Содержание к диссертации
Введение
1. Оценка современного состояния разработки проблемы геоэкологической оценки состояния компонентов природной среды
1.1. Основные особенности освоения месторождений благород-ных металлов в Дальневосточном регионе и оценки их влияние на окружающую среду
1.2. Состояние вопроса изученности проблемы влияния минерально-сырьевого комплекса на окружающую среду
1.3. Применяемые методы и механизмы обеспечения экологической безопасности и их предметная оценка
1.4. Теория и методы оценки техногенного воздействия на окружаюшую среду
1.5. Особенности экологического мониторинга на основе геоинформационных технологий
1.6. Краткие выводы 48
2. Характеристика объекта исследования и обоснование комплекса методик исследований
2.1. Общая характеристика района исследования 50
2.1.1. Природная характеристика района исследования 51
2.2. Определение алгоритма, непосредственного объекта и комплекса методик экспериментальных и теоретических иссле дований
2.3. Краткая характеристика предприятия как источника загрязнения
2.3.1. Анализ современного состояния хвостохранилища 63
2.4. Обоснование комплекса методик геосистемного импактного мониторинга
2.4.1. Методы оценки загрязнения атмосферного воздуха 65
2.4.2. Методы оценки загрязнения почв и растительности 67
2.4.3. Картографический метод исследования с использованиєм ГИС - технологий
2.5. Краткие выводы 74
3. Оценка техногенного воздействия на атмосферный воздух в зоне влияния горно-перерабатывающего предприятия
3.1. Характеристика источников загрязнения приземной атмосферы
3.2. Мониторинг загрязняющих веществ в атмосферном воздухе в зоне действия горно-перерабатывающего предприятия
3.3. Моделирование распространения примесей в атмосфере и зонирование территории влияния
3.4. Анализ 3-D моделей рельефа и моделей распространения загрязняющих веществ в воздухе
3.5. Краткие выводы 92
4. Установление влияния техногенного воздействия на лито-, гидросферу и биоту
4.1. Исследование отходов переработки золоторудного сырья как источника техногенного воздействия на окружающую среду
4.2. Исследование влияния хвотохранилища на гидросферу 105
4.3. Исследования загрязнения почвенно-растительного покрова
4.3.1. Экспериментальные исследований содержания тяжелых металлов в почвах
4.3.2. Исследование влияния абиотических факторов на биотическую компоненту
4.4. Краткие выводы 127
5. Комплексная оценка воздействия горнопромышленного предпри- ятия на основные компоненты природной среды
5.1. Обоснование методики оценки и показателей техногенной нагрузки на основные компоненты природной среды
5.2. Расчет показателей техногенной нагрузки на атмосферу 131
5.3. Расчет показателей техногенной нагрузки на гидросферу 139
5.4. Расчет показателей техногенной нагрузки на почвы 145
5.5. Краткие выводы 148
6. Обоснование методов повышения экологической безопасности горно-перерабатывающего предприятия
6.1. Разработка мероприятий по экологическому менеджменту 149
6.2. Разработка мероприятий по снижению выбросов в атмосферу 155
6.3. Совершенствование технологии обезвреживания цианидсодержащих стоков
6.4. Краткие выводы 162
Заключение 163
Список используемых источников
- Состояние вопроса изученности проблемы влияния минерально-сырьевого комплекса на окружающую среду
- Определение алгоритма, непосредственного объекта и комплекса методик экспериментальных и теоретических иссле дований
- Мониторинг загрязняющих веществ в атмосферном воздухе в зоне действия горно-перерабатывающего предприятия
- Исследования загрязнения почвенно-растительного покрова
Введение к работе
Актуальность работы. Проблема загрязнения окружающей среды особо остро стоит для регионов, основой экономики которых является деятельность предприятий по добыче и переработке минерального сырья. Хабаровский край является одним из ведущих регионов России по добыче золота. В 2010 году в крае добыто более 15 тонн золота.
Использование природных ресурсов на территории при интенсивном экономическом развитии часто предусматривает получение максимальных краткосрочных результатов, что не всегда согласуется с потенциальными возможностями региона и, как следствие, в конечном итоге приводит к деградации природных экосистем. Экологические проблемы в районах добычи и переработки минерального сырья носят комплексный характер, так как в техногенные миграционные потоки вовлекаются все основные источники распространения загрязняющих веществ. При разработках месторождений открытым способом особое значение приобретает воздушный перенос загрязняющих веществ. Негативное воздействие горного производства на окружающую среду существенно видоизменяет литосферу, гидросферу, атмосферу, а также её естественную био-ту.
В настоящее время экологическое состояние природной среды в зоне действия горных предприятий остается достаточно напряженным, а уровень контроля загрязнения при рудной золотодобыче недостаточен. В связи с этим актуальны исследования по моделированию процессов переноса и накопления загрязняющих веществ на определенной территории с использованием информационных технологий, реализация которых позволяет прогнозировать уровень негативного воздействия от источников выбросов. Для решения подобного круга задач природоохранной деятельности важным моментом является разработка новых принципов и методов оценки состояния окружающей среды с учетом всех видов антропогенного воздействия с использованием современных геоинформационным системам (ГИС). Мониторинг подразумевает работу с большим объемом информации, поэтому трудоемкий процесс сбора, хранения и обработки аналитических данных все большее число исследователей проводит с использованием современных информационных технологий и созданных на их основе современных ГИС-технологий.
В целом, в горнопромышленных районах деградация природной среды вызывает разнообразные негативные эффекты в среде обитания человека. Столь сложная обстановка ставит оценку геоэкологической ситуации и способы снижения нагрузки на компоненты природной среды в зоне действия горно-перерабатывающих предприятий в ряд важных и актуальных научных задач.
Работа выполнялась по плановым темам НИР Учреждения Российской академии наук Института горного дела ДВО РАН: «Создание научных основ предупреждения кризисных ситуаций в горнопромышленных районах российского Дальнего Востока» (отчет ГР№ 012000613511); в рамках инновационного проекта № 14-ИН-09 ДВО РАН «Разработка технологии и оборудования
для переработки техногенных золотосодержащих продуктов», проекта отделения наук о Земле № 09-I-08-OH3 «Научное обоснование эффективных методов обогащения труднообогатимого минерального сырья».
Основная научная идея - геоэкологическая оценка структуры атмо-, лито-и гидрохимических ореолов и потоков загрязнения различной контрастности должна производиться путем проведения расчетного и экспериментального мониторинга комплексом современных аналитических методов с использованием ГИС-технологий для анализа пространственно-временных закономерностей распространения загрязнений, которые позволят дать достоверный прогноз развития геоэкологической ситуации для целей экологического менеджмента.
Цель работы - выполнить геоэкологическую оценку базовых компонентов природной среды в зоне действия горно-перерабатывающего предприятия и разработать мероприятия по обеспечению экологической безопасности горного производства.
Объект исследования - природно-горнотехническая система в горнопромышленном районе при рудной золотодобыче.
Предмет исследования - источники загрязнения, механизмы и условия формирования техногенных аномалий в почвогрунтах, водоемах и приземной атмосфере.
Задачи исследования:
Выявить закономерности появления и распространения токсичных элементов в атмосфере в зависимости от природы источников пылевыделения и природно-климатических характеристик на основе экологического мониторинга с использованием ГИС-технологий; обосновать критерии зонирования территории по комплексному индексу загрязнения атмосферы.
Оценить основные загрязнители водного бассейна и особенности основных гидрохимических потоков; дать оценку отходов переработки золоторудного сырья как источника загрязнения экосистем на основе экспериментальных исследований вещественного и компонентного состава отходов.
Развить и адаптировать методы комплексной геоэкологической оценки состояния базовых компонентов природной среды в зоне действия горно-перерабатывающего предприятия с учетом полифакторного воздействия.
Обосновать методы повышения экологической безопасности при рудной золотодобыче и провести их эколого-экономическую оценку.
Методы исследования. Системный анализ источников и факторов техногенного воздействия при рудной золотодобыче на компоненты природной среды; аналитические, ландшафтно-геохимические, экспериментальные исследования в полевых и лабораторных условиях; методы математической статистики, аналогового и численного моделирования; современные высокоточные методы анализа. В исследовании использовались различные методы познания, основные из них - маршрутные исследования, методы систематизации и научного обобщения, моделирование, анализ данных дистанционного зондирования Земли и
др.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: полевыми исследованиями, надежностью применяемых методов,
достоверностью используемой исходной информации, апробацией полученных результатов в кругу специалистов данной области знания, применением современных методов математической обработки полученных данных. Научные положения, выносимые на защиту:
Комплексный анализ поступающих в окружающую среду пылегазовых выбросов с использованием ГИС-технологий позволяет определять интегральную характеристику степени загрязнения приземного слоя атмосферы и проводить зонирование территории горно-перерабатывающего предприятия.
Обоснование механизма влияния абиотической составляющей экосистемы на биотическую компоненту достигается на основе и в комплексе: анализа минералого-химических особенностей источников загрязнения и интерпретации данных экологического мониторинга почвенно-растительного покрова и основных гидрохимических потоков в локальной зоне влияния.
Геоэкологическая оценка и эффективные мероприятия по повышению экологической безопасности горно-перерабатывающего предприятия базируются на оценочных показателях техногенной нагрузки на компоненты природной среды и картах экологического состояния территории.
Личный вклад автора заключается в: разработке методологии исследований, постановке целей и задач, планировании и проведении экспериментов, отборе проб в полевых условиях, обработке и анализе полученных данных, подготовке публикаций. Автором выполнен основной объем исследований, проведен анализ полученных данных, сформулированы основные положения диссертации, составляющие ее новизну и практическую значимость.
Научная новизна работы:
Разработан метод комплексной оценки геоэкологической обстановки в зоне действия горно-перерабатывающего предприятия, включающий методику оценки нагрузки на основные компоненты природной среды с учетом показателей относительной агрессивности загрязняющих веществ с использованием ГИС-технологий.
Выявлены закономерности пространственного распространения примесей в атмосфере, позволившие обосновать зоны экологической напряженности по комплексному индексу загрязнения атмосферы.
Установлены факторы и закономерности влияния вещественных характеристик отходов и климатических параметров на интенсивность и структуру атмо-, лито-, гидрохимических ореолов и потоков загрязнения тяжелыми металлами (ТМ) различной контрастности от хвостохранилища золотоизвлека-тельной фабрики.
Впервые с использованием ГИС-технологий составлены крупномасштабные экологические карты исследуемого района для целей экологического менеджмента.
Практическая значимость. Предложен системный подход к комплексной оценке геоэкологической ситуации в зоне действия горно-перерабатывающего предприятия. Разработанные алгоритм и методика геоэкологической оценки территории горнопромышленного освоения являются основой для принятия эколо-го-ориентированных решений в области развития горнопромышленного комплекса; в нормировании качества окружающей среды; в практике экологического контроля.
С использованием дистанционных методов зондирования Земли составлены растровые 3D модели рельефа исследуемого района, совмещенные с пространственной картосхемой загрязнения приземного слоя атмосферы, которые являются основой для оптимизации сети опробования и установки дополнительной передвижной аппаратуры для мониторинга атмосферного воздуха.
Составлены крупномасштабные экологические карты исследуемого района, отражающие нагрузку на базовые компоненты природной среды для целей экологического менеджмента.
Обосновано внедрение нового метода обезвреживания цианистых стоков методом БОг/воздух.
Результаты исследований переданы и приняты в виде «Рекомендации по комплексной оценке территории горнопромышленного освоения на основе ГИС-технологий» в Департамент Федеральной службы по надзору в сфере природопользования по Дальневосточному федеральному округу (Департамент Роспри-роднадзора по Дальневосточному округу), в Дальневосточное управление Рос-технадзора (письмо Росприроднадзора № 17-30/5154 от 13.12.11 г., письмо Рос-технадзора от 06.03.2012 г. № 01/б/н.).
Методика геоэкологической оценки территории горнопромышленного освоения с использованием ГИС-технологий (на примере ЗАО «Многовершинное») и картографический материал внедрен в учебный процесс ТОГУ. Материалы предназначены для студентов экологического направления, а также для слушателей Факультета переподготовки и повышения квалификации по направлению оценки воздействия техногенных факторов на окружающую среду (акты внедрения от 10.10.2011 г.).
Апробация работы. Основные результаты и научные положения работы представлялись на международных и всероссийских научных мероприятиях: Международная научная конференция «Неделя горняка» (г. Москва, 2009-Пг.г.); III Международная научная конференция «Проблемы комплексного освоения георесурсов», (г. Хабаровск, 2009 г.); II Международный экологический конгресс ELPIT 2009 (г. Тольяти, 2009 г.), IX Всероссийская научно-практическая конференция «Кулагинские чтения» (г. Чита, 2009 г.), VIII международная научно-техническая конференция «Современные технологии освоения минеральных ресурсов» (г. Красноярск, 2010 г.); IV Международная научно-техническая конференция «Проблемы комплексного освоения георесурсов» (г. Хабаровск, 2011 г.), научная конференция «Эволюция биогеохимических систем (факторы, процессы, закономерности) и проблемы природопользования» (г. Чита, 2011 г).
Публикации: По результатам выполненных исследований автором опубликовано 18 печатных работ, из них 11 в изданиях рекомендованных ВАК МОН РФ.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения, приложений и списка литературы из 196 наименований. Работа изложена на 178 страницах машинописного текста, содержит 49 рисунков и 36 таблиц.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю д.т.н. Александровой Т.Н., искренне благодарит зав. лабораторией экологических проблем освоения минеральных ресурсов, к.г.-м.н. Грехнева Н.И. за научное консультирование на всех этапах работы, а также выражает свою признательность сотрудникам лабораторий экологических проблем освоения минеральных ресурсов и процессов извлечения полезных компонентов из руд и россыпей за содействие в проведении экспериментальных исследований.
Состояние вопроса изученности проблемы влияния минерально-сырьевого комплекса на окружающую среду
Воздействие горного производства на окружающую среду, в отличие от большинства других отраслей промышленности, носит объемный характер, существенно видоизменяя литосферу, гидросферу, атмосферу, а также почвенно-растительный покров, включая её естественную биоту. Техногенное нарушение литосферы абсолютно неизбежно, так как только таким путем достигается главная цель - добыча минерального сырья.
Освоение месторождений полезных ископаемых на Дальнем Востоке, включающее, главным образом, добычу, переработку и обогащение руд, относится к приоритетным отраслям горной промышленности, поэтому задача оценки влияния предприятий горнопромышленного комплекса на деформацию природной среды имеет первостепенное значение не только для сохранения природных систем региона, но и для экологически безопасного развития горного производства. В то же время, применение системного подхода при оценке экологичности горно-промышленных предприятий позволяет выявлять и учитывать наиболее значимые факторы горного техногенеза, снижение которых может послужить основой при формировании региональной экологической политики в регионе [3-5].
Горное производство, на сегодняшний день является одним из основных видов деятельности человека и оказывает масштабное воздействие на все компоненты окружающей среды. Экологическими проблемами горного произвол 16
ства занимались и внесли большой вклад М.И. Агошков, К. Н. Трубецкой, Ю.П. Галченко, Ельчанинов Е.А.,Л.А. Пучков, В.Д. Горлова, М.Е. Певзнер, М.А. Пашкевич, Н.Н. Чаплыгин, Ю.М. Овешников, М.А. Мязин, Г.В. Секисов, Б.Г. Саксин, Н. И. Грехнев, Л. Т. Крупская, Т. Н. Александрова и многие др.
Практически преодолев кризис горной промышленности на Дальнем Востоке, в научных кругах вновь выдвинута проблема воздействия горной промышленности на окружающую среду. В настоящее время накоплен достаточно большой опыт по геоэкологической оценке антропогенных нагрузок и мониторингу состояния окружающей среды, основанный на разнообразных методиках и подходах. В наибольшей мере негативные воздействия на природу оказывают открытые горные работы, при которых площади земель отчуждаемых под карьеры, отвалы и другие производственные объекты, в десятки раз выше, чем при подземной разработке месторождений. В свою очередь, воздействие подземных горных работ на природу может, по своим последствиям, оказаться более опасным из-за глубоко проникновения в земную толщу горных выработок. При относительно меньшем негативном воздействии подземных работ на поверхности Земли, недостаточно полная современная оценка экологического ущерба может привести к общим серьезным экономическим и экологическим последствиям.
Основные виды и результаты воздействия горного производства на различные компоненты природной среды приведены в таблице 1.2. [6-7]. Таблица 1.2. Основные виды и результаты воздействия горного производства на различные компоненты природной среды Компоненты среды Воздействие на компоненты среды Результаты воздействия
Водный бассейн: воды подземные, воды поверхностные Осушение месторождения, сброс сточных и дренажных водОсушение и трансформация с поверхностных водоемов и водотоков; сброс сточных и дренажных вод, водозабор для технических и бытовых нужд предприятий Уменьшение запасов подземных, грунтовых и поверхностных вод; нарушение гидрогеологического и гидрологического режимов Загрязнение водного бассейна сточными и дренажными водами; ухудшение качества вод в результате неблагоприятных изменений гидрохимических и биогеохимических режимов поверхностных и подземных вод
Воздушный бассейн Организованные и неорганизованные выбросы газово-аэрозольных смесей в атмосферу Загрязнение (запыление и загазованность) атмосферы
Природный ландшафт Нарушение эстетики ландша-та; проведение горных выработок, формирование отвалов, гидроотвалов, хвосто- и водохранилищ.Строительство промышленных и гражданских сооружений. Прокладка дорог и других видов коммуникаций Деформация земной поверхности. Нарушение почвенного покрова.Сокращение площадей продуктивных угодий; ухудшение качества почв, изменение облика территории. Изменение гидрологического режима грунтовых и поверхностных вод; осаждение пыли и химических соединений вследствие выбросов в атмосферу; эрозионные процессы.
Флора и фауна Выделение горных отводов, обустройство промышленных зон и площадок; вырубка лесов; нарушение почвенно-растительного покрова; производственные и бытовые шумы. Ухудшение условий существования лесной, степной и водной флоры и фауны. Миграция и сокращение численности диких животных; снижение биоразнообразия; снижение урожайности сельскохозяйственных культур; снижение продуктивности животноводства, рыбного и лесного хозяйства
Недра Изменение качества и свойств литосферы, углубление зон окисления, провалы в выработанных горных полях Изменение напряженно-деформированного состояния массива горных пород. Снижение качества полезных ископаемых в зонах окисления и гипергенеза; загрязнение недр; развитие карстовых процессов. Отмеченные процессы и явления, вызванные интенсивной и нерациональной горно-хозяйственной деятельностью осуществляющейся без учёта специфики легкоранимых горных экосистем и оказывают ощутимое экологическое влияние не только на геологическую среду, но и на атмосферу, гидросферу, биосферу, и в целом на всю природу и жизненный уклад поселений.
Эффективное природопользование вообще, и недропользование в частности, достигается реализацией экосистемного подхода, предусматривающего применение прогрессивных способов экологизации производства в сочетании с учетом основных свойств ландшафтов, особенно их интегральной устойчивости к антропогенным воздействиям [8].
Как известно, окружающая природная среда обладает свойствами самоочищения и самовосстановления, т.е. определенной экологической емкостью, потенциал которой определяется конкретными природными условиями. Соответственно, экологическая емкость экосистем имеет свои пределы по отношению к оказываемым к ним техногенным воздействиям, и нарушение этого соотношения приводит к снижению безопасности горного производства как для сохранения биологического разнообразия на экосистемном уровне, так и сохранения природно-ресурсного потенциала в целом [4,9,10].
Специфика горного производства такова, что горная промышленность дает треть всех образующихся в мире отходов, а, на Дальнем Востоке ее вклад в загрязнение окружающей среды достигает 60 %. [11]. Проблема отходов горнопромышленного комплекса оказывает значительное воздействие на окружающую среду: в атмосферу выбрасывается около 50 млн. т вредных веществ, в водоемы сбрасывается более 2 млрд. м3 загрязнённых сточных вод и складируется на поверхности земли более 8 млрд. т твёрдых отходов в год. Объем добычи полезных ископаемых в нашей стране практически удваивается через каждые 10 лет, но при этом в готовую продукцию переходит не более 5% добытого сырья, общий же коэффициент хозяйственного использования обществом составляет 1-2%. Вся же остальная масса - 95% в виде отходов возвращается в природную среду, загрязняя ее. Только в России на поверхности земли ежегодно складируется 4,5 млрд. т отходов производства и потребления. Общее количество накопленных отходов составляет 50 млдр.т, а под складирование занято более 250 тыс. га земельных площадей. Все это подтверждает выводы ученых о том, что основная причина отрицательного воздействия на окружающую среду состоит не столько в росте производства, сколько в отсутствии комплексной переработки полезных ископаемых, а также утилизации отходов [7,12,13].
В экологическом отношении рудные месторождения и их первичные ореолы представляют собой природные очаги химического загрязнения среды тяжелыми металлами, а возникающие при промышленном освоении продукты тех-ногенеза формируют химически опасные ореолы и потоки рассеивания, негативно влияющие на экологическое состояние экосистем. Разработка месторождения полезного ископаемого приводит к изменению основных физико-химических свойств литосферы, в том числе ее экологических функций - геодинамической, геофизической, ресурсной и геохимической. Изучение параметров геохимической функции литосферы и их изменения в процессе разработки месторождения является одной из целевых задач эколого-геохимической оценки их потенциальной или реальной опасности. Месторождения полезных ископаемых как потенциальный источник токсичных химических элементов и их соединений представляют опасность для состояния и жизнедеятельности биоты и человека, в основном, при извлечении из недр Земли полезных ископаемых и их переработки. Аномальные геохимические поля чаще связаны с изменением химии природной среды, а также накоплением в процессе переработки и обогащения первичного минерального сырья высокотоксичных подвижных соединений [14].
Определение алгоритма, непосредственного объекта и комплекса методик экспериментальных и теоретических иссле дований
Разгрузка мельниц, как шаровых, так и самоизмельчения, первоначально подвергалась гравитационному обогащению в отсадочных машинах МОД -2 М. Грубый гравитационный концентрат отсадочных машин поступал в доводочное отделение для доводки на концентрационных столах и получения шлихового золота (золотой «головки»), отправляемой в плавку. Хвосты гравитационной доводки возвращали в цикл измельчения. Извлечение в золотую «головку» составляло 12 %.
Измельченный продукт крупностью 80% класса - 74 мкм (по проекту - 95 - 97 %) после отделения щепы на барабанных грохотах подвергается сгущению до 50 % твердого в двух радиальных сгустителях диаметром 50 м. Сгущенная пульпа поступает в цикл сорбционного цианирования со смолой AM - 2Б. Десорбцию золота из насыщенной смолы осуществляют раствором тиомочевины, проводят электролиз золотосодержащих растворов с последующим получением лигатурного золота (сплав Доре). Позднее была проведена реконструкция фабрики, в результате которой мельницы «Каскад» были оснащены бутарами сливного типа, что позволило отказаться от вывода Гали и работать с добавкой шаров одновременно двумя измельчительными блоками [140]. В целях сохранности золота пришлось отказаться от гравитационного выделения золотой «головки», извлекая все золото на гидрометаллургическом переделе. В результате производительность по руде превысила проектные показатели, извлечение достигло проектного уровня. Выпуск золота в 1999 г. составил 1,13 т, в 2000 г. - 3,2 т. [141,142]. Для обезвреживания стоков на ЗИФ действует обезвреживающая установка для нейтрализации остаточного цианида гиплохлоритом кальция. Хвосты ЗИФ складируются в расположенном в 2 км хвостохранилище, рассчитанном на 20 лет работы фабрики.
Наращивание темпов горно-добычных работ здесь способствует масштабному негативному изменению всех компонентов биосферы. Наибольший риск и опасность представляет хвостохранилище ЗИФ, которое располагается в долине ручья Бирсалали с притоком ручья Грозового.
Хвостохранилище предназначено для складирования хвостовой пульпы, представляющее собой сооружение образованное каменно-земляной дамбой, высота дамбы 380 м, площадь 59,8 га.
Подземные воды в долине реки Бирсалали циркулируют в трех водоносных горизонтах: верхнечетвертичных аллювиальных отложений; коренных пород зоны региональной трещиноватости; зон тектонических разломов. Водоносные горизонты имеют между собой тесную гидравлическую связь. В целом поток подземных вод направлен вниз по течению ручья, разгружаясь в русло р.Левый Ул.
В качестве противофильтрационного элемента выполнен суглинистый экран толщиной 1,5м по всей чаше хвостохранилища. Плотность скелета грунта в экране 1500 - 1600кг/м3, а коэффициент фильтрации 0,002 - 0,005м/сут. С целью пропуска грунтового потока под суглинистым экраном, по руслам ручьев Бирсалали и Грозового выполнен дренаж из крупного камня, проходящий под суглинистым ядром ограждающей дамбы и выводится в нижний бьеф. В настоящее время в нижнем бьефе ограждающей дамбы организована аккумулирующая емкость, которая перехватывает воду, профильтровывающуюся под дамбой и из дренажа. Вода из этой емкости подается на фабрику для оборотного водоснабжения. Здесь ведутся постоянные наблюдения за расходом воды и ее качеством. Остальной поток сбрасывается в ручей Бирсалали. Перед строи 64
тельством хвостохранилища основной сток ручьев Бирсалали и Грозового был отведен руслоотводящим каналом по левому борту хвостохранилища в естественное русло руч. Бирсалали ниже хвостохранилища. Однако на откосах плотины образуются борозды размыва - проявления процессов линейной эрозии. Увеличение их размеров по уклону ослабляет устойчивость откоса и способствует активизации оползневых явлений. Неудачное техническое решение оказалось о пропуске меженных расходов ручьев Бирсалали и Грозового, что усиливает дренаж, образование наледей и вынос загрязняющих веществ в речную сеть [143-145]. Расчетное количество дренажных вод (834,5 тыс.м /год) возвращается на технологические нужды ЗИФ, остальная часть 251,9 тыс.м3/год) сбрасывается в ручей Бирсалали
По гранулометрическому составу грунт хвостохранилищ представлен, главным образом, песчаным материалом, а также содержит большое количество пылеватых частиц [146].
Из хвостохранилищ в природную среду (природные воды) поступает поток различных элементов. Сточные воды хвостохранилищ (по фондовым данным Дальневосточного УГМС, предприятия, наши исследования в районе п. Многовершинный) вдвое и больше увеличивают суммарную минерализацию р. Лев.Ул относительно фоновых показателей, насыщая воды реки Zn, Си, Mg, Cd, Fe, Pb, Cd, фенолом и др. токсикантами [147-150]. Многие из них относятся, согласно ГОСТу 17.4.1.02-83 [151], к первому и второму классам опасности и являются приоритетными загрязнителями, оказывая негативное воздействие на близлежащие территории и на всю прибрежно-морскую зону, вследствие трансграничного переноса загрязняющих веществ водами и воздушными потоками.
Таким образом хвостохранилища являются длительными источниками загрязнения окружающей среды вредными элементами, газами и тяжелыми металлами. Попав в атмосферу, почву или в водоемы, загрязнители не остаются на месте, а включаются в природный круговорот веществ и удаляются очень медленно, при выщелачивании, потреблении растениями, эрозии и дефляции. 2.4. Обоснование комплекса методик геосистемного импактного мониторига
Применен системный анализ источников и факторов техногенного воздействия при рудной золотодобыче на компоненты природной среды; аналитические, ланд-шафтно-геохимические, экспериментальные исследования в полевьк и лабораторных условиях. В исследовании использовались различные методы изученности, сбора фактического материала, основные из них - маршрутные исследования, методы систематизации и научного обобщения, моделирования, картографический, анализ данных дистанционного зондирования земли и др.
Оценка воздействия на воздушный бассейн проводилась методом расчетного мониторинга с использованием программных продуктов серии «Эколог» («Горные работы», АТП, УПРЗА» «Эколог»). Степень загрязнения атмосферного воздуха выбросами вредных веществ из непрерывно действующих источников определяется по наименьшему рассчитанному значению разовой приземной концентрации вредных веществ (см), которая устанавливается на некотором расстоянии (хм) от места выброса при неблагоприятных условиях, когда скорость ветра достигает опасного значения (VM) и в приземном слое происходит интенсивный турбулентный обмен. Модель позволяет рассчитать поле разовых максимальных концентраций примеси на уровне земли при выбросе из одиночного источника и группы источников и рассчитать суммарное загрязнение атмосферы от совокупности выбросов стационарных и передвижных источников. Эта модель положена в основу «Методики расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий» (ОНД-86).
Мониторинг загрязняющих веществ в атмосферном воздухе в зоне действия горно-перерабатывающего предприятия
Техногенное воздействие испытывает почвенно-растительный покров, который является одним из наиболее чувствительных показателей состояния экосистем и глубины их трансформации. Почвы и элементы биоты являются депонирующими средами, в которых загрязняющие вещества накапливаются и преобразуются.
Наиболее устойчивыми элементами почвенного покрова на территории Нижнего Приамурья являются: 1) в пределах горной территории - подзолистые иллювиально-гумусовые почвы, подбуры, буро-таежные иллювиально-гумусовые почвы, буроземы грубогумусовые; 2) в пределах равнинной территории - дерново-подзолистые, болотные, луговые, аллювиальные почвы (Ершов, 1984; Махинова, 1989).
Экологические проблемы на исследуемом объекте обусловлены как составом перерабатываемых руд и горных пород, так и технологией их добычи и обогащения. Комплексный характер данной проблемы проявляется во включении в техногенные миграционные потоки всех основных цепей распространения токсикантов, в том числе и тяжелых металлов (ТМ).
Возрастающая антропогенная нагрузка на природную среду приводит к увеличению загрязнения окружающей среды ТМ, образуется вторичный ореол рассеивания химических элементов, которые попадают в почвы (рис.4.8.).
При оценке устойчивости экосистем к химическому загрязнению особое значение имеет устойчивость почв. Почва аккумулирует тяжелые металлы и другие химические загрязняющие вещества, предупреждая тем самым их поступление в природные воды и очищая от них атмосферный воздух. Важно как можно ранее обнаружение экологической опасности, связанной с загрязняющими веществами, так и выявление закономерностей накопления их. Накопленный опыт свидетельствует, что тяжелые металлы относятся к числу наиболее опасных для природной среды химических загрязняющих веществ.
Многие элементы - примеси выполняют специфическую роль в живом организме, попадая в организм с воздухом или с питьевой водой, либо через пищевые цепочки: почва - растение - животное - человек. Однако все дело в концентрации химического элемента в среде обитания; при дефиците его содержания для живых организмов он рассматривается как микроэлемент, при избытке - как тяжелый металл.
К тяжелым металлам (ТМ), относятся более 40 химических элементов таблицы Д.И. Менделеева с атомными массами более 50 а.е.м. По степени отрицательного воздействия на почву, растения, животных ТМ подразделяются согласно ГОСТ 17.4.1.02-83 на три класса опасности:
Источники поступления ТМ делятся на природные (выветривание горных пород и минералов, эрозионные процессы, вулканическая деятельность) и техногенные (добыча и переработка полезных ископаемых, сжигание топлива, влияние транспорта, сельское хозяйство).
Техногенноное загрязнение ТМ прежде всего оказывает влияние на биоту почв и зависит не только от валового их содержания, но и от форм их нахождения, обладающих различной миграционной способностью. В природных условиях подвижными являются только металлы, находящиеся в растворе. В условиях загрязнения (органического, кислотного, щелочного) подвижными могут стать и другие формы.
Места отбора проб почвогрунтов и образцов растительности в зоне влияния ГОКа приведены на рис.4.9. (с 2008 по 2010 г.г.). Пробы почвы отбирались из двух верхних горизонтов 0-1 Осм и 10-20см с использованием стандартных методик. Подвижные формы определялись методом водной и солянокислотной групповой экстракции (ЇМ НО).
Почва является депонентом техногенного загрязнения и медленно реагируют на изменения в окружающей среде, однако фиксирует и аккумулирует токсичные химические элементы.
Аналитические работы по определению тяжелых металлов (микроэлементов) в почвах производились химическими, а также рентгенофлуоресцент-ным, жидких экстрактов - масс-спектроскопией со связанной плазмой, атомно-абсорбционным методоми.
Полученные данные систематизированы в таблицы по классам опасности (табл.4.13), где представлен их элементный количественный состав. Протоколы анализов приведены (в приложении 5)
Анализ экспериментальных данных показывает, что для данной территории характерен регрессивно-аккумулятивный тип распределения, проявляющийся в накоплении металлов в верхнем (аллювиальном) горизонте почвы, со снижением их с глубиной. Значительная часть элементов, поступающих на поверхность почв с техногенными потоками задерживается в поверхностном слое почвы 0-10 см, где они присутствуют в форме обменных ионов. Исследование динамики валового содержания элементов по годам (за 3 года) показало преимущественное накопление биофильных элементов Си, Zn, Mn, Pb, Sr за счет биохимического и пылевого рассеивания.
Анализ данных показал, что минеральный состав руды, вскрышных пород, «хвостов» обогатительной фабрики способствуют формированию техногенных геохимических ареалов загрязнителей в почвах. В целом вокруг горного предприятия формируются почвенно-геохимические аномалии с избыточным содержанием ТМ. Установлено, что максимальное загрязнение характерно для почв тех участков, которые находятся вблизи горных объектов, где оно превышает фон на 2-3 порядка.
Исследования загрязнения почвенно-растительного покрова
Анализ научно-исследовательских работ , в том числе Иргиредмета по обезвреживанию методом SO2 /воздух, показал, что возможны три варианта обезвреживания по методу INCO. Первый вариант предусматривает обезвреживание хвостовой пульпы метабисульфитом натрия (Na2S205), получаемым путем сжигания серы и улавливания щелочью сернистых газов. Второй вариант предусматривает обезвреживание хвостов ЗИФ метабисульфитом натрия с предварительной отгонкой свободных цианидов путем обработки хвостовых пульп серной кислотой, после чего пары синильной кислоты улавливаются щелочью с получением цианистого натрия. Такой вариант позволит уменьшить расход обезвреживающего агента и возвратить в технологию ЗИФ около 50% (от исходного раствора) цианистого натрия. Третий вариант предусматривает обезвреживание хвостов подачей газа SO2 непосредственно в пачук (рис. 6.5.).
Эффективность очистки от цианидов для всех вариантов обезвреживания приблизительно одинакова. Очистка хвостовой пульпы от роданидов при использовании метода SO2 / воздух незначительна (улавливается 20%). Однако, при использовании метода обезвреживания гипохлоритом кальция установившаяся концентрация хлоридов в жидкой фазе пульпы возрастет до 1,99 г/л, а при использовании метода S02 /воздух концентрация сульфатов увеличится до 0,6 г/л. Поэтому, для оценки влияния методов обезвреживания на состав жидкой фазы обезвреженной пульпы в условиях водооборота из хвостохранилища и для оценки влияния вводимых при обезвреживании ингредиентов (хлоридов или сульфатов) на процесс извлечения золота, необходимо провести исследования по использованию оборотной воды в технологических переделах и определить границы содержания этих компонентов в оборотной воде на различных переделах ЗИФ.
Третий вариант обезвреживания позволяет получить сернистый газ и серную кислоту на одной установке и не предусматривает запаса обезвреживающего агента. Данная технология позволит обеспечить существующее производство ЗИФ серной кислотой в полном объеме, что исключит необходимость завоза серной кислоты и снизит экологическую опасность, связанную с ее перевозкой. Технико-экономическое сравнение вариантов (приложение 9) показало целесообразность внедрения по третьему варианту, срок окупаемости которых 1,3 года.
В работе дано новое решение актуальной задачи оценки влияния горно-перерабатывающего комбината на экологическую обстановку в условиях разработки Многовершинного золоторудного месторождения, позволяющее разработать практические рекомендации по снижению уровня экологической нагрузки на прилегающую территорию.
Выявлены и систематизированы особенности природно-климатических условий района и основные факторы, влияющие на загрязнение атмосферы. Установлено, что распространение вредного действия золотодобычи на окружающую среду выходит далеко за пределы горного и земельного отвода.
На основе расчетного мониторинга и натурных измерений состава атмосферного воздуха установлены закономерности формирования техногенных потоков в зоне воздействия горного предприятия и проведено зонирование территории по комплексному индексу загрязнения атмосферы. Установлено, что наибольший вклад в загрязнение атмосферы вносят вскрышные работы и отвалообразова-ние, сдувание пыли с открытых поверхностей (откосы, площадки уступов, отвалы, сухие пляжи хвостохранилища).
Выявлены пространственные закономерности распределения пыли с использованием регрессионного анализа по направлениям, что позволяет прогнозировать ее содержание.
Определены основные загрязнители водного бассейна, выявлены особенности основных гидрохимических потоков. Установлено превышение концентраций взвешенных веществ, сульфатов, меди, железа, цинка, нефтепродуктов, марганца по отношению к ПДК рыбохозяйственных водных объектов, содержание хлоридов в дренажных водах превосходит их содержание в пробах, отобранных выше хвостохранилища в 61 раз, а в пробах воды, отобранных в ручье ниже хвостохранилища - в 10 раз, что свидетельствует о значительном перерасходе гипохлорита кальция, применяемого для обезвреживания цианид-ных стоков.
Установлено, что формируются почвенно-геохимические аномалии с избыточным содержанием тяжелых металлов в зоне действия горно-перерабатывающего предприятия. Максимальное загрязнение характерно для почв тех участков, которые находятся вблизи хвостохранилища, где загрязнение превосходит фон на 2-3 порядка. Установлены высокие корреляционные связи между содержанием металлов в подвижной форме в почвогрунтах и в образцах растительности.
Разработан и адаптирован метод комплексной геоэкологической оценки состояния базовых компонентов природной среды в зоне действия горно-перерабатывающего предприятия с учетом полифакторного воздействия.
Разработаны крупномасштабные экологические карты территории горнопромышленного освоения по показателям нагрузки на компоненты природной среды.
8. Обоснованы методы повышения экологической безопасности горного производства и выполнена их эколого-экономическая оценка.
Разработаны практические рекомендации по комплексной оценке территории горнопромышленного освоения с использованием ГИС-технологий, которые являются основой для принятия эколого-ориентированных решений в области развития горнопромышленного комплекса, в практике экологического контроля.
