного массива в данном конкретном случае понимается формирование разряжений (ветровых теней) на значительной 115 территории хвостового хозяйства. Формирование разряжений способствует уменьшению дальности переноса взвешенных веществ в приземной атмосфере и концентрированию неорганической пыли в зоне формирования ветровых теней (предгорья и подножие дамбы хвостохранилища) при определенных метеорологических условиях, и, наоборот, увеличению дальности переноса взвешенных веществ в периоды НМУ. 10000 8000 6000 4000 2000 1:200000 0 2000 4000 6000 8000 Рисунок 2.18 - трехмерная модель рельефа территории расположения хвостового хозяйства АНОФ-2, построенная средствами MapInfo Professional 10.0. Построение картографических моделей распространения атмохимического ореола загрязнения пылью хвостов при различных метеорологических условиях по данным натурных наблюдений осуществлялось с использованием математических возможностей программного продукта MapInfo Professional 10.0, в частности метода интерполяции TIN (Triangulated Irregular Network). TIN интерполяция - нерегулярная триангуляционная сеть, представленная системой неперекрывающихся треугольников. Вершинами треугольников являются посты мониторинга атмосферного воздуха с заданными значениями коэффициентов контрастности. Для получения модели поверхности необходимо соединить пары точек ребрами (триангуляция Делоне). Построенная поверхность, 116 в таком случае, представляет собой многогранную сглаженную поверхность, каждая грань которой описывается полиномиальной поверхностью. Основным преимуществом модели, построенной при помощи TIN интерполяциии, является отсутствие преобразования исходных данных. Чтобы дать комплексную оценку уровню негативного воздействия намывного массива АНОФ-2 на атмосферный воздух с учетом метеорологических параметров, природной и технической защищенности хвостохранилища были построены 3 картографические модели для условий с низкой ветровой нагрузкой, для нормальных метеорологических условий и для неблагоприятных метеорологических условий. Для более детального представления и визуализации закономерностей миграции атмохимического ореола загрязнения неорганической пылью с содержание SiO2 от 70 до 20 % картографические модели были построены в трехмерной проекции [76,77]. На рисунках 2.19-2.21 представлены картографические модели распространения атмохимического ореола загрязнения пылью хвостов с учетом природной и технической защищенности объекта для условий с низкой ветровой нагрузкой, для нормальных метеорологических условий и для неблагоприятных метеорологических услови й соответственно. 10000 8000 6000 4000 2000 1:200000 0 2000 4000 6000 8000 Рисунок 2.19 - Картографическая модель распространения атмохимического ореола загрязнения пылью хвостов для низкой ветровой нагрузки 117 10000 8000 6000 4000 2000 1:200000 0 2000 4000 6000 8000 Рисунок 2.20 - Картографическая модель распространения атмохимического ореола загрязнения пылью хвостов для нормальных метеорологических условий 10000 8000 6000 4000 2000 1:200000 0 2000 4000 6000 8000 Рисунок 2.21 - Картографическая модель распространения атмохимического ореола загрязнения пылью хвостов для неблагоприятных метеоусловий Созданные средствами программного продукта MapInfo Professional 10.0 картографические модели, отражающие закономерности миграции атмохимического ореола загрязнения неорганической пылью с содержанием SiO2 118 от 70 до 20 %, представляют собой максимально приближенную к реальным условиям модель распространения загрязнения атмосферного воздуха намывным массивом АНОФ-2. При построении картографических моделей учитывались все основные параметры, влияющие на интенсивность пыления открытых пляжей и бортов дамбы хвостохранилища: крупность и влажность хвостов на поверхности намывного массива, скорость и направление ветра, температура и влажность воздуха, атмосферное давление, природная (рельеф местности) и техническая (природоохранные мероприятия) защищенность производственного объекта [78]. Таким образом, исходя из результатов натурных наблюдений и картографического моделирования, с достаточной степенью точности можно говорить о значительной техногенной нагрузке, оказываемой намывным техногенным массивом АНОФ-2 на атмосферный воздух и окружающую природную среду района расположения АНОФ-2. Даже при низкой ветровой нагрузке происходит пыление открытых пляжей и бортов дамбы намывного массива, при этом концентрация взвешенных веществ в приземной атмосфере на границе СЗЗ превышается в 1,5-2 раза, а на селитебной территории города Апатиты концентрация неорганической пыли близка к значению ПДКм.р.. При увеличении ветровой нагрузки интенсивность пылеуноса с территории хвостохранилища возрастает, а, следовательно, существенно возрастает концентрация пыли хвостов на территории города Апатиты. До настоящего времени не разработано рациональных технологий, позволяющих на длительный период эффективно снизить антропогенную нагрузку намывных техногенных массивов на атмосферный воздух, осуществляя оперативный контроль состояния компонентов окружающей природной среды, что обусловливает актуальность разработки и внедрения на производственных объектах ОАО «Апатит» стратегии управления экологической безопасностью намывных техногенных массивов в процессе их формирования [79]. Все натурные и лабораторные исследования, а также картографическое моделирование экологической обстановки проводились с использованием оборудования и программного обеспечения научно-образовательного центра 119 коллективного пользования коллективного пользования» высокотехнологичным (ЦКП), созданного оборудованием на базе «Центр ФГБОУ ВПО «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный». Выводы ко второй главе 1. Намывной массив АНОФ-2 оказывает интенсивное негативное воздействие на все компоненты природной среды, однако наиболее существенную техногенную нагрузку оказывает ветровое пыление намывных пляжей и дамбы хвостохранилища на приземный слой атмосферы, что подтверждается натурными наблюдениями и, в свою очередь, приводит к ухудшению показателей здоровья населения городов Апатиты и Кировск. 2. Лабораторные исследования характеристик отвальных хвостов показали, что основной причиной интенсивного пыления открытых пляжей является концентрирование в поверхностном слое намывных пляжей тонкодисперсных фракций хвостов, которые быстро высыхают под действием солнца и ветра и легко переходят во взвешенное состояние даже при низкой интенсивности ветра. 3. Расчет полного рассеивания неорганической пыли с содержание SiO2 от 70 до 20 % в УПРЗА «Эколог» показал, что атмохимический ореол загрязнения пылью хвостов распространяется на десятки километров, и уже при скорости ветра около 8 м/с концентрация взвешенных веществ на селитебной территории города Апатиты превышает ПДКм.р. в 1,5-2,5 раза. 4. Наиболее достоверно графическое представление закономерностей миграции атмохимического ореола загрязнения пылью хвостов с учетом природной и технической защищенности намывного массива отражено на картографических моделях, построенных в программном продукте MapInfo Professional 10.0. 120 ГЛАВА 3 СНИЖЕНИЕ ТЕХНОГЕННОЙ НАГРУЗКИ НАМЫВНЫХ МАССИВОВ ОАО «АПАТИТ» 3.1 Способы пылеподавления на намывных техногенных массивах Для предотвращения ветровой эрозии с поверхности намывных техногенных массивов и снижения техногенной нагрузки хранилищ отходов обогащения на компоненты окружающей природной среды в настоящее время на предприятиях минерально-сырьевого комплекса разработаны и применяются различные способы закрепления пылящих поверхностей. Все способы пылеподавления при эксплуатации намывных техногенных массивов можно классифицировать по 4 категориям: технологические, механические, физико-химические и биологические. На рисунке 3.1 представлена классификация способов снижения пылевыделения с поверхности намывных техногенных массивов К технологическим способам предотвращения процесса пылеобразования относят создание безотходных и малоотходных технологий на горнодобывающих и горно-перерабатывающих предприятиях, в результате чего происходит комплексная переработка сырья, как правило, с использованием отходов горной промышленности в производстве строительных материалов и дорожном строительстве. Данный способ пылеподавления косвенно способствует снижению техногенной нагрузки, оказываемой на компоненты окружающей природной среды техногенными массивами за счет уменьшения объема складируемых в них отходов добычи и переработки полезных ископаемых. К механическим заграждений, способам предотвращающих пылеподавления распространение относятся взвешенных создание веществ в приземном слое атмосферы, и нанесение на пылящие поверхности техногенных массивов сплошного покрытия из непылящего материала. Для долгосрочного закрепления пылящих поверхностей намывных массивов (сроком от одного года до пяти лет) на горнодобывающих и горно-перерабатывающих предприятиях России используются, как правило, щебень, окатыши на основе глин или 121 суглинков и высококонцентрированные глинистые растворы. Минимальная толщина создаваемого покрытия, способного препятствовать пылеуносу с поверхности намывных пляжей хвостохранилищ, составляет примерно 50 мм. При этом высыхание глинистого слоя под действием солнечной радиации приводит к его значительному растрескиванию, а при обильном выпадении осадков происходит вымывание глинистого слоя мощностью более 10 мм. Таким образом, данный способ является достаточно трудоемким, а его эффективность в значительной мере зависит от климатических условий региона, в котором применяются данные способы пылеподавления. Более перспективным в горнодобывающей и горно-перерабатывающей промышленности являются физико-химические способы пылеподавления, включающие в себя гидрообеспыливание и закрепление пылящих поверхностей связующим реагентом с целью создания устойчивого покрытия, способного на длительный период предотвратить пыление техногенных массивов. Гидрообеспыливание - наиболее простой и доступный физический метод, заключающийся в периодическом увлажнении пылящих поверхностей намывных массивов. Его эффективность при оптимальных условиях и небольших площадях достигает 50-60 %. В большинстве случаев вода используется в качестве вспомогательного метода и для локального пылеподавления, так как для гидрообеспыливания всей территории техногенного массива требуются значительные объемы воды и высокие эксплуатационные затраты на ее перемещение. В среднем годовой расход воды, необходимой на обеспыливание 1 га поверхности техногенного массива, составляет более 12 тыс. м3. Недостатком данного способа является невозможность использования гидрообеспыливания в условиях отрицательных среднегодовых температур. Кроме того, при использовании рассматриваемого способа наблюдается водная эрозия техногенных отложений, сопровождающаяся вымыванием полезного компонента и загрязнением грунтовых вод. Обработка пылящих поверхностей связующим или структурообразующим реагентом на сегодняшний день является одним из наиболее надежных и 122 недорогих способов снижения интенсивности пылеуноса с поверхности намывных массивов. В качестве связующего реагента используются растворы неорганических, органических, природных, синтетических полимеров и комбинированных связующих (полиакриламид, латексы, битум и другие). Образованная на поверхности техногенного массива пленка или слой хвостов в связанном состоянии обладают высокой прочностью и устойчивостью к воздействию агрессивных факторов окружающей среды (солнечный свет, атмосферные осадки, температура атмосферного воздуха) [80-83]. Основные достоинства и недостатки связующих реагентов, активно применяющихся на предприятиях минерально-сырьевого комплекса России, представлены в таблице 3.1. Таблица 3.1 - Основные достоинства и недостатки связующих реагентов Вид закрепителя Достоинства (+) и недостатки (-) (+) образование корки высокой прочности; 0,01-0,1 % раствор (+) низкий удельный расход закрепителя; полиакриламида (-) значительная хрупкость образованной корки. (+) простота нанесения; 6 % раствор (+) образуется слой пыли в связном состоянии на срок 7-8 суток; хлористого кальция (-) низкая устойчивость к физическим воздействиям. (+) образование тонкой пленки высокой прочности, препятствующей пылеобразованию в течение 10-12 месяцев; (+) высокая эффективность; 20 % битумная (+) в 1,5 раза дешевле закрепления полимерами; эмульсия (+) высокая устойчивость битумной пленки к отрицательным температурам и кислым атмосферным осадкам; (-) снижение прочности битумной пленки под действием высоких температур и солнечного света. (+) возникновение водородных связей, за счет которых пылевые частицы связываются в укрупненные агрегаты; Латексы (частицы (+) частота обработки 1 раз в год; каучука и (-) обработка сухой поверхности; сыворотка) (-) обработка только в солнечную погоду (температура не менее +150С, влажность не выше 50-60 %). Применение механического и физико-химического закрепления пылящих поверхностей намывных техногенных массивов было исследовано лабораторных и производственных условиях В.И. Васиным и П.Д. Шиловым. в Физико-химические Рисунок 3.1 - Схема расположения производственных цехов ОАО «Апатит» 123 Создание защитного слоя из низших или высших растений Изменение физических свойств пылящей поверхности Стабилизация пылящей поверхности полимерами, органическими и неорганическими веществами Механические Гидрообеспыливание Сплошные покрытия пылящей поверхности непылящим материалом Технологические Создание заграждений Утилизация отходов Безотходная или малоотходная технология обогащения Способы складирования Способы пылеподавления на намывных техногенных массивах Биологические 124 В таблице 3.2 представлена прочность сплошного слоя, сформировавшегося на поверхности намывного техногенного массива в результате применения механических и физико-химических способов пылеподавления. Таблица 3.2 - Прочность слоя, сформировавшегося в результате применения механических и физико-химических способов пылеподавления Технология закрепления намывного техногенного массива Цементация Силикатизация Глинизация Карбонатизация Битумизация Химическое закрепление с использованием латексов Химическое закрепление с использованием полиакриламида Биологические способы Прочность, МПа минимум максимум средняя 0,1 10,0 3,2 0,22 6,6 1,7 0,05 2,2 1,1 0,3 1,5 0,8 0,1 2,5 1,4 0,3 1,9 1,1 0,1 2,3 0,9 пылеподавления связаны с применением материалов, имеющих органическую основу - биогенные способы (дернина, тростниковые маты), а также выращивание травянистых растений - биоценотические способы (озеленение, гидропосев) [84-86]. Как правило, на горнодобывающих и горно-перерабатывающих предприятиях реализуется не один из вышеперечисленных способов, а целый комплекс мероприятий, направленных на снижение интенсивности пыления намывных техногенных массивов. При этом комплекс мероприятий, внедряемый для решения каждой конкретной задачи на предприятии, должен быть обоснован экономическими, экологическими и санитарно-гигиеническими критериями. 3.2 Мероприятия по охране атмосферного воздуха, внедренные на ОАО «Апатит» Для снижения техногенной нагрузки, оказываемой намывными техногенными массивами ОАО «Апатит» на атмосферный воздух на компоненты окружающей природной среды и на селитебную территорию города Апатиты, на предприятии внедрён комплекс природоохранных мероприятий, включающий: 125 - закрепление намывных пляжей хвостохранилища анионной битумной эмульсией; - закрепление бортов дамбы путём посева многолетней травы волосенец песчаный; - орошение внутренних производственных дорог лигносульфанатом. Разработанный комплекс мероприятий, используемый на территории хвостового хозяйства АНОФ-2, обладает достаточно высокой эффективностью (согласно данным отдела охраны природы ОАО «Апатит» эффективность составляет 50-60 %), что способствует снижению пылевой нагрузки на приземный слой атмосферы, однако данной эффективности не достаточно для обеспечения экологической безопасности намывного массива АНОФ-2 в процессе его формирования. С учетом реализуемых на территории намывного массива природоохранных мероприятий, направленных на снижение интенсивности пыления открытых пляжей и бортов дамбы хвостохранилища АНОФ-2, валовый выброс неорганической пыли с содержанием SiO2 от 70 до 20 % на производственном объекте превышается почти в 3 раза (246,57 т/год при установленном ПДВ 86,13 т/год). Приведенные данные валового выброса пыли хвостов получены расчетным путем в отделе охраны природы ОАО «Апатит». При этом эффективность реализуемых на производственном объекте природоохранных мероприятий указана для благоприятных метеорологических условий (скорость ветра не превышает 8-10 м/с). В случае наступления на территории рассматриваемого техногенного массива неблагоприятных метеорологических условий (скорость ветра превышает 12-15 м/с), эффективность данных мероприятий наблюдениям Центра существенно мониторинга снижается. загрязнения Согласно окружающей многолетним среды ГУ «Мурманское УГМС» наступление НМУ в данной климатогеографической зоне наблюдается в среднем 8-10 раз за теплый период года. Существующая сегодня на ОАО «Апатит» технология закрепления пляжной зоны намывного массива анионной битумной эмульсией является основным средозащитным мероприятием и реализуется на 90 % пылящих поверхностей 126 хвостового хозяйства АНОФ-2. Использование битумной эмульсии в качестве связующего реагента хорошо изучено и широко применяется на предприятиях минерально-сырьевого комплекса России, расположенных в высоких широтах. Низкие среднегодовые температуры обеспечивают устойчивость битумной эмульсии на поверхности техногенного массива и не допускают её плавления и распада на опасные легкорастворимые химические вещества. Однако способ, которым осуществляется нанесение битумной эмульсии на пылящие поверхности, в частности техника, осуществляющая закрепление намывных пляжей, не может обеспечить максимальную эффективность использования данной технологии. В настоящее время на предприятии используются прицепные гудронаторы, нанесение битумной эмульсии в которых осуществляется посредством её самоизлива в разогретом виде на поверхность намывного массива через распределительное устройство. В качестве тяговой силы используются тракторы на гусеничном ходу. На рисунке 3.2 представлена техника, осуществляющая закрепление пялящих поверхностей намывных техногенных массивов ОАО «Апатит». Рисунок 3.2 - Закрепление пляжей намывных массивов ОАО «Апатит» 127 У такого способа нанесения битумной эмульсии существует ряд недостатков, основной из которых - это невозможность закрепления намывных пляжей, не прошедших предварительную усадку. В период намыва хвостов пыление пляжной зоны не происходит, так как поверхность хвостохранилища сильно увлажнена. В первую неделю после окончания намыва хвостов на определённой территории поверхность хвостохранилища остаётся сильно увлажнённой, что исключает возможность пылевыделения с данной площади. Руководством ОАО «Апатит» принято решение, что пляжи, не прошедшие предварительную усадку в течение 1 месяца не являются интенсивным источником пылевыделения, так как влажность поверхностного слоя отвальных хвостов в этот период еще достаточно высока. Однако, в силу преобладания песков тонкодисперсной фракции в хвостах АНОФ-2 (таблица 2.10) и их концентрирования в поверхностном слое намытого участка (таблица 2.11), пляжная зона хвостохранилища до глубины 7-10 см в теплый период года высыхает в среднем за одну неделю, в то время как период полной усадки пляжа после его намыва составляет 1-2 месяца. В этот промежуток времени намывные пляжи хвостохранилища на глубине более 20 см остаются сильно увлажнёнными и обладают минимальной несущей способностью, при этом с поверхности пляжной зоны намывного массива уже происходит интенсивное пылевыделение под действием ветровой нагрузки. Общая масса прицепного гудронатора с трактором на гусеничном ходу составляет более 12 тонн, что делает невозможным перемещение данного технологического устройства по свеженамытым пляжам, обладающим низкой несущей способностью. Кроме этого, техника, осуществляющая закрепление намывных пляжей хвостохранилища и техника, которая используется для эксплуатационного обслуживания намывного массива, перемещаясь по уже обработанным битумной эмульсией пляжам, наносят существенные повреждения сформировавшейся на поверхности техногенного массива битумной пленке. Нарушение целостности 128 битумной пленки приводит к снижению её прочности и долговечности, а также увеличивают риск её сдувания в периоды НМУ, увеличивая площадь пылеуноса. Таким образом, способ закрепления пылящих поверхностей намывных техногенных массивов анионной битумной эмульсией идеально подходит для территорий с отрицательными среднегодовыми температурами и показывает высокую эффективность и надежность использования, а вот технология нанесения битумной эмульсии на пылящую поверхность требует значительной доработки для повышения эффективности данного способа пылеподавления [87]. 3.3 Способ селективного закрепления пылящих поверхностей намывных техногенных массивов Проанализировав все недостатки существующей на ОАО «Апатит» технологии закрепления намывных пляжей хвостохранилищ анионной битумной эмульсией и проведя анализ различных технологий пылеподавления, существующих в отечественной и мировой практике [88-99], был разработан способ селективного закрепления открытых пляжей и бортов дамбы намывных техногенных массивов связующим реагентом с использованием мобильного комплекса оперативного пылеподавления на базе судна на воздушной подушке. Мобильный комплекс оперативного пылеподавления, схематическое изображение которого представлено на рисунке 3.3, представляет собой судно на воздушной подушке (СВП) 1, движение которого осуществляется за счёт мощного дизельного двигателя 2 и расположенного сзади винта 3. На палубе СВП смонтирована ёмкость для битумной эмульсии 4 и гудронатор 5, при этом нанесение битумной эмульсии на пылящую поверхность осуществляется при помощи распределительных форсунок 6. Использование на производственных объектах ОАО «Апатит» разработанного способа снижения интенсивности пылеуноса с поверхности намывных техногенных массивов решает 3 основные задачи: - обеспечивает закрепление всей поверхности намывного массива, в том числе тех намывных пляжей, которые не прошли предварительную усадку и 129 обладают слабой несущей способностью, но пылевыделение с поверхности которых уже является значительным; - быстроходность СВП и хорошая проходимость по любой территории дает возможность своевременного реагирования и оперативного пылеподавления в зонах интенсивного пыления независимо от метеорологических условий и состояния поверхности хвостохранилища в момент проведения работ; - отсутствие на СВП колёсной или гусеничной базы даёт возможность данному транспортному средству перемещаться по всей территории намывного массива, не нарушая при этом целостность структуры битумной пленки. Рисунок 3.3 - Конструкционная схема мобильного комплекса оперативного пылеподавления на базе судна на воздушной подушке Для определения основных технических характеристик разработанного способа пылеподавления и выявления возможности его реализации на намывных техногенных массивах ОАО «Апатит» был произведен расчет основных технических параметров. В качестве опытной модели СВП, параметры которой применялись в расчете, была выбрана модель СВП Хивус-10 производства российской судостроительной компании «Аэроход». СВП Хивус-10, представленное на рисунке 3.4, в обычных условиях предназначено для круглогодичной эксплуатации в качестве разъездного, пассажирского, спасательного, туристского, медицинского и грузового транспорта в тех местах, где отсутствуют автомобильные и железнодорожные пути сообщения. К основным особенностям данной модели СВП относятся: 130 - способность двигаться по мелководью, болотам, глубокому снегу, битому льду, вязким и сильно увлажнённым грунтам и преодолевать пологие береговые склоны, промоины и отмели; - высокий уровень безопасности движения за счет повышенной маневренности и устойчивости; - безопасное аварийное торможение на твердом грунте; - малошумный винт. Рисунок 3.4 - Модель СВП Хивус-10 Основные технические характеристики СВП Хивус-10, применяемые в расчете, представлены в таблице 3.3. Таблица 3.3 - Основные технические характеристики СВП Хивус-10 Параметр Водоизмещение полное Водоизмещение порожнее Масса полезной нагрузки Длина габаритная Ширина габаритная (транспортировочная) Высота габаритная Двигатель Мощность двигателя Крейсерская скорость хода по воде Максимальная скорость хода по воде Крейсерская скорость хода по снегу Максимальная скорость хода по снегу Значение 2930 кг 1850 кг 1680 кг (с топливом) 8,25 м 3,08 (2,5) м 2,55 м дизельный IvecoF1C 146 л/с (107,35 кВт) 50 км/час 70 км/час 70 км/час 90 км/час 131 Продолжение таблицы 3.3 Угол преодолеваемого подъема Высота преодолеваемого препятствия Расход топлива (крейсерская скорость) Емкость топливных баков Дальность хода Двигательный комплекс Минимальная эксплуатационная температура Допустимая скорость ветра 16° 0,4 м 0,19 л/(кВт·ч) 120 л до 400 км 6-лопастный винт в кольцевой насадке -40°C 25м/с Недостатком разработанного способа закрепления пылящих поверхностей намывных техногенных массивов битумной эмульсией является значительное аэродинамическое воздействие на обрабатываемую поверхность, создающуюся работой винтов СВП. Чтобы минимизировать взметывание пыли в атмосферный воздух под действием винтов СВП закрепление пылящих поверхностей следует осуществлять через 3-5 дней после окончания намыва очередного участка хвостохранилища, в тот момент, когда поверхность вновь сформированного пляжа уже не находится под слоем воды, но еще значительно увлажнена. В таком случае процесс пылеобразования в ходе обработки пляжей намывного массива анионной битумной эмульсией отсутствует. Аэродинамическое воздействие СВП на уже обработанные пляжи также имеет место за счет турбулентных потоков воздуха, создаваемых винтами СВП, что существенно увеличивает опасность разрушения сформировавшегося защитного слоя битумной эмульсии. Основную опасность создает турбулентный поток воздуха, образующийся под днищем СВП в результате работы подъемных винтов так, как это показано на рисунке 3.5. На представленной схеме видно, что интенсивность воздушного потока, созданного подъемными винтами, значительно снижается в успокоительной камере, и к моменту его выхода из-под юбки СВП на поверхность намывного массива воздушный поток уже не обладает таким деструктивным воздействием на битумную пленку. Для определения прочности образующейся на поверхности намывного массива битумной пленки и определения ее способности противостоять деструктивному аэродинамическому воздействию СВП были проведены 132 испытания прочности пенетрации защитного слоя битумной эмульсии, сформированного на поверхности намывных пляжей техногенного массива АНОФ-2. Серия испытаний, проведенная при помощи пенетрометра на территории рассматриваемого производственного объекта, показала прочность пенетрации битумной пленки 0,2-0,5 МПа, в зависимости от ее возраста и мощности. Такая прочность защитного слоя, при условии целостности структуры битумной пленки, способна противостоять деструктивному аэродинамическому воздействию, создаваемому работой винтов СВП, и обеспечивает надежную защиту намывных пляжей хвостохранилища от интенсивного пыления [82, 85]. Рисунок 3.5 - Схематическая модель направленности турбулентного воздушного потока, создаваемого подъемными винтами СВП Работа движущего винта СВП не оказывает значительного деструктивного воздействия на обработанные связующим реагентом участки, так как поток воздуха направлен по касательной к намывным пляжам техногенного массива. Таким образом, прочность сформированной на поверхности намывного массива битумной пленки достаточно высока, а её сцепление с поверхностью пляжа хвостохранилища способно противостоять деструктивному аэродинамическому воздействию, создаваемому работой винтов СВП. Для улучшения прочностных характеристик и долговечности образующейся на поверхности намывного массива битумной пленки планируется использовать модель гудронатора, осуществляющую нагнетательное нанесение битумной эмульсии с давлением около 10 атмосфер при помощи распределительных форсунок. Гудронатор с форсуночным распределением битумной эмульсии на поверхность намывного массива представлено на рисунке 3.6. 133 Данная модель гудронатора обеспечивает однородность структуры и толщины битумной плёнки при её высыхании, а также меньший расход битумной эмульсии при той же прочности битумной плёнки. Кроме этого, нагнетательное нанесение битумной эмульсии способствует снижению деструктивного аэродинамического воздействия винтов СВП на процесс формирования битумной пленки в ходе закрепления пляжей намывного техногенного массива. В качестве связующего реагента принято решение использовать среднераспадающуюся анионную битумную эмульсию ЭБА-2 (содержание вяжущего с эмульгатором по массе 50-55 %), так как данный класс битумной эмульсии обладает оптимальным сочетанием прочностных и стоимостных характеристик, хорошим сцеплением с минеральными материалами и высокой устойчивостью при перемешивании со смесями минеральных материалов. Для приготовления водных растворов эмульгаторов для анионной битумной эмульсии применяют жидкое стекло по ГОСТ 13078, а в качестве эмульгатора используют ПАВ типа высших органических кислот или солей (мыл). Рисунок 3.6 - Гудронатор с форсуночным распределением битумной эмульсии Ёмкость цистерны на используемой модели гудронатора, предлагаемой к использованию, составляет 1,5 м3. При плотности анионной битумной эмульсии (марка ЭБА-2) 0,8 г/см3 такой объём цистерны оптимален для выбранной модели 134 СВП (общий вес гудронатора с битумной эмульсией составит примерно 1,5 т). Анионная битумная эмульсия разогревается в гудронаторе до 60-70ºС и наносится на поверхность пляжей намывного массива ровным слоем, образуя при высыхании плотную плёнку толщиной 1-2 мм и прочностью до 0,3 МПа. Расход битумной эмульсии (q) в предлагаемой модели гудронатора составляет 1,51,75 л/м2. Подогрев битумной эмульсии производится при помощи двух горелок, работающих на дизельном топливе. Расход топлива составляет 3,5-4 л/час. Распределитель материалов на данной модели гудронатора имеет длину 3,2 метра, на котором расположены 32 распределительные форсунки (на каждые 10 см длины распределителя материалов), обеспечивающие равномерное нанесение битумной эмульсии на поверхность пляжной зоны хвостохранилища. При площади пылящей зоны (Sобщ) намывного техногенного массива АНОФ-2 20 га, общий расход битумной эмульсии (Qo) для единоразового закрепления всей территории составит: Q0 Sобщ q 200000 1,6 320000 л 320 м3 (3.1) За один заход гудронатор обрабатывает полосу пляжа шириной 3,3 м (l). Среднее расстояние от дамбы обвалования до пруда отстойника (l0) на хвостохранилище АНОФ-2 составляет около 150 м. Таким образом, за один заход СВП с гудронатором может обработать площадь (S): S l l0 3,3 150 495 м2 (3.2) При этом расход битумной эмульсии (Q) за 1 заход СВП составит: Q S q 495 1,6 792 л 0,79 м3 (3.3) Таким образом, полной цистерны битумной эмульсии (1,5 м 3) достаточно для обработки около 950 м2 территории намывного массива. Дозаправка СВП битумной эмульсией в таком случае осуществляется в среднем на каждые 240 метров пройденного расстояния, следовательно, для обработки всей пылящей площади намывного массива потребуется 213 дозаправок (n) СВП. Если принять время дозаправки (t0) равным примерно 5 минутам (0,083 часа), то при средней рабочей скорости движения (V) СВП около 4 км/час вся территория 135 хвостохранилища, включая свеженамытые пляжи и дамбу обвалования, может быть обработана за период времени (t): t Q0 (t l ) n t0 320000 (4000 3,3) 213 0,083 49 часов (3.4) В таком случае локальные нарушения битумной плёнки в случае НМУ, составляющие в среднем не более 500-1000 м2, устраняются в течение 7-12 минут без дозаправки битумной эмульсией. Данный факт подтверждает возможность использования разработанного способа закрепления пылящих поверхностей намывных техногенных массивов битумной эмульсией для своевременного реагирования и оперативного устранения очагов пылевыделения в случае наступления на территории хвостового хозяйства АНОФ-2 НМУ. Предлагаемый к внедрению способ закрепления пылящих поверхностей намывных техногенных массивов позволяет создать современное технологическое решение для снижения пылеуноса с поверхности намывных пляжей и бортов дамбы хвостохранилищ и обеспечить эффективное снижение техногенной нагрузки на длительный период. Сформировавшаяся на поверхности намывного массива битумная пленка способна надежно противостоять деструктивному воздействию ветровой нагрузки, то есть практически полностью исключает загрязнение приземного слоя атмосферы неорганической пылью с содержанием SiO2 от 70 до 20 % от данного источника загрязнения. Последующий цикл закрепления осуществляется по мере разрушения битумной пленки, например, при НМУ, а также после окончания намыва очередного участка хвостохранилища и подсыхания поверхностного слоя хвостов на нем до определенной влажности, при которой происходит интенсификация процесса пылеобразования [100, 101]. Реализация предложенного средозащитного мероприятия позволяет значительно снизить пыление намывных пляжей и ограждающей дамбы хвостохранилища, а также даёт возможность своевременного реагирования и оперативного пылеподавления в период наступления НМУ на территории хвостового хозяйства АНОФ-2. 136 Таким образом, разработанный способ пылеподавления, по сравнению с реализуемым сегодня на предприятии, обеспечивает более прочное и долговечное противопылевое покрытие и позволяет существенно снизить время обработки единицы площади намывного техногенного массива, что является наиболее существенным фактором при устранении очагов пылевыделения в период НМУ. На разработанный способ селективного закрепления пылящих поверхностей намывных техногенных массивов авторами (Пашкевич М.А., Стриженок А.В., Смирнов Ю.Д.) подана заявка в Федеральную службу по интеллектуальной собственности «Федеральный институт промышленной собственности (ФИПС) для получения патента на изобретение «Способ закрепления пылящих поверхностей хвостохранилищ и устройство для его осуществления». 3.4 Ранжирование территории намывного массива АНОФ-2 на зоны по степени потенциальной опасности Разработанный способ закрепления пылящих поверхностей намывных техногенных массивов применим как для плановой обработки пылящих поверхностей битумной эмульсией, так и в аварийных ситуациях, например, если в период НМУ на участке намывного массива по какой-либо причине снизилась степень технической защищенности и появляется риск интенсификации процесса пылеобразования с данной территории. Для оптимизации разработанного способа селективного пылеподавления к решению аварийных ситуаций при НМУ было принято решение разбить всю территорию намывного массива АНОФ-2 на зоны селективного пылеподавления по степени потенциальной опасности при определенных метеорологических условиях и состоянии поверхности намывного массива на каждом участке. Такое зонирование позволит при НМУ определить те участки намывного массива, на которых требуется первоочередное внедрение мобильного комплекса оперативного пылеподавления на базе судна на воздушной подушке. Выделенные зоны селективного пылеподавления соответствуют зонам намыва хвостохранилища АНОФ-2. 137 В соответствии со схемой намыва хвостохранилища АНОФ-2 вся территория техногенного массива разделена на 17 зон намыва. Намыв пляжей каждой зоны осуществляется 2 раза в год (как правило, 1 раз в теплый период года и 1 раз в холодный), при этом одновременно производится намыв пляжей в нескольких зонах. Так, одновременно намываются пляжи 1-ой и 3-ей зон; 2-ой, 9ой, 11-ой (по мере необходимости) и 16-ой зон; 4-ой, 5-ой, 6-ой (по мере необходимости) и 7-ой зон;8-ой и 15-ой зон, 10-ой и 12-ой зон; 13-ой и 14-ой зон. Пример схемы намыва пляжей техногенного массива АНОФ-2 на календарный год (2014 год) представлен на рисунке 3.7. Зоны хвостохранилища, намыв которых осуществляется параллельно, выделены одинаковым цветом. Рисунок 3.7 - Схема намыва пляжей хвостохранилища АНОФ-2 (2014 год) 138 Намыв хвостов в зонах 6 и 11 осуществляется только в том случае, когда после намыва пляжей соседних участков остался относительно большой перепад высот. Также, по мере необходимости (как правило, в конце календарного года), периодичность и порядок намыва пляжей хвостохранилища АНОФ-2 может изменяться с целью выполаживания пляжей и приведения их высотных отметок к одному уровню по всей территории техногенного массива. Зона под номером 17 является отсеченным участком намывного массива АНОФ-2. Решение вывести из эксплуатации данный участок хвостохранилища и отделить его от основного поля техногенного массива ограждающей дамбой было принято руководством ОАО «Апатит» в 2008 году. Причиной этого послужило увеличение ширины намывного пляжа (от дамбы обвалования до уреза воды во внутреннем пруде-отстойнике) на данном участке до 600 м, что вызвало целый ряд проблем: - высокая трудоемкость намыва хвостов с использованием прежних распределительных пульпопроводов; - значительные капитальные затраты при увеличении протяженности прежних трубопроводов в направлении пруда-отстойника; - значительное увеличение площадь интенсивного пылеобразования; - увеличение эксплуатационных затрат на обработку данного участка битумной эмульсией, так как объема битумной эмульсии, находящегося в емкости гудронатора, не достаточно для обработки всего участка пляжа от дамбы обвалования до пруда отстойника и обратно, что значительно увеличивает протяженность холостого пути транспортного средства, использующегося в качестве тяговой силы, для дозаправки. Таким образом, в зоне 17 намыв хвостов на сегодняшний день не производится, а ее поверхность обработана слоем битумной эмульсии повышенной прочности (толщина битумной пленки составляет около 5 мм), что практически полностью исключает образование на данной территории источника интенсивного пылеобразования даже в период НМУ. Также по данной территории не предусмотрено перемещение тяжелой техники, что исключает возможность 139 локального разрушения структуры битумной пленки. Поэтому потенциальная опасность образования источника интенсивного пылевыделения на данной территории минимальна даже при НМУ. Определяющими параметрами при выделении зон намывного техногенного массива АНОФ-2 с наивысшей степенью потенциальной опасности служат природная защищенность производственного объекта от деструктивного ветрового воздействия (влияние высотных элементов рельефа и ограждающих дамб обвалования) и техническая защищенность (закрепление пылящих поверхностей производственного объекта анионной битумной эмульсией). Природная защищенность намывного техногенного массива АНОФ-2 в первую очередь характеризуется Хибинским горным массивом, расположенным к северо-востоку от рассматриваемого производственного объекта. Абсолютная отметка данного горного массива достигает 1100 м над уровнем моря, в результате чего с подветренной стороны формируется ветровая тень общей площадью более 10 км2, которая защищает хвостохранилище от значительного воздействия ветров северо-восточного направления. Также, при северо-западном направлении ветра, Хибинский горный массив препятствует распространению неорганической пыли с хвостохранилища на северо-восток, поэтому даже при интенсивной ветровой нагрузке, пылевое облако, сформировавшееся на территории хвостового хозяйства АНОФ-2, не проникает вглубь горного массива, а осаждается у его подножия. Таким образом, ветры юго-западного и северо-восточного направлений наиболее благоприятны при формировании и эксплуатации намывного массива АНОФ-2, так как потенциальная опасность миграции пылевого облака с территории хвостохранилища и площадь его распространения будут минимальны, а опасность загрязнения атмосферного воздуха на селитебной территории города Апатиты, в таком случае, практически отсутствует. Помимо рельефа местности природную защищенность хвостохранилища от ветровой нагрузки характеризует также конструкция техногенного массива - 140 наличие и высота ограждающих систем (дамбы обвалования, защитные стенки, лесопосадки по периметру производственного объекта). Конструкцией хвостохранилища АНОФ-2 по всему периметру намывного массива предусмотрена дамба обвалования высотой 1,5-2 м, по поверхности которой прокладывается распределительный пульпопровод диаметром 1200 мм. Таким образом, по всему периметру техногенного массива создан искусственный барьер высотой 2,7-3,2 м, который выполняет 2 основные функции: - создает с подветренной стороны ветровую тень на расстоянии до 5 м; - служит барьером для осаждения крупнодисперсной фракции пыли, которая под воздействием ветровой нагрузки (до 8-10 м/с) переходит во взвешенное состояние, но не успевает подняться на достаточную для преодоления преграды высоту. К конструкционной особенности намывного массива АНОФ-2 также относится высота гребня ограждающей дамбы, которая на конец 2014 года достигла высоты 73,4 м (абсолютная отметка - 184,0 м). Однако данный параметр наоборот интенсифицирует ветровую миграцию пыли с поверхности хвостохранилища и увеличивает площадь её распространения. Рельеф прилегающей местности и высотное профилирование техногенного массива АНОФ-2 в значительной степени влияют на характер и интенсивность воздушных потоков вдоль поверхности намывных пляжей хвостохранилища и, как следствие, на интенсивность миграции неорганической пыли с поверхности намывного массива. Однако для снижения техногенной нагрузки намывного массива на компоненты природной среды наибольшую эффективность привносит техническая защищенность производственного объекта. Техническая защищенность производственного объекта от деструктивного воздействия метеорологических мероприятиями, которые условий применяются характеризуется на предприятии. средозащитными Для намывного техногенного массива АНОФ-2 основным природоохранным мероприятием является обработка намывных пляжей и бортов дамбы хвостохранилища анионной битумной эмульсией. 141 При закреплении намывных пляжей техногенного массива АНОФ-2 анионной битумной эмульсией потенциальная опасность разрушения битумной пленки на поверхности пляжей в первую очередь зависит от возраста сформировавшейся пленки, то есть риск разрушения битумной пленки при НМУ тем выше, чем больше времени прошло с последней обработки участка поверхности намывного массива. Еще одним параметром, увеличивающим потенциальную опасность разрушения битумной пленки при НМУ, является локальное нарушение структуры битумной пленки в результате перемещения по поверхности намывного массива тяжелой техники на колесном или гусеничном ходу. Однако при внедрении предлагаемого автором комплекса оперативного пылеподавления на базе судна на воздушной подушке риск нарушения структуры битумной пленки сводится к минимуму, что практически исключает возможность локального разрушения битумной пленки при НМУ по этой причине. Также к зоне повышенной опасности формирования участка интенсивного пылеуноса при НМУ следует отнести территорию по периметру прудаотстойника хвостохранилища шириной 2-3 м. Натурные наблюдения, проведенные на территории намывного массива АНОФ-2 в теплый период года показали, что при определенных метеорологических условиях (высокая среднесуточная температура, отсутствие атмосферных осадков) уровень воды в пруде-отстойнике может понижаться. Так как пруд-отстойник намывного техногенного массива является накопителем наиболее тонкодисперсной фракции хвостов, а закрепление намывных пляжей анионной битумной эмульсией осуществляется только до уреза воды, то, при отступлении уровня воды от расчетного значения, пляжи хвостохранилища на обнажившейся территории высыхают в очень короткий промежуток времени (до нескольких часов) и могут становиться источником интенсивного пылевыделения. Помимо этого на участках, ранее занимаемых прудом-отстойником, обнажается граница соприкосновения битумной пленки с поверхностью намывного пляжа, поэтому при высокой ветровой нагрузке на данной территории 142 повышается риск попадания воздушного потока под битумную пленку, в результате чего происходит разрушения защитного слоя [102]. Таким образом, всю территорию хвостохранилища АНОФ-2 предлагается разбить на 17 зон, соответствующих зонам намыва хвостов. На территории зоны 17 потенциальная опасность возникновения источника интенсивного пылевыделения минимальна, так как намыв хвостов на ней не осуществляется, а ее поверхность рекультивирована. Также к зонам с минимальной потенциальной опасностью пылеуноса будут относиться те зоны, на которых в настоящий момент осуществляется намыв хвостов (2-4 зоны в зависимости от периода года). Остальные зоны распределяются в соответствии с ветровыми тенями, формирующимися на территории намывного массива АНОФ-2, и возрастом битумной пленки, чем больше времени прошло с последней обработки пляжа связующим реагентом, тем выше потенциальная опасность возникновения на данном участке области интенсивного пылевыделения. Наиболее неблагоприятные условия, требующие должного внимания сотрудников предприятия, возникают на территории намывного массива АНОФ-2 при северном и северо-западном направлениях ветра. В этом случае воздушный поток движется по коридору, созданному Хибинским горным массивом, в направлении селитебной территории города Апатиты, не встречая никаких преград на своем пути. Площадь распространения пылевого облака с хвостохранилища, в таком случае, максимальна, а вероятность загрязнения атмосферного воздуха неорганической пылью хвостов на селитебной территории города Апатиты очень велика. Ветры юго-западного и северо-восточного направлений, наоборот, наиболее желательны при формировании и эксплуатации намывного массива АНОФ-2, так как негативное воздействие на компоненты окружающей природной среды в этом случае значительно меньше, чем при любом другом направлении ветра. 3.5 Эффективность предложенного средозащитного мероприятия Для определения эффективности предложенного средозащитного мероприятия необходимо рассчитать валовый выброс пыли с хвостохранилища 143 после внедрения данного мероприятия и сравнить его с валовым выбросом, существующим на производственном объекте в настоящий момент. Из данных, предоставленных отделом охраны природы ОАО «Апатит», валовый выброс неорганической пыли с содержанием SiO2 на 2014 год с учетом существующих природоохранных мероприятий составляет 246,567 т/год. Расчет валового выброса пыли с открытых пляжей намывного техногенного массива АНОФ-2 будет проводиться в соответствии с методическим пособием по расчету выбросов от неорганизованных источников в промышленности строительных материалов, разработанным ЗАО «Нипиотстром». Настоящее методическое пособие предназначено для расчетов выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух неорганизованными источниками предприятий промышленности строительных материалов. Оно позволяет производить расчет удельного (г/с) и валового (т/г) выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от хранилищ пылящих материалов, на узлах их пересыпки, при перевалочных работах на складе, при бурении шурфов и скважин, взрывных и погрузочно-разгрузочных работах. Полученные результаты могут быть использованы при учете и нормировании выбросов загрязняющих веществ от неорганизованных источников предприятий, технологические процессы которых связаны с производством и хранением строительных материалов, а также в экспертных оценках для определения экологических характеристик применяемого оборудования. Расчет выбросов загрязняющих веществ при пылении пляжной зоны хвостохранилища выполняется по формулам 3.5 и 3.6. Удельный выброс неорганической пыли рассчитывается по формуле: M k4 k5 k6 k7 q Fраб k4 k5 k6 k7 0,11 q ( Fпл Fраб ) , где (3.5) К4 - коэффициент, учитывающий местные условия, степень защищенности хвостохранилища от внешних воздействий, условия пылеобразования, К4 = 1,0 (хранилище открытое с 4-х сторон); К5 - коэффициент, учитывающий влажность пылевой и мелкозернистой фракции хвостов (d ≤ 1 мм), К5 = 0,1 (влажность менее 5 %); 144 К6 - коэффициент, учитывающий профиль поверхности складируемого материала, К6 = 1,3; К7 - коэффициент, учитывающий крупность складируемых хвостов, К7 = 1 (менее 1 мм); q - максимальная удельная сдуваемость пыли, q = 0,0006 г/(м2·с) - получена экспериментальным путем для скорости ветра 8,1 м/с; Fраб - площадь, на которой систематически производятся погрузочноразгрузочные работы, Fраб = 26000 м2; Fпл - площадь пылящей поверхности, Fпл = 200000 м2. Подставив все полученные значения в формулу 3.5, получаем следующее значение удельного выброса неорганической пыли: M 1 0,1 1,3 1 0,0006 26000 1 0,1 1,3 1 0,11 0,0006 (200000 26000) 3,5 г / с Валовый выброс неорганической пыли рассчитывается по формуле: П 0,11 8,64 103 k4 k5 k6 k7 q Fпл (Т Т с Т д ) , где (3.6) Т - общее время хранения материала, Т = 365 дней.; Тс - число дней с устойчивым снежным покровом, Тс = 180; Тд - число дней с дождем, Тд = 45. Подставив все полученные значения в формулу 3.6, получаем следующее значение валового выброса неорганической пыли: П 0,11 8,64 103 1 0,11,3 1 0,0006 200000 (365 180 45) 7,96 т/год Таким образом, внедрение предложенного природоохранного мероприятия позволит снизить валовый выброс неорганической пыли с содержанием SiO2 от 70 до 20 % с территории намывного массива АНОФ-2 до 7,96 т/год [103]. Расчёт полного рассеивания неорганической пыли хвостов в приземной атмосфере, проведенный в программе УПРЗА "Эколог" после реализации предложенного средозащитного мероприятия представлен на рисунке 3.8. Для получения картографической модели, максимально точно отражающей закономерности миграции неорганической пыли с содержанием SiO2 от 70 до 20 % с территории намывного массива АНОФ-2, средствами программного 145 продукта MapInfo Professional 10.0 была построена трехмерная картографическая модель распространения атмохимического ореола загрязнения пылью хвостов с учетом природной и технической защищенности производственного объекта. Расчет проводился для скорости ветра 8,1 м/с, а в его основе использовались полученные расчетным путем данные удельного и валового выбросов неорганической пыли с хвостохранилища. 10000 8000 6000 4000 2000 0 2000 4000 6000 8000 Рисунок 3.8 - Полное рассеивание неорганической пыли с хвостохранилища АНОФ-2 при скорости ветра 8,1 м/с На рисунке 3.9 представлена трехмерная картографическая модель распространения атмохимического ореола загрязнения пылью хвостов с учетом природной и технической защищенности намывного техногенного массива АНОФ-2 для скорости ветра 8,1 м/с. Таким образом, сравнив полученный расчетным путем валовый выброс неорганической пыли с хвостохранилища после внедрения средозащитного мероприятия с валовым выбросом, полученным в отделе охраны природы 146 ОАО «Апатит», можно сделать вывод, что эффективность предложенного природоохранного мероприятия при должном оперативном реагировании сотрудников предприятия может составить до 97 %. 10000 8000 6000 4000 2000 1:200000 0 2000 4000 6000 8000 Рисунок 3.9 - Полное рассеивание неорганической пыли с хвостохранилища АНОФ-2 при скорости ветра 8,1 м/с в трехмерной проекции Все натурные и лабораторные исследования, а также картографическое моделирование экологической обстановки проводились с использованием оборудования и программного обеспечения научно-образовательного центра коллективного пользования коллективного пользования» высокотехнологичным (ЦКП), созданного оборудованием на базе «Центр ФГБОУ ВПО «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный». Выводы к третьей главе 1. Для предотвращения ветровой эрозии с поверхности намывных техногенных массивов на предприятиях минерально-сырьевого комплекса используются различные способы пылеподавления, наиболее перспективными из которых являются физико-химические способы борьбы с пылью, в частности обработка пылящих поверхностей связующими реагентами. 2. Обработка пылящих поверхностей намывных техногенных массивов битумной эмульсией широко используется на горнодобывающих и горно- 147 перерабатывающих предприятиях России, так как является одним из наиболее надежных и недорогих физико-химических способов пылеподавления и обладает высокой эффективностью в условиях отрицательных температур, однако данный способ обладает рядом недостатков, основной из которых - это невозможность закрепления намывных пляжей, обладающих слабой несущей способностью. 3. Разработанный и предлагаемый к внедрению комплекс оперативного пылеподавления на базе судна на воздушной подушке обеспечивает закрепление связующим реагентом всей поверхности намывного массива независимо от его несущей способности, а быстроходность судна на воздушной подушке дает возможность оперативного пылеподавления на участках наиболее интенсивного пылевыделения при неблагоприятных метеорологических условиях. 4. Для оптимизации разработанного способа пылеподавления к решению аварийных ситуаций при неблагоприятных метеорологических условиях всю территорию намывного массива предлагается разбить на зоны селективного пылеподавления по степени потенциальной опасности для конкретных метеорологических условий с учетом природной (рельеф местности) и технической (мероприятия по пылеподавлению) защищенности каждого выделенного участка от деструктивного ветрового воздействия. 5. Расчет валового выброса неорганической пыли с хвостохранилища АНОФ-2 после внедрения разработанного способа селективного пылеподавления показал, что эффективность предложенного природоохранного мероприятия при должном оперативном реагировании может составить до 97 %. 148 ГЛАВА 4 УПРАВЛЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ НАМЫВНЫХ ТЕХНОГЕННЫХ МАССИВОВ ОАО «АПАТИТ» И ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ На интенсивность миграции неорганической пыли с поверхности намывных техногенных массивов влияют не только свойства отходов, заскладированных в техногенном массиве, но и рельеф местности, скорость и направление ветра, влажность и температура воздуха, а также техническая защищенность намывного массива (применяющиеся природоохранные мероприятия и их эффективность). В этой связи учет многофакторного воздействия на процесс пылеобразования и пылепереноса с поверхности хвостохранилищ для оперативного регулирования качества атмосферного воздуха должен осуществляться путем разработки и внедрения на предприятии сбалансированной стратегии управления экологической безопасностью намывных техногенных массивов. 4.1 Система управление экологической безопасностью намывного массива АНОФ-2 в процессе его формирования Разработанная система управления экологической безопасностью намывных техногенных массивов в процессе их формирования базируется на создании автоматизированной системы производственного экологического мониторинга (ПЭМ) и принятии своевременных управленческих решений на основе экологических закономерностей и прогнозов, полученных по результатам обработки систематически обновляющихся данных ПЭМ. В соответствии с Федеральным законом «Об охране окружающей среды» №7-ФЗ экологический мониторинг - это система комплексных наблюдений за состоянием окружающей среды, в том числе компонентов природной среды, естественных экологических систем, за происходящими в них процессами, явлениями, оценка и прогноз изменений состояния окружающей среды. Основная цель экологического мониторинга - выявление техногенных загрязнений, критических и экстремальных ситуаций, а также факторов антропогенного воздействия на окружающую среду. Экологический мониторинг включает в себя 149 сбор, регистрацию, накопление и интерпретацию полученных данных о состоянии компонентов природной среды и направлен на создание систем управления природными и техногенными факторами, имеющими значительное воздействие на формирование техногенной нагрузки на рассматриваемой территории. В соответствии с нормативным документом СП 11-102-97 «Инженерноэкологические изыскания для строительства» производственный экологический мониторинг (в указанном документе он интерпретируется как локальный мониторинг или мониторинг природно-технических систем) определяется как мониторинг источников техногенного воздействия на компоненты природной среды (атмосферный воздух, природные воды, почвенный покров) и выполняется с целью выявления закономерностей количественного и качественного изменения состояния окружающей природной среды в пространстве и во времени. Согласно СП 11-102-97 система ПЭМ должна включать в себя: - систематическую регистрацию и контроль показателей состояния окружающей среды в местах размещения потенциальных источников загрязнения и районах его возможного распространения; - выявление экологических закономерностей природного и техногенного характера и прогноз возможных изменений состояния компонентов природной среды на основе выявленных закономерностей; - разработку рекомендаций и предложений по снижению и предотвращению негативного воздействия производственных объектов на окружающую среду; - контроль использования и эффективности принятых рекомендаций по снижению техногенной нагрузки на рассматриваемой территории. Таким образом, целью разработанной автоматизированной системы производственного экологического мониторинга является непрерывный контроль качества атмосферного воздуха на территории хвостового хозяйства АНОФ-2. Контроль качества атмосферного воздуха должен осуществляться посредством непрерывной регистрации концентрации неорганической пыли с содержанием SiO2 от 70 до 20 % крупностью менее 10 мкм, влажности воздуха, скорости и направления ветра на стационарных постах мониторинга, и передачи полученных 150 данных в режиме реального времени на единый информационный ресурс, осуществляющий сбор, хранение и обработку этих данных [104]. Сеть постов мониторинга атмосферного воздуха в системе ПЭМ, которую планируется создать на территории хвостового хозяйства АНОФ-2, включает в себя 5 стационарных постов, расположенных на территории намывных пляжей техногенного массива. Посты мониторинга располагаются с учетом среднегодовой розы ветров (по наиболее часто наблюдающимся направлениям ветра) таким образом, чтобы при любом направлении ветра в случае формирования на территории намывного массива источников интенсивного пылевыделения превышение концентрации наблюдалось как минимум на одном посту мониторинга. Сеть постов мониторинга составлена таким образом, чтобы осуществлять контроль запыленности приземной атмосферы на всей территории намывного массива с минимальными затратами на оборудование постов мониторинга. Таким образом, 5 постов мониторинга - это минимальное количество контрольных точек, необходимое для того, чтобы охватить всю территорию хвостохранилища АНОФ-2 и создать возможность оперативного реагирования в случае формирования на его территории источников интенсивного пылевыделения при НМУ [105]. На рисунке 4.1 представлена схема расположения постов мониторинга атмосферного воздуха на территории намывного техногенного массива АНОФ-2 в системе ПЭМ, где красными точками обозначены посты мониторинга. Каждый пост мониторинга оборудуется автоматическим анализатором пыли ИКП-5, цифровым датчиком измерения скорости ветра и температуры WS 100 и цифровым датчиком измерения направления ветра WD 100. Автоматический анализатор пыли ИКП-5 предназначен для измерения массовой концентрации неорганической пыли и ее мелкой фракции (< 2,5 мкм и < 10 мкм) в приземном слое атмосферы. Данный анализатор пыли работает в широком диапазоне измерений (от 0 до 30 мг/м3), поэтому применим как для контроля превышений фоновой концентрации неорганической пыли в атмосферном воздухе, так и для контроля превышения ПДК в воздухе рабочей 151 зоны, атмосферном воздухе и в воздухе санитарно-защитной зоны. Относительная погрешность измерений не превышает 10 %. Рисунок 4.1 - Схема расположения постов мониторинга атмосферного воздуха в системе ПЭМ хвостового хозяйства АНОФ-2 В анализаторе пыли реализован электроиндукционный принцип действия, основанный на периодическом принудительном заряде частиц пыли в поле коронного импульсного разряда и последующем определении тока переноса заряженных частиц путем измерения наведенного ими переменного напряжения, амплитуда которого пропорциональна массовой концентрации пыли. Анализатор пыли ИКП-5 обеспечивает непрерывное автоматическое определение 152 концентрации взвешенных веществ в атмосферном воздухе. Система воздухоотбора и пробоподготовки, встроенная в ИКП-5, обеспечивает подачу подогретых проб воздуха непосредственно на анализатор пыли. Конструктивно анализатор представляет собой одноблочный прибор, выполненный в прочном металлическом корпусе. Для выполнения измерений анализатор должен быть расположен непосредственно на месте забора контролируемого воздуха. Питание анализатора пыли осуществляется от сети 220 В, которую обеспечивают линии электропередач, расположенные на намывной дамбе по всему периметру хвостохранилища для освещения территории техногенного массива. Датчик измерения скорости ветра и температуры WS 100 применяется в различных отраслях промышленности, так как работает в широком диапазоне скоростей ветра (от 0 до 75 м/с) и в широком температурном диапазоне (от -40 до +50оС), а также обеспечивает высокую точность измерений (абсолютная погрешность измерений составляет ±0,3 м/с и ±0,2оС). Датчик измерения направления ветра WD 100 применяется, как правило, совместно с датчиком измерения скорости ветра и температуры WS 100. Работает в диапазоне измерений от 0 до 360 градусов с точностью до 1 градуса и в температурном диапазоне от от -40 до +50оС. Относительная погрешность измерений не превышает 0,1 %. Начальная скорость ветра составляет 0,8 м/с. Питание датчиков WS 100 и WD 100 также как и питание анализатора пыли ИКП-5 осуществляется от сети 220 В [106]. Так как посты мониторинга атмосферного воздуха должны располагаться на территории намывных пляжей хвостохранилища, на удалении несколько метров от дамбы обвалования, то их наземное расположение будет мешать намыву хвостов и обработке пляжной зоны намывного массива связующим реагентом (анионной битумной эмульсией). С учетом этих особенностей предлагается установить датчики контроля запыленности атмосферного воздуха и датчики метеорологических параметров в подвешенном состоянии над территорией намывного массива при помощи метеозондов, так как это показано на 153 рисунке 4.2. Высота расположения датчиков составляет около 2м над поверхностью поля намывного массива. Фиксируется положение метеозонда при помощи тяжелого груза, утапливаемого в поле намывного массива. Рисунок 4.2 - Пример установки постов мониторинга атмосферного воздуха с использованием метеорологических зондов Такой способ расположения постов мониторинга атмосферного воздуха в системе ПЭМ оптимален для контрольных постов, размещение которых осуществляется на территории действующих намывных техногенных массивов. Показатели концентрации неорганической пыли с содержанием SiO2 от 70 до 20 % и крупностью менее 10 мкм в атмосферном воздухе, температуры воздуха, скорости и направления ветра обновляются каждые 20 секунд и в режиме реального времени передаются на центральное устройство управления в виде цифрового сигнала, что исключает вероятность возникновения помех. В качестве канала связи предполагается использование канала для передачи цифровых данных GSM 1800/900. Данный вид связи является одним из наиболее надежных видов цифровой связи, обеспечивающим высокое качество сигнала на территории покрытия GSM оператора. Канал связи GSM не требует значительных 154 капитальных затрат, так как для функционирования канала передачи данных необходима только установка передатчиков GSM сигнала на каждом посту мониторинга и датчика приема GSM сигнала на центральном устройстве управления, а также имеет сравнительно низкие эксплуатационные затраты. Помимо этого, в процессе эксплуатации канала передачи данных посредством GSM не требуется высококвалифицированных специалистов для обслуживания оборудования, обеспечивающего бесперебойную работу канала связи GSM, так как для транслирования сигнала используются ретрансляторы операторов мобильной связи, сотрудники которых самостоятельно осуществляют установку и обслуживание своего оборудования. Таким образом, использование канала связи GSM избавляет от необходимости развертывания своей сети ретрансляторов. При необходимости или невозможности использования связи GSM для передачи данных можно использовать любой другой, в том числе и аналоговый, вид связи, например Wi-Fi, GPS, радиосвязь и другие [107-108]. Центральное устройство управления располагается на территории земельного отвода намывного массива АНОФ-2 в здании центрального поста управления (ЦПУ) и осуществляет управление работой автоматизированной системы ПЭМ, в том числе: - опрос датчиков контроля качества приземной атмосферы и метеорологических параметров; - первичную обработку цифровых данных и накопление результатов измерений на едином информационном ресурсе; - сравнение полученных концентраций неорганической пыли с предельно допустимой концентрацией (ПДК) и расчет коэффициентов контрастности; - расчет полного рассеивания неорганической пыли хвостов крупностью менее 10 мкм при различных метеорологических параметрах; - выявление закономерностей миграции неорганической пыли с содержанием SiO2 от 70 до 20 % и разработку прогноза состояния приземного слоя атмосферы на селитебной территории города Апатиты; 155 - выявление на территории намывного массива АНОФ-2 зон с наибольшей потенциальной опасностью формирования источников интенсивного пылевыделения при различных метеорологических условиях с учетом природной и технической защищенности производственного объекта; - обеспечение диалога оператора и системы ПЭМ; - изменение режима работы автоматизированной системы ПЭМ; - формирование сообщений и выведение их на экран в табличном и графическом (в форме карты) виде, а также передача этих сообщений при необходимости по каналам радиосвязи. Выявление зон с наибольшей потенциальной опасностью формирования источников интенсивного пылевыделения осуществляется при помощи компьютерной программы, по своей сути реализующей решение логической функции «ЕСЛИ..., ТО...». То есть при превышении концентрации неорганической пыли значения максимально-разовой ПДК (ПДКм.р.) на одном или нескольких постах мониторинга на экран ЦПУ автоматически выводится план намывного массива АНОФ-2, на котором красным цветом отмечаются те зоны хвостохранилища, с которых мог произойти выброс пыли хвостов при определенных метеорологических условиях. При этом если с наветренной стороны относительно поста мониторинга, на котором зафиксировано превышение ПДК, находится участок намывного массива, на котором в данный момент осуществляется намыв хвостов, то этот участок не включается в перечень потенциально опасных зон и на экране не отмечается [109]. Графическая информация, выводящаяся на экран ЦПУ, также в обязательном порядке дублируется звуковым сигналом, выведением на экран ЦПУ информационного сообщения, которое содержит ориентировочную площадь очага пылевыделения и рекомендации по его ликвидации, а также прогноз состояния приземной атмосферы на селитебной территории города Апатиты. При необходимости, сообщение может быть передано по каналам радиосвязи. Обработку цифровой информации и преобразование ее в графическую форму осуществляется в автоматическом режиме мощным персональным 156 компьютером, с установленным на нем программным продуктом ГИС, например MapInfo Professional, ESRI ArcGis или Golden Software Surfer. Построение алгоритма, реализуемого автоматизированной системой ПЭМ, разрабатывается специалистом в программировании и в виде программных команд задается центральному устройству управления в качестве базовой функции, которую компьютер выполняет периодически и обновляет по мере поступления новых цифровых данных с постов мониторинга атмосферного воздуха. На рисунке 4.3 представлена примерная структура автоматизированной системы производственного экологического мониторинга. Рисунок 4.3 - Структура автоматизированной системы ПЭМ Информационно-измерительный блок представляет собой совокупность источников информации о состоянии приземного слоя атмосферы, данные из которых поступают в блок обработки исходных данных посредством канала GSM связи. Основными источниками информации является сеть автоматических стационарных постов мониторинга атмосферного воздуха и посты мониторинга 157 атмосферного воздуха ГУ «Мурманское УГМС». Кроме мониторинговых данных информационно-измерительный блок осуществляет доступ к электронным базам данных гигиенических нормативов (ПДК), архивам данных многолетних наблюдений за качеством приземной атмосферы в регионе и картографической основе - плану осуществляется недостаточном намывного массива визуализация данных объеме данных со АНОФ-2, ПЭМ. на основании При стационарных которого необходимости постов или мониторинга атмосферного воздуха в автоматизированную систему ПЭМ можно внедрить также передвижную лабораторию по контролю качества приземной атмосферы. Блок обработки исходных данных включает в себя единый информационный ресурс, который осуществляет прием, первичную обработку и накопление цифровых данных системы ПЭМ, данных постов мониторинга атмосферного воздуха ГУ «Мурманское УГМС» и нормативов ПДК анализируемых загрязняющих веществ (в данном случае ПДКм.р. неорганической пыли с содержанием SiO2 от 70 до 20 %). Все данные архивируются и хранятся на сервере в течение необходимого периода времени (в общем случае 5 лет). Также в состав блока обработки входит информационный ресурс, который осуществляет прием и хранение картографических основ. Периодическое обновление картографической основы требуется по причине того, что высота намывной дамбы техногенного массива пропорционально увеличивается по мере намыва хвостов, что приводит к изменению площади намывных пляжей хвостохранилища. Эти изменения в обязательном порядке должны учитываться в системе управления экологической безопасностью намывных техногенных массивов в процессе их формирования, а следовательно, требуется обновление топографического плана намывного массива и параметров источника выбросов. Блок математических, представляет собой RAM 32 Гб), на мощный базе статистических персональный которого и аналитических компьютер осуществляется расчет расчетов (CPU 160 МГц, параметров, характеризующих качество атмосферного воздуха, выявление экологических закономерностей и составление прогноза состояния приземной атмосферы на 158 основании расчетных параметров, а также визуализация установленных закономерностей. Все операции осуществляются в автоматическом режиме при помощи пакета программных продуктов для математических вычислений (MathLab, MathCad), статистических расчетов (Statistica) и для визуализации данных ПЭМ и установленных закономерностей (MapInfo, ArcGis, Surfer). Схожие по функциональности программные продукты могут взаимозаменяться, так, например, в качестве программного приложения для визуализации данных может использоваться одно из перечисленных приложений этой категории или любой другой программный продукт, обладающий аналогичными функциональными возможностями [110]. Центральный пункт управления является головным центром всей системы управления экологической безопасностью намывного техногенного массива АНОФ-2 в процессе его формирования. ЦПУ представляет собой отдельно стоящее здание, расположенное на территории земельного отвода намывного массива АНОФ-2, в котором находятся все блоки автоматизированной системы ПЭМ кроме информационно-измерительного блока, основные компоненты которого размещаются на территории рассматриваемого техногенного массива, а также рабочее место оператора, обеспечивающего бесперебойную работу всей системы производственного экологического мониторинга. Основной задачей ЦПУ является обработка всего потока информации, поступающей на ЦПУ, предоставление результирующих данных о состоянии приземного слоя атмосферного воздуха на территории хвостового хозяйства АНОФ-2 оператору в графической и табличной форме. На основании полученной информации оператор ЦПУ принимает те или иные управленческие решения и, при необходимости, передает команды оператору мобильного комплекса оперативного пылеподавления по каналу радиосвязи для своевременной ликвидации очагов интенсивного пылевыделения. Таким образом, система управления экологической безопасностью намывных техногенных массивов ОАО «Апатит» в процессе их формирования представляет собой автоматизированную систему производственного 159 экологического мониторинга, реализованную на территории каждого намывного массива рассматриваемого предприятия, и центральный пункт управления, в котором происходит обработка и визуализация данных ПЭМ и представление результирующих данных о состоянии приземного слоя атмосферного воздуха в графическом и табличном виде. На основании полученной информации оператор ЦПУ принимает те или иные управленческие решения, которые могут опираться на информационные сообщения о рекомендуемых способах ликвидации источника интенсивного пылевыделения, выдаваемые системой управления. В качестве примера может быть рассмотрена ситуация, когда скорость ветра северо-западного направления на территории намывного массива АНОФ-2 составляет 8,3 м/с. На ЦПУ поступает сигнал, что на посту мониторинга, расположенном на юго-западе намывного массива АНОФ-2, наблюдается превышение ПДКм.р. в 7 раз. Блок вычислений проводит обработку поступившей информации, производит необходимые расчеты и производит визуализацию полученных результатов на картографическую основу с учетом природной и технической защищенности производственного объекта. Допустим, что в данный период времени осуществляется намыв хвостов в 1-ой и 3-ей зонах намывного массива, поэтому процесс пылевыделения на данной территории будет отсутствовать. При описанных выше условиях на экран ЦПУ будет выводиться результирующая информация о состоянии приземного слоя атмосферного воздуха в графическом и табличном виде. Результирующие данные в графическом виде будут представлять собой план намывного массива АНОФ-2, разбитый на зоны намыва. Те зоны хвостохранилища, опасность формирования очага интенсивного пылевыделения на которых наиболее высока, выделяются красным цветом. Превышение ПДКм.р. неорганической пыли хвостов на этой территории, в таком случае, составляет более чем в 5 раз. Концентрация пыли определяется в автоматическом режиме расчетным путем по данным ПЭМ. Те зоны намывного массива, значение коэффициента контрастности на которых составляет от 2 до 5, выделяются 160 розовым цветом. Территории намывного массива, коэффициент контрастности на которых от 1 до 2 отмечаются желтым цветом. Остальная территория хвостохранилища остается без цветовой дифференциации, так как опасность формирования источников интенсивного пылевыделения на этих зонах при таких показаниях системы ПЭМ минимальна [111-112]. Пример результирующих данных, выводимых на экран ЦПУ в графическом виде, для описанного выше случая представлен на рисунке 4.4. Рисунок 4.4 - Итоговые данные о состоянии приземной атмосферы на территории намывного массива АНОФ-2, выводимые на экран ЦПУ в графическом виде 161 Графические данные дублируются таблицей, в которой отражены скорость и направление метра, расчетная концентрация неорганической пыли с содержанием SiO2 от 70 до 20 % в каждой зоне намывного массива, ПДКм.р. и коэффициент контрастности относительно ПДКм.р.. Цветовая дифференциация строк таблицы аналогична графическому отображению информации, однако здесь дополнительно зоны намывного массива, на которых не превышается гигиенический норматив, отмечаются зеленым цветом. Пример результирующих данных, выводимых на экран ЦПУ в табличном виде, для описанного выше случая представлен в таблице 4.1. Таблица 4.1 - Итоговые данные о состоянии приземной атмосферы на территории намывного массива АНОФ-2, выводимые на экран ЦПУ в табличном виде № зоны Скорость ветра, м/с Направление ветра 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 8,3 СЗ Спыли, мг/м3 0 2,2 0 1,44 0,45 0,27 0,21 0,18 0,18 0,36 0,42 1,17 0,39 0,27 0,18 0,12 ПДКм.р., мг/м3 0,3 Коэффициент контрастности 0,01 7,3 0,01 4,8 1,5 0,9 0,7 0,6 0,6 1,2 1,4 3,9 1,3 0,9 0,6 0,4 В общем виде упрощенная структура системы управления экологической безопасностью намывных техногенных массивов в процессе их формирования представлена на рисунке 4.5. Таким образом, внедрение на территории намывных техногенных массивов ОАО «Апатит» автоматизированной системы производственного экологического мониторинга позволит получать оперативную и достоверную информацию о 162 состоянии приземного слоя атмосферного воздуха на территории намывных массивов в процессе их формирования, что, в свою очередь, позволит осуществлять обстановки своевременное и, в случае реагирование на изменение экологической выявления очага пылевыделения, оперативную ликвидацию источника пылевыделения, тем самым осуществляя регулирование качества атмосферного воздуха в зоне воздействия намывных техногенных массивов ОАО «Апатит», в том числе на селитебной территории города Апатиты. Информационная система Наблюдение Прогноз состояния Управление Оценка фактического состояния Оценка прогнозируемого состояния Регулирование качества окружающей среды Рисунок 4.5 - Упрощенная структура системы управления экологической безопасностью намывных техногенных массивов в процессе их формирования 4.2 Эколого-экономическое обоснование системы управления экологической безопасностью намывных техногенных массивов при их формировании 4.2.1 Затраты на внедрение системы управления Определение затрат на внедрение системы управления экологической безопасностью намывных техногенных массивов ОАО «Апатит» в процессе их формирования, включающей автоматизированную систему ПЭМ и мобильный комплекс оперативного подавления на базе судна на воздушной подушке, проводилось по укрупненной схеме на примере хвостохранилища АНОФ-2: - форсуночный гудронатор на базе судна на воздушной подушке; - автоматический анализатор пыли ИКП-5; - цифровой датчик измерения скорости ветра и температуры WS 100; - цифровой датчик измерения направления ветра WD 100; 163 - персональный компьютер с необходимым программным обеспечением. Результаты укрупненного расчета материальных затрат на проведение мероприятий по регулированию качества атмосферного воздуха в зоне воздействия намывного массива АНОФ-2 представлены в таблице 4.2. Таблица 4.2 - Результаты укрупненного расчета затрат на внедрение системы управления экологической безопасностью намывного массива АНОФ-2 Наименование показателя Форсуночный гудронатор на базе СВП Автоматический анализатор пыли ИКП-5 Цифровой датчик измерения скорости ветра и температуры WS 100 Цифровой датчик измерения направления ветра WD 100 Персональный компьютер с необходимым программным обеспечением Итого Эксплуатационные 1 920 150 10 Полная стоимость, тыс. руб. 1 920 750 (5 шт.) 50 (5 шт.) 3 15 (5 шт.) 200 200 Стоимость за единицу, тыс. руб. затраты 2 935 на обработку намывных пляжей хвостохранилища анионной битумной эмульсией в укрупненном расчете не рассматриваются потому, что на сегодняшний день на предприятии внедрен комплекс природоохранных мероприятий, направленных на пылеподавление открытых пляжей намывного массива, эксплуатационные затраты на выполнение которых сопоставимы с эксплуатационными затратами на реализацию предложенного комплекса средозащитных мероприятий. Таким образом, исходя из укрупненных расчетов, затраты на внедрение системы управления экологической безопасностью намывного техногенного массива АНОФ-2 в процессе его эксплуатации потребуется около 3 млн. руб. 4.2.2 Предотвращенный эколого-экономический ущерб Предотвращенный эколого-экономический ущерб от загрязнения компонентов природной среды представляет собой оценку в денежной форме возможных отрицательных последствий от загрязнения окружающей среды, которых удалось избежать в результате природоохранной деятельности 164 производственного предприятия и включает в себя предотвращенный экологоэкономический ущерб от загрязнения атмосферного воздуха, почвенных ресурсов и поверхностных водных ресурсов. Предотвращенный эколого-экономический ущерб от внедрения системы управления экологической безопасностью намывного массива АНОФ-2 в процессе его формирования в основном будет складываться из снижения платежей за выбросы неорганической пыли с содержанием SiO2 от 70 до 20 %. Однако около 90 % всей неорганической пыли хвостов имеет крупность >1 мкм и выпадает на земную поверхность с атмосферными осадками или в процессе сухого гравитационного осаждения в течение нескольких часов [57]. В этой связи при укрупненном расчете предотвращенного эколого-экономического ущерба необходимо также учесть снижение платежей за ухудшение и разрушение почв и земель. Водные ресурсы в данном случае не рассматриваются, так как сброс загрязняющих веществ с производственных объектов несопоставимо больше, чем количество взвешенных веществ, осаждающихся из атмосферного воздуха. Таким образом, предотвращенный эколого-экономический ущерб от загрязнения поверхностных водных ресурсов будет очень мал и им можно пренебречь. Укрупненный расчет предотвращенного эколого-экономического ущерба от загрязнения атмосферного воздуха и почвенных ресурсов проводился в соответствии с временной методикой определения предотвращенного экологоэкономического ущерба, утвержденной В.И. Даниловым-Данильяном. Укрупненная оценка величины предотвращенного эколого-экономического ущерба от выбросов неорганической пыли хвостов с территории намывного техногенного массива АНОФ-2 проводится по формуле: У пра У уда (М 1а М 2а ) К эа J д , где (4.1) У уда - величина экономической оценки удельного ущерба от выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух. Для Северного экономического 165 региона, к которому относится территория расположения АНОФ-2, выбросов загрязняющих веществ, У уда = 35,6 руб./усл. т.; М 1а , М 2а - приведенная масса соответственно на начало и конец расчетного периода в рассматриваемом регионе, усл. т.; К эа - коэффициент экологической ситуации и экологической значимости состояния атмосферного воздуха территорий экономических районов России. Для Северного экономического региона К эа = 1,4; J д - индекс дефлятор по отраслям промышленности, устанавливаемый Минэкономразвития на рассматриваемый период. Для горнодобывающей промышленности на конец 2014 года J д = 107,2. Приведенная масса загрязняющих веществ рассчитывается по формуле: N М ка miа К эiа , где (4.2) i 1 miа - масса выброса в атмосферный воздух i-го загрязняющего вещества или группы веществ с одинаковым коэффициентом относительной эколого- экономической опасности, т/год; К эiа - коэффициент относительной эколого-экономической опасности i-го загрязняющего вещества или группы веществ. Для твердых веществ (недифференцированная по составу пыль) К эiа =2,7; i - индекс загрязняющего вещества или группы загрязняющих веществ. N - количество учитываемых групп загрязняющих веществ. Результаты укрупненного расчета предотвращенного эколого- экономического ущерба от загрязнения атмосферного воздуха представлены в таблице 4.3. Эколого-экономический ущерб от ухудшения и разрушения почв и земель под воздействием антропогенных (техногенных) нагрузок выражается главным образом в деградации почв и земель. 166 Таблица 4.3 - Результаты укрупненного расчета предотвращенного экологоэкономического ущерба от загрязнения атмосферного воздуха N К эiа У уда , руб./усл. т. М a , усл. т. К эа Jд У пра , млн. руб. 1 2,70 35,60 644,25 1,40 107,20 3,44 Укрупненная природоохранной оценка величины деятельности ущерба предотвращенного от деградации в почв результате и земель производится по следующей формуле [113]: п У прд Н с S К э К п , где Hc - величина предотвращенного в (4.3) результате природоохранной деятельности ущерба от деградации почв и земель на рассматриваемой территории за отчетный период времени. Для Мурманской области У ппрд составляет 127 млн. руб./га; S - площадь почв и земель, сохраненная от деградации за отчетный период времени в результате проведенных природоохранных мероприятий, га; Кэ - коэффициент экологической ситуации и экологической значимости территории. Для Северного экономического региона Кэ = 1,4; Кп - коэффициент для особо охраняемых территорий, Кп = 1. Результаты укрупненного расчета предотвращенного эколого- экономического ущерба от ухудшения и разрушения почв и земель представлены в таблице 4.4. Таблица 4.4 - Результаты укрупненного расчета предотвращенного экологоэкономического ущерба от ухудшения и разрушения почв и земель Hc, тыс. руб./га S, га Кэ Кп п , млн. руб. У прд 127 000 75 1,40 1 13,34 4.2.3 Предотвращенный ущерб здоровью населения Основным методом расчета предотвращенного эколого-экономического ущерба здоровью населения от загрязнения атмосферного воздуха является сопоставление различных показателей здоровья на загрязненной и «чистой» территории. Повышенный уровень заболеваемости и смертности населения 167 приводит к значительному экономическому ущербу, в первую очередь складывающемуся из: - расходов на лечение, включая амбулаторное и стационарное; - потери налоговых и социальных выплат в территориальный бюджет, вследствие временной или постоянной утраты трудоспособности; - ущерба от нарушения воспроизводственной функции; - снижения дохода в бюджет из-за повышенного уровня смертности населения в трудоспособном возрасте. В общем виде предотвращенный эколого-экономический ущерб рассчитывается по формуле: ПЭУ = ПЭУз + ПЭУсм, где (4.4) ПЭУз - предотвращенный эколого-экономический ущерб, связанный с повышенным уровнем заболеваемости, руб./год; ПЭУсм - экономический ущерб, связанный с повышенным уровнем смертности, руб./год; При определении эколого-экономического ущерба учитывается временный или постоянный характер нарушений здоровью, в связи с чем он рассчитывается на весь ожидаемый период проявления неблагоприятного эффекта, а для необратимых изменений - на всю ожидаемую продолжительность жизни. Эколого-экономический ущерб, причиняемый группам граждан в связи с каждым видом заболевания, представляет собой сумму расходов и потерь по следующим статьям: - расходы на все виды лечения, в том числе амбулаторное и стационарное; - расходы на оплату листков нетрудоспособности из средств социального страхования заболевшим или лицам, отвлеченным от производственной деятельности по уходу за больными членами семьи; - расходы на пенсионное обеспечение в случаях назначения пенсии по болезни; 168 - потеря доли налоговых поступлений в территориальные бюджеты и отчислений во внебюджетные фонды из-за временной или постоянной нетрудоспособности работающих. При этом расходы на лечение оцениваются для всех возрастных групп населения, поскольку три других статьи ущерба рассчитываются в основном на работающее население. Предотвращенный эколого-экономический ущерб, связанный с повышенным уровнем заболеваемости, в общем виде определяется по формуле: ПЭУз = (Зп · Чп + Зс · Дс) · (П1 - П2) · Ч / 10000, где Зп - средняя стоимость посещения (4.5) амбулаторно-поликлинического отделения, руб. Для взрослых Зп = 125 руб., для детей Зп = 12 руб.; Чп - число посещений амбулаторно-поликлинического отделения. Для взрослых Чп = 5,72, для детей Чп = 4,98; Зс - средняя стоимость одного дня лечения и содержания в стационаре, руб. Для взрослых Зс = 900 руб., для детей Зс = 100 руб.; П1 и П2 - среднегодовые стандартизованные показатели заболеваемости исследуемой и контрольной групп граждан, случаев на 1000 человек. Для взрослых П1 - П2 = 27, для детей П1 - П2 = 21; Дс - число дней лечения в стационаре. Дс = 10 дней; Ч - численность оцениваемой группы населения, чел. Для взрослых Ч = 48 тыс. чел., для детей Ч = 9 тыс. чел. Наиболее неблагоприятным промышленности на последствием здоровье населения негативного является воздействия повышенный уровень смертности, поэтому оценка предотвращенного эколого-экономического ущерба от повышенного уровня смертности населения проводится на основе: - среднего размера налога, создаваемого одним работником, который поступает в городской бюджет, руб./год; - величина социальных отчислений на одного работника, руб./год; - доля необходимого продукта, создаваемого в среднем одним работником за один календарный год; 169 - средняя продолжительность предстоящей жизни, лет; Предотвращенный эколого-экономический ущерб, связанный с преждевременной смертью в трудовом возрасте, рассчитывается по формулам: - для случаев детской смертности: ПЭУсм = 40 · (H - V · b / B) · (С1 - С2) · Ч / 10000, где (4.6) - для случаев смертности взрослого населения: ПЭУсм =( 40 · H - ((H + V ) · a - 40 · V · a/B)) · (С1 - С2) · Ч / 10000, где (4.7) Н - часть дохода, приносимого в среднем одним работником, которая поступает в виде налога в территориальный бюджет, руб./год. Н = 4500 руб./год. V - доля необходимого продукта, приходящегося в среднем на одного члена общества в год, руб. V = 1800 руб./год.; b - средний возраст умерших, лет. b = 57 лет; а - среднее число проработанных лет умершими членами общества, лет. а = 35 лет; В - средняя продолжительность предстоящей жизни населения, лет. В = 35 лет; С1 и С2 - показатели смертности граждан в соответствующих возрастных группах в исследуемом и контрольном районах, случаев на 1000 чел. Для взрослых С1 - С2 = 11, для детей С1 - С2 = 9. Результаты расчета предотвращенного эколого-экономического ущерба здоровью населения от загрязнения атмосферного воздуха города Апатиты сведены в таблицу 4.5. Таблица 4.5 - Результаты расчета предотвращенного эколого-экономического ущерба здоровью населения от загрязнения атмосферного воздуха ПЭУз (для взрослых), млн.руб. ПЭУз (для детей), млн.руб. ПЭУсм (для взрослых), млн.руб. 1,26 0,02 3,31 ПЭУсм (для детей), млн.руб. 0,26 ПЭУ, млн.руб. 4,85 Следует отметить, что эколого-экономический ущерб здоровью населения от загрязнения атмосферного воздуха отражает лишь те потери, которые 170 реализуются в процессе проявления и течения определенного заболевания или иного нарушения здоровья граждан и могут быть непосредственно оценены в денежном выражении. Вместе с тем, неблагоприятная экологическая обстановка может проявляться и другими последствиями, например ослабленное состояние организма человека, врожденные пороки, низкая сопротивляемость организма. Социальный эколого-экономический ущерб, связанный с этими неблагоприятными эффектами, в будущем может сказаться и на значительном увеличении экономического ущерба, точный расчет которого на данном этапе невозможен [114-115]. Результаты расчета предотвращенного эколого-экономического ущерба в результате внедрения системы управления экологической безопасностью намывного техногенного массива АНОФ-2 ОАО «Апатит» в процессе его формирования представлены в сводной таблице 4.6. Таблица 4.6 - Предотвращенный эколого-экономический ущерб Сумма, млн. руб. Статья предотвращенного эколого-экономического ущерба Предотвращенный эколого-экономический ущерб от загрязнения атмосферного воздуха Предотвращенный эколого-экономический ущерб от деградации почв и земель Предотвращенный эколого-экономический ущерб здоровью населения Итого: 3,44 13,34 4,85 21,63 Таким образом, общий предотвращенный эколого-экономический ущерб в результате внедрения системы управления экологической безопасностью намывного техногенного массива АНОФ-2, согласно приведенным выше расчетам, составит более 21 млн. руб., при затратах на внедрение природоохранного мероприятия всего 3 млн. руб. Данный факт позволяет утверждать об экономической эффективности предлагаемого комплекса природоохранных мероприятий. Выводы к четвертой главе 1. Система управления экологической безопасностью намывных техногенных массивов ОАО «Апатит» в процессе их формирования базируется на 171 создании автоматизированной системы производственного экологического мониторинга (ПЭМ) и принятии своевременных управленческих решений на основе экологических закономерностей и прогнозов, полученных в результате обработки систематически обновляющихся данных ПЭМ. 2. Автоматизированная система ПЭМ должна включать в себя 5 стационарных постов мониторинга приземного слоя атмосферного воздуха, каждый из которых оборудован пылемером ИКП-5, цифровым датчиком измерения скорости ветра и температуры WS 100 и цифровым датчиком измерения направления ветра WD 100, и расположенных на высоте 2 м над уровнем намывных пляжей хвостохранилища при помощи метеозондов. 3. Данные с постов мониторинга приземной атмосферы по каналу GSM связи должны непрерывно поступать на центральный пост управления (ЦПУ), где происходит их обработка и хранение, а на основании полученных в ходе обработки результатов происходит наблюдение за текущим состоянием атмосферного воздуха, а также выявление экологических закономерностей и составление прогноза распространения атмохимического ореола загрязнения. 4. Принятие управленческих решений для снижения техногенной нагрузки на территории воздействия намывных массивов должно осуществляться оператором ЦПУ на основании результатов обработки и интерпретации данных ПЭМ, которые непрерывно выводятся на экран ЦПУ в графическом и табличном выражении и, при необходимости, дублируются рекомендациями по оперативной ликвидации очага пылевыделения и своевременному предотвращению распространения атмохимического ореола загрязнения. 5. Согласно экономический проведенному ущерб расчету, предотвращенный от внедрения предложенной системы экологоуправления экологической безопасностью намывных техногенных массивов ОАО «Апатит» в процессе их формирования, составит более 21 млн. руб., при капитальных затратах на реализацию средозащитного мероприятия около 3 млн. руб. 172 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Диссертация представляет собой законченную научно-квалификационную работу, в которой предлагается решение актуальной научно-производственной проблемы: разработка намывных системы техногенных управления массивов в экологической безопасностью процессе их формирования для своевременной оценки и снижения негативного воздействия на селитебные территории городов и промагломераций. Основные научные и практические выводы: 1. Выявлены основные механизмы и последствия загрязнения компонентов природной среды неорганической пылью с хвостохранилища на территории размещения намывных массивов ОАО «Апатит» по результатам анализа ландшафтно-геохимической обстановки, сложившейся под воздействием интенсивной техногенной нагрузки, на селитебной территории города Апатиты. 2. На основании выявленных механизмов загрязнения атмосферного воздуха при помощи программного продукта MapInfo Professional 10.0 построены трехмерные картографические модели распространения атмохимического ореола загрязнения с учетом рельефа местности и технической защищенности намывного массива, которые максимально точно отражают закономерности миграции неорганической пыли с содержанием SiO2 от 70 до 20 % с территории намывного массива АНОФ-2. 3. Разработан и теоретически обоснован способ селективного закрепления открытых пляжей и бортов дамбы намывных техногенных массивов путём разбиения их территории на зоны по степени потенциальной опасности в штатном режиме эксплуатации и при неблагоприятных метеорологических условиях с использованием мобильного комплекса оперативного пылеподавления на базе судна на воздушной подушке. 4. Разработана стратегия управления экологической безопасностью намывных техногенных массивов ОАО «Апатит» в процессе их формирования, которая базируется на автоматизированной системе производственного экологического мониторинга и способе селективного пылеподавления открытых 173 пляжей и бортов дамбы хвостохранилищ с использованием мобильного комплекса оперативного пылеподавления на базе судна на воздушной подушке. 5. Экономически обоснована целесообразность внедрения системы управления экологической безопасностью намывных техногенных массивов ОАО «Апатит» в процессе их формирования выполнено на основе расчета суммарной величины предотвращенных эколого-экономических ущербов от загрязнения компонентов природной среды и эколого-экономического ущерба здоровью населения, которая составила более 21 млн. руб., при этом капитальные затраты на реализацию природоохранного мероприятия составят 3 млн. руб. 174 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. ГОСТ 30772-2001. Ресурсосбережение. Обращение с отходами. Термины и определения. 2. Бобович Б.Б. Переработка промышленных отходов. Учебник для ВУЗов. М.: СП Интермет Инжиниринг, 1999. - 445 с. 3. Федеральный закон от 24.06.1998 года №89-ФЗ «Об отходах производства и потребления» (поправка ФЗ от 21.07.2014 года №261). 4. Приказ Министерства природных ресурсов Российской Федерации от 15.06.2001 года №511 «Об утверждении критериев отнесения отходов 1-5 классов опасности к классу опасности для окружающей природной среды». 5. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2012 году». 6. Пальгунов П.П., Сумароков М.В. Утилизация промышленных отходов. М.: Стройиздат, 1990. - 352 с. 7. Пашкевич М.А. Геохимия техногенеза. Учебное пособие. - СПб.: СПГГИ (ТУ), 2007. - 72 с. 8. Чертко Н.К. Геохимия. Учебное пособие. - Мн.: БГУ, 2008. - 170 с. 9. Вернадский В.И. Научная мысль как планетное явление. http://www.electroniclibrary21.ru/philosophy/vernadskiy/04.shtml. 10. Земельный фонд Российской Федерации на 1 января 2013 года. Федеральная служба государственной регистрации, кадастра и картографии. М.: Росреестр, 2013. - 694 с. 11. Пашкевич М.А. Техногенные массивы и их воздействие на окружающую среду. - СПб.: СПГГИ (ТУ), 2000. - 230 с. 12. Трубецкой К.Н., Уманец В.Н., Никитин М.Б. Классификация техногенных месторождений, основные категории и понятия. Горный журнал. №12. - М.: Руда и металлы, 1989. - С. 27-29. 13. ГОСТ 25100-82. Грунты. Классификация. 175 14. Гальперин А.М., Кириченко Ю.В., Кутепов Ю.И. Комплексный подход к экологически безопасному освоению техногенных массивов. Научно-технический журнал «Горная Промышленность». №5 (99). - М.: Гемос Лимитед, 2011. - C. 22. 15. Гальперин A.M., Фёрстер В., Шеф Х.-Ю. Техногенные массивы и охрана природных ресурсов. Учебное пособие для ВУЗов. Т.1. - М.: МГГУ, 2006. - 391 с. 16. Авдохин В.М. Основы обогащения полезных ископаемых. Т.2. Технология обогащения полезных ископаемых. Учебник. - М.: МГГУ, 2006. 417 с. 17. Гальперин А.М., Кутепов Ю.И., Круподеров В.С., Семенов О.Д. Мониторинг и освоение техногенных массивов на горных предприятиях. Горный информационно-аналитический бюллетень. №2. - М.:МГГУ, 2011. - С. 7-18. 18. Бересневич П.В., Кузьменко П.К., Неженцева Н.Г. Охрана окружающей среды при эксплуатации хвостохранилищ. - М.: Недра, 1993. - 128 с. 19. Огородникова Е.Н., Николаева С.К. Техногенные грунты. - М.: МГУ им. М.В. Ломоносова, 2004. - 250 с. 20. Федеральная служба государственной статистики. Охрана окружающей среды в России. Охрана атмосферного воздуха. 2012 год. http://www.gks.ru/bgd/regl/b12_54/Main.htm. 21. Федеральная служба государственной статистики. Охрана окружающей среды в России. Земельные ресурсы. 2012 год. http://www.gks.ru/bgd/regl/b12_54/Main.htm. 22. Семёнова И.В. Промышленная экология. Учебное пособие. - природопользование. Учебник. - М.: Академия, 2009. - 528 с. 23. Родзевич Н.Н. Геоэкология и М.: Дрофа, 2003. - 256 с. 24. Федеральная служба государственной статистики. Охрана окружающей среды в России. Водные ресурсы. 2012 год. http://www.gks.ru/bgd/regl/b12_54/Main.htm. 25. Алексеенко В.А. Экологическая геохимия. Учебник. - М.: Логос, 2000. – 627 с. 176 26. Секисов Г.В., Таскаев A.A., Воробьев А.Е. Техногенные минеральные объекты. №2. - Институт физики и механики горных пород АН Республики Кыргызстан, 1988. - с.72-75. 27. Голубев Г.Н. Геоэкология. Учебник. - М.: ГЕОС, 2006. - 338 с. 28. Гальперин A.M., Фёрстер В., Шеф Х.-Ю. Техногенные массивы и охрана природных ресурсов. Учебное пособие для ВУЗов. Т.2. - М.: МГГУ, 2006. – 259 с. 29. Гринин А.С., Новиков В.Н. Экологическая безопасность. Защита территории и населения при чрезвычайных ситуациях. Учебное пособие. М.: Фаир-Пресс, 2002. - 336 с. 30. Харитонов В.Г., Ремезов А.В., Сорокина О.В., Сорокина Л.В., Ануфриев В.М. Обогащение полезных ископаемых. Комплексное использование сырья, продуктов и отходов обогащения. Учебное пособие. - Кемерово: КузГТУ, 2006. - 327 с. 31. Перельман А.И. Геохимия. - М.: Высшая Школа, 1989. - 528 с. 32. Кириченко Ю.В. Геоэкологические аспекты формирования техногенных массивов. №6. М.: Геология и разведка, 1999. - С. 124-129. 33. Беляновский Е.С. Моделирование загрязнения атмосферы продуктами пылевой эрозии. Математическое моделирование процессов загрязнения атмосферы на объектах горной промышленности. – Апатиты: Кольский научный центр РАН, 1990. - С. 30-38. 34. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. М.: Химия, 1984. – 448 с. 35. Гальперин A.M., Кириченко Ю.В., Фёрстер В., Шеф Х.-Ю. Геоэкологическое обоснование рекультивации намывных горнотехнических сооружений. Горный журнал. №7. - М.: Руда и металлы, 1988. - С. 56-61. 36. Герасимова М.И., Строганова М.Н., Можарова Н.В., Прокофьева Т.В. Антропогенные почвы: генезис, география, рекультивация. Учебное пособие. – Смоленск: Ойкумена, 2003. - 268 с. 177 37. Измалков А.В. Экологический риск и безопасность при техногенных преобразованиях недр в процессе производства. - М.: ННЦ ГП-ИГД им. А.А.Скочинского, 2004. – 494 с. 38. Барабанов А.В., Калинина Т.А., Киселев А.А., Краснобаев А.И. Гигант в Хибинах. История открытого акционерного общества Апатит. - M.: Руда и металлы, 1999. - 288 с. 39. Брыляков Ю.Е., Гершенкоп А.Ш., Лыгач В. Н. Прошлое, настоящее и основные направления развития технологии обогащения апатит-нефелиновых руд Хибин. Горный журнал. №9. - М.: Руда и металлы, 2014. – С. 32-33. 40. Пожиленко В.И., Гавриленко Б.В., Жиров Д.В., Жабин С.В. Геология рудных районов мурманской области. Учебник. - Апатиты: Кольский научный центр РАН, 2002. – 359 с. 41. Абрамов А.А. Флотационные методы обогащения. Учебник. - М.: Недра, 1984. - 383 с. 42. Брагина В.И., Брагин В.И. Технология обогащения полезных ископаемых. - Красноярск: ИПК СФУ, 2009. - 380 с. 43. Кадастр отходов горно-металлургического производства Мурманской области. Кольский научный центр РАН. http://www.murman.ru/ecology/cadastre/. 44. Федеральная служба государственной статистики. Основные показатели охраны окружающей среды (статистический бюллетень). 2013 год. http://www.gks.ru/wps/wcm/connect/rosstat_main/rosstat/ru/statistics/publications/catal og/doc_1140094699578. 45. ГОСТ 17.2.3.02-78. Охрана природы. Атмосфера. Правила установления допустимых выбросов вредных веществ промышленными предприятиями. 46. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03. Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов. 47. ОНД-86. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ содержащихся в выбросах предприятий. - ГГО им. А.И. Воейкова Госкомгидромета. 178 48. Рекомендации по разработке проектов санитарно-защитных зон промышленных предприятий, групп предприятий. Комитет по архитектуре и градостроительству города Москва. Научно-исследовательский и проектный институт генерального плана города Москва. - М.: Издательство Российского экологического федерального информационного агентства, 1998. 49. ПБ-06-123-96. Правила безопасности при эксплуатации хвостовых, шламовых и гидроотвальных хозяйств. – Белгород: ВИОГЕМ, 1997. 50. Звонарь А.Ю., Шалль Э.Э. Экологическая политика ОАО «Апатит». Горный журнал. №9. – М.: Руда и металлы, 2009. – С. 95-99. 51. РД 52.04.306-92. Охрана природы. Атмосфера. Руководство по прогнозу загрязнения воздуха. 52. РД 52.04.52-85. Методические указания. Регулирование выбросов при неблагоприятных метеорологических условиях. 53. Антоненко JI.K., Зотеев В.Г., Коваленко А.И. и др. Основы проектирования, строительства и эксплуатации хвостохранилища большой вместимости. Горный журнал. №11. - М.: Руда и металлы, 1990. - с. 43-46. 54. Зотеев В.Г., Черкашенко Н.А. Экология хвостохранилищ большой емкости. / Maтериалы IV Международного симпозиума «Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях». - Белгород: ВИОГЕМ, 1997. – С. 42-47. 55. Стриженок А.В. Экологическая оценка северных экосистем, подвергающихся воздействию горной промышленности. Записки Горного института. Т.195 «Полезные ископаемые России и их освоение». - СПб.: СПГГУ, 2012. – с. 171-173. 56. Приймак Т.И., Зосин А.П., Федоренко Ю.В. Экологические аспекты процессов геохимической трансформации хвостов обогащения апатит- нефелиновых руд Хибинского месторождения. – Апатиты: Кольский научный центр РАН, 1998. - 51 с. 179 57. Маслобоев В.А. и др. Численное моделирование процессов пыления хвостохранилища АНОФ-2. Вестник МГТУ. Т.17. Выпуск 2. М.: МГТУ, 2014. С. 376-384. 58. ГОСТ 12536-79. Грунты. Методы лабораторных определений гранулярного и микроагрегатного состава. 59. ISO 13320-1:1999. Гранулометрический анализ. Методы лазерной дифракции. 60. Пашкевич М.А., Стриженок А.В. Оценка антропогенной нагрузки в районе расположения хранилища отходов обогащения апатит-нефелиновых руд. Известия Тульского государственного университета. Выпуск 2. - Тула: Издательство ТулГУ, 2012. - C. 35-42. 61. ГОСТ 5180-84. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик. 62. СанПиН 2.1.6.1032-01. Гигиенические требования к обеспечению качества атмосферного воздуха населенных мест. 63. Пашкевич М.А., Стриженок А.В. Анализ ландшафтно-геохимической обстановки в ОАО «Апатит». районе Записки расположения Горного хвостового института. хозяйства Т.206 АНОФ-2 «Проблемы недропользования». - СПб.: Горный университет, 2013. - с. 155-160. 64. ГОСТ 17.2.3.01-86. Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населенных пунктов. 65. Albarede F. Geochemistry. - Cambridge University Press, 2012. - 357 p. 66. Пашкевич М.А., Стриженок А.В. Экологический мониторинг и оценка негативного воздействия отходов переработки (хвостов) апатит-нефелиновых руд на окружающую природную среду северных территорий. Сборник научных трудов «Новые исследования в материаловедении и экологии». Выпуск 12. - СПб.: Петербургский государственный университет путей сообщения, 2012. - С.62-67. 67. Стриженок А.В., Пашкевич М.А. Мониторинг и оценка пылевыделения с поверхности хвостохранилища АНОФ-2 ОАО «Апатит». Материалы XVI международной экологической конференции студентов и молодых учёных 180 «Горное дело и окружающая среда. Инновационные и высокие технологии XXI века». – М.: МГГУ, 2012. С. 106-113. 68. Brook D., Cale S.A., Martin P.L., Routh D. Monitoring on tailings dams. Review and recommendations. Bulletin 104. ICOLD. Committee on mine and industrial tailings dams. - Paris, 1996. - 145 p. 69. Сердюцкая Л.Ф. Техногенная экология. Математико-картографическое моделирование. - М.: URSS, 2009. - 226 с. 70. ГН 2.1.6.1338-03. Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест. 71. Ивченко Г.И., Медведев Ю.И. Введение в математическую статистику. Учебник. - М.: Издательство ЛКИ, 2010. - 600 с. 72. Тикунов В.С. Моделирование в картографии. Учебник. - М.: Издательство МГУ, 1997. - 405 с. 73. Добрякова В.А. Основы Mapinfo. Учебное пособие для студентов ОДО специальностей "География", "Геоэкология", "Природопользование". - Тюмень: ТГУ, 2006. - 81 с. 74. Бугаевский Л.М., Цветков В.Я. Геоинформационные системы. Учебное пособие для вузов. - М.: Златоуст, 2000. - 222с. 75. Мурзинцев П.П. Инженерное управление территориями (использование ГИС MapInfo в зонировании городов). Учебное пособие. - Новосибирск: СГГА, 2008. - 105 с. 76. Журкин И.Г., Шайтура С.В. Геоинформационные системы. - М.: Кудицпресс, 2009. - 273 с. 77. Овчинников В.А. Программирование для MapInfo на примерах. Учебник. – Москва, 2011. - 181 с. 78. Самардак А.С. Геоинформационные системы. Учебное пособие. Владивосток: ТИДОТ ДВГУ, 2005. - 123 с. 79. Стриженок А.В. Оценка влияния отходов переработки апатит- нефелиновых руд на компоненты окружающей природной среды в высоких широтах. Материалы Международной научно-практической конференции 181 молодых ученых и студентов «Опыт прошлого - взгляд в будущее». - Тула: ТулГУ, 2011. - С. 325-328. 80. Щербакова Е.П. К вопросу о рекультивации техногенных образований. Горный информационно-аналитический бюллетень. №7. - М.: МГГУ, 2003. - C. 72-77. 81. Шувалов Ю.В., Асад Мохаммад, Бульбашев А.П. Предотвращение пылегазовых выбросов и снижение запыленности атмосферы в карьерах. Научные доклады четвертой международной конференции «Экология и развитие Северо-запада России» СПб.: МАНЭБ, 1999. - C. 27-31. 82. Ветошкин А.Г. Защита атмосферы от газовых выбросов. Учебное пособие по проектированию. - Пенза: ПГУ, 2004. - 271с. 83. Михейкин С.В., Смирнов А.Ю., Алексеев А.Н., Пронина Л.В. и др. Интерполиэлектролитные комплексы для закрепления поверхности и предотвращения пылепереноса, ветровой и водной эрозии хвостохранилищ, золоотвалов и других дисперсных систем. Горный информационно-аналитический бюллетень. №3. - М.: МГГУ, 2004. - С. 49-52. 84. Головин К.А., Сапронов И.В. Прочность закрепленного массива при применении технологии перекрестной гидроструйной цементации. Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Выпуск 10. - Тула: ТулГУ, 2013. C. 133-137. 85. Чижов Е.А., Рыбаков Ю.С., Пирмагомедов Д.А. Опыт химической рекультивации техногенных образований. Горный журнал. №1. - М.: Руда и металлы, 2000. - С. 29-31. 86. Кучеревский В.В., Мазур А.Е., Доценко А.Н. Опыт биологического закрепления пылящей поверхности действующих хвостохранилищ. Горный журнал. №7. - М.: Руда и металлы, 1989. - С. 76-82. 87. Пашкевич М.А., Стриженок А.В. Снижение негативного воздействия техногенных массивов на качество атмосферного воздуха. Материалы 8-ой Международной строительства конференции и энергетики по проблемам горной «Социально-экономические промышленности, и экологические 182 проблемы горной промышленности, строительства и энергетики». Т.2. - Тула: ТулГУ, 2012. - С. 299-306. 88. Дикарев В.И., Рогалев В.А., Денисов Г.А., Доронин А.П. Методы и средства защиты человека и окружающей среды. - СПб.: МАНЭБ, 1999. - C. 35-39. 89. Мочалов В.И., Мосин С.В. Анализ существующих способов и средств пылеподавления на хвостохранилищах железорудных горно-обогатительных комбинатов. Горный информационно-аналитический бюллетень. №5. - М.: МГГУ, 2000. С. 132-139. 90. Патент на изобретение RU №2045658 «Устройство для противопылевого закрепления поверхности отвала дисперсных отходов». 1995 год. 91. Патент на изобретение SU №1520251 «Способ закрепления пылящей поверхности грунта». 1989 год. 92. Патент на изобретение SU №1305384 «Способ борьбы с пылью на хвостохранилищах и устройство для его осуществления». 1987 год. 93. Патент на изобретение SU №1084465 «Способ закрепления пылящей поверхности». 1984 год. 94. Патент на изобретение SU №1283419 «Способ пылеподавления на отвалах и/или хвостохранилищах». 1987 год. 95. Патент на изобретение RU №2014471 «Состав для закрепления пылящих поверхностей». 1994 год. 96. Патент на полезную модель RU №53682 «Устройство для распределения жидкого вяжущего в грунт». 2006 год. 97. Патент на изобретение RU №2084636 «Способ закрепления пылящих поверхностей». 2006 год. 98. Патент на изобретение RU №2175065 С2 «Устройство для закрепления пылящих поверхностей хвостохранилищ и отвалов горных пород». 2001 год. 99. Патент на изобретение RU №2272147 С1 «Способ пылеподавления на пляжах хвостохранилища и устройство для его осуществления». 2006 год. 100. Пашкевич М.А., Стриженок А.В. Технология закрепления пылящих поверхностей намывных техногенных массивов. Материалы работ молодёжной 183 научной конференции «Студенты и молодые учёные инновационной России». СПб.: СПбГПУ, 2013. - С 194-196. 101. Стриженок А.В. Способ снижения аэрозольного загрязнения атмосферного воздуха в процессе формирования намывных техногенных массивов. Материалы 9-ой Международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики «Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики». Т.2. - Минск: БНТУ, 2013. - С.260-264. 102. Сычев В.В., Вассерман А.А., Козлов А.Д., Спиридонов Г.А., Цымарный В.А. Термодинамические свойства воздуха. - М.: Издательство стандартов, 1978. - 276 с. 103. Методическое пособие по расчету выбросов от неорганизованных источников в промышленности строительных материалов. – Новороссийск: ЗАО «Нипиотстром», 2000. - 45 с. 104. Федеральный закон от 10.01.2002 №7-ФЗ «Об охране окружающей среды» (поправка ФЗ от 29.12.2014 года). 105. Стриженок А.В., Пашкевич М.А. Снижение техногенной нагрузки хранилищ отходов обогащения на атмосферный воздух. Труды XVII Международного симпозиума имени академика М.А. Усова студентов и молодых учёных, посвящённого 150-летию со дня рождения академика В.А. Обручева и 130-летию со дня рождения академика М.А. Усова, основателей Сибирской горно-геологической школы «Проблемы геологии и освоения недр». - Томск: ТПУ, 2013. - С. 623-625. 106. Фарзане Н.Г., Илясов Л.В. Автоматические детекторы газов. - М.: Энергия, 1972. – 168 с. 107. Грицков В.В. Об опыте работы по формированию системы горноэкологического мониторинга. Материалы I Всероссийского совещания "Мониторинг геологической среды на промышленности. М.: МГГУ, 1999. – С. 10-13. объектах горнодобывающей 184 108. Гальперин A.M. Управление состоянием намывных массивов на горных предприятиях. - М.: Недра, 1988. - 199 с. 109. Дайман С.Ю., Островкова Т.В., Заика Е.А., Сокорнова Т.В. Системы экологического менеджмента для практиков. - М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2004. - 248 с. 110. Черкашенко П.А. О некоторых мерах по повышению экологической безопасности хвостохранилищ. Горный журнал. №12. - М.: Руда и металлы, 1995. - С. 72-77. 111. Антоненко T.K., Зотеев В.Г. Проблемы безопасной эксплуатации хвостохранилищ и пути их решения. Горный журнал. №1. - М.: Руда и металлы, 1988. - С. 65-67. 112. Белов Г.В. Экологический менеджмент предприятия. Учебное пособие. - М.: Логос, 2006. - 240 с. 113. Данилов-Данильян В.И. Временная методика определения предотвращенного эколого-экономического ущерба. – М.: Государственный комитет РФ по охране окружающей среды, 1999. - 41 с. 114. Дмитриев С.Г., Ревич Б.А., Сидоренко В.Н. Методика оценки экономического ущерба здоровью населения от загрязнения атмосферного воздуха. Пособие по региональной экологической политике. - М.: Акрополь, ЦЭПР, 2006. - 42 с. 115. Федеральная служба государственной статистики. Охрана окружающей среды в России. Здравоохранение http://www.gks.ru/bgd/regl/b13_34/Main.htm. в России. 2013 год.
