WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

На правах рукописи

Липина Любовь Николаевна

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ КОМПОНЕНТОВ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ ПРИ РУДНОЙ ЗОЛОТОДОБЫЧЕ (НА ПРИМЕРЕ МНОГОВЕРШИННОГО ГОКа)

Специальность 25.00.36 – Геоэкология (в горно-перерабатывающей промышленности)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иркутск - 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте горного дела Дальневосточного отделения Российской академии наук

Научный консультант:

доктор технических наук, доцент Александрова Татьяна Николаевна

Официальные оппоненты:

Тимофеева Светлана Семеновна доктор технических наук, профессор.

ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный технический университет», заведующая кафедрой промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности Батоева Агния Александровна кандидат технических наук, доцент.

Федеральное бюджетное учреждение науки Байкальский институт природопользования Сибирского отделения Российской академии наук, заведующая лабораторией инженерной экологии ОАО «Иркутский научно-исследовательский

Ведущая организация:

институт благородных и редких металлов и алмазов» (Иргиредмет)

Защита состоится «28» мая 2012 года в 1300 часов на заседании диссертационного совета Д 212.073.07 при Иркутском государственном техническом университете по адресу: 664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83, корпус «К», конференцзал. Тел/факс: (3952)405-104; e-mail: fedorko@istu.edu.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный технический университет».

Автореферат разослан «___» апреля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор В.П. Федорко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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 е естественную биоту.

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 горноперерабатывающих 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-OHЗ «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:

1. 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.

2. 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.

3. Развить и адаптировать методы комплексной геоэкологической оценки состояния базовых компонентов природной среды в зоне действия горноперерабатывающего предприятия с учетом полифакторного воздействия.

4. 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:

1. 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.

2. 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 почвеннорастительного покрова и основных гидрохимических потоков в локальной зоне влияния.

3. 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:

1. 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.

2. Выявлены закономерности пространственного распространения примесей в атмосфере, позволившие обосновать зоны экологической напряженности по комплексному индексу загрязнения атмосферы.

3. 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 золотоизвлекательной фабрики.

4. 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 эколого-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 SO2/воздух.

Результаты исследований переданы и приняты в виде «Рекомендации по комплексной оценке территории горнопромышленного освоения на основе ГИСтехнологий» в Департамент Федеральной службы по надзору в сфере природопользования по Дальневосточному федеральному округу (Департамент Росприроднадзора по Дальневосточному округу), в Дальневосточное управление Ростехнадзора (письмо Росприроднадзора № 17-30/5154 от 13.12.11 г., письмо Ростехнадзора 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, 200911г.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 научнопрактическая 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, 2011г).

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 1страницах 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.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы тема, цель и задачи исследования, актуальность работы, показана ее практическая значимость.

Первая глава посвящена анализу современного состояния проблемы в области обеспечения экологической безопасности горного производства. Проведен анализ методов оценки состояния компонентов горно-геологической среды, при этом, первостепенное внимание уделено золотодобывающим предприятиям Дальневосточного региона.

Решением экологических проблем, связанных с геологической средой и горным производством занимались и внесли большой вклад ученые: Трубецкой К.Н., Глазовская М.А., Галченко Ю.П., Елпатьевский П.В., Емлин Э.Ф., Ельчанинов Е.А., Крупская Л.Т., Мирзаев Г.Г., Пашкевич М.А., Певзнер М.Е., Перельман А.И., Реймерс Н.Ф., Саксин Б.Г., Чаплыгин Н.Н., Яковлев В.Л. и многие другие.

На основании анализа данных приведенных в первой главе, представлена концепция работы - решение проблем природоохранной деятельности должно быть основано на комплексной геоэкологической оценке состояния природной среды с использованием ГИС-технологий.

В главе 2 дана характеристика объекта исследования, а также обоснован комплекс методик экспериментальных исследований: рентгенофлуоресцентной спектрометрии; атомно-абсорбционной спектрометрии; электронной микроскопии и рентгеновского микроанализа; методы количественной массспектроскопии с индуктивно связанной плазмой для определения содержания тяжелых металлов. Обоснована методика определения подвижных форм тяжелых металлов. Для анализа гранулометрических характеристик и удельной поверхности частиц отходов применялся лазерный дифракционный анализатор частиц «Анализетте 22». Анализ экспериментальных данных выполнен с привлечением методов математической статистики. Оценка воздействия на воз душный бассейн проводилась методом расчетного мониторинга с использованием программных продуктов серии «Эколог». Картографическая основа района исследования разработана с использованием ГИС-пакета «MapInfo».

В главе 3 изложены результаты экспериментально-теоретических исследований изменения компонентов природной среды в зоне действия горноперерабатывающего предприятия. На основе методики ОНД-86 с использованием программного комплекса «Эколог» произведен расчет загрязнения воздушного бассейна с визуализацией данных в ГИС - «Экограф». Выявлены пространственные закономерности распределения основных токсикантов с использованием регрессионного анализа. На основе ГИС-технологий проведена комплексная оценка загрязнения воздушного бассейна.

В главе 4 дана оценка отходов переработки золоторудного сырья как источника загрязнения экосистем. На основе анализа экспериментальных и статистических данных предприятия определены основные загрязнители водного бассейна, выявлены направления динамики основных гидрохимических потоков.

Исследования почвенно-растительного покрова, который является одним из наиболее чувствительных индикаторов состояния экосистем и глубины их трансформации и интегрально отражает природные и техногенные процессы, показали, что его загрязнение связано с атмосферными и водномиграционными потоками, обусловленными стоками из хвостохранилища. Определен класс опасности отходов, коэффициенты суммарного загрязнения почвы установлены корреляционные зависимости между содержаниями ТМ в подвижной форме почвах и в растительности.

В главе 5 обосновываются методика и показатели оценки воздействия горно-перерабатывающего предприятия через относительную агрессивность химического компонента на основные компоненты природной среды. Проведен расчет техногенной нагрузки с учетом показателей относительной агрессивности на атмосферу, гидросферу, литосферу. Составлены тематические карты, характеризующие загрязнение атмосферы, гидросферы на основе суммарной относительной нагрузки, рассчитанной как интегральные показатели по всем источникам техногенного загрязнения.

Глава 6 посвящена обоснованию методов повышения экологической безопасности и разработке мероприятий по экологическому менеджменту.

Обоснованы мероприятия по пылеподавлению, совершенствованию методa очистки сточных вод от цианистых стоков.

В приложении представлены акты о внедрении результатов работы, протоколы анализов проб почв, отходов, растительности; расчеты экологического и экономического эффектов.

На основе выполненных исследований обоснованы следующие научные положения, выносимые на защиту:

1. 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.

Оценка воздействия на воздушный бассейн проводилась методом расчетного мониторинга с использованием программных продуктов серии «Эколог».

Для пространственной привязки источников выбросов создана картографическая основа в формате «MapInfo». На основе методики ОНД-86 с использованием программного комплекса «Эколог» произведен расчет загрязнения воздушного бассейна с визуализацией данных в ГИС - «Экограф». Расчеты выполнены с учетом физико-географических и климатических условий местности, фонового загрязнения воздушного бассейна, расположения и мощности предприятия.

Уровень загрязнения рассчитан отдельно для каждого вредного вещества и групп веществ, обладающих эффектом суммаций вредного воздействия. Направление ветра во всех расчетах принято по среднегодовой розе ветров с перебором через 10. В расчете учтен 91 источник выбросов, в том числе 42 – организованных. В атмосферу выбрасывается 44 наименования вредных веществ, которые образуют 8 групп суммаций: (серная кислота + серы диоксид), (оксид азота + оксид углерода + гексан + формальдегид), (свинец + диоксид серы), (диоксид серы + сероводород), (диоксид азота + диоксид серы), (диоксид серы + фтористые газообразные соединения), (сероводород + формальдегид), (азотная кислота + гидрохлорид + серная кислота). Некоторые результаты программного расчета (для пыли неорганической) с визуализацией данных в редакторе «Экограф» представлены (на рис. 1).

Рис. 1. Изолинии распределения пыли неорганической по коду вещества 2907 и 29в долях ПДК (вариант расчета, лето) Выявлены пространственные закономерности распределения пыли с использованием регрессионного анализа (направления анализа от центра хвостохранилища (рис. 2, табл. 1).

Рис. 2. Диаграммы суммарного распределения пыли неорганической (2907и 2908) в долях ПДК в зависимости от направления: а) от центра хвостохранилища на юг; б) от центра хвостохранилища на северо-восток; в) от центра хвостохранилища на северо-запад;

г) от центра хвостохранилища на север.

Таблица Регрессионная обработка данных расчетного мониторинга приземного слоя атмосферы № Направление Функция1 Коэффициент п/п выноса пыли корреляции 1 юг y=2,0846e-0,0041*x 0,92 юго-запад y=1,8818e-0,0052*x 0,93 юго-восток y=2,9877e-0,0074*x 0,84 северо-запад y=1,7985-0,0011x+2,8908E-7*x2- 0,72,316E-11*x5 северо-восток y=1,1822e-0,0034*x 0,86 север y=2,4832e-0,0043*x 0,9х- расстояние от центра хвостохранилища в метрах, у- концентрация вещества (пыль неорганическая - 20-70 % SiO2) в долях ПДК Анализ данных расчетного мониторинга показывает, что наибольший вклад в загрязнение атмосферы вносят вскрышные работы и отвалообразования, а также сдувание пыли с открытых поверхностей (откосы, площадки уступов, отвалы, сухие пляжи хвостохранилища).

Для уточнения полученной информации по динамике природных и техногенных потоков в исследуемом районе использованы дистанционные методы зондирования в сочетании с объемным представлением рельефа. На основе матрицы высот SRTM -3 строились 3D модели рельефа и визуализировались в виде оттененных карт рельефа, которые совмещались с цифровой картой рай она и пространственной картосхемой распространения загрязнителей в атмосфере (рис. 3), что позволяет проследить основные пути миграции токсичных веществ.

Зона Зона Рис. 3. Изолинии суммарного распределения загрязняющих веществ из 39 компонентов по территории горнопромышленного освоения Многовершинного ГОКа. Основа – оттененная карта рельефа, сгенерированная в приложении Microdem Сопоставление растровых моделей 3D модели рельефа, позволяет выявить, что основной ареал загрязнения (зона 1) находится на склоне горы, что дополнительно усиливает воздействие на поселок, находящийся в ложбине.

Ареал загрязнения (зона 2), обусловленный влиянием хвостохранилища, частично находится в низине, однако между поселком и хвостохранилищем нет природных препятствий. Эта карта служит основой для оптимизации сети опробования и установки дополнительной передвижной аппаратуры для мониторинга атмосферного воздуха.

С использованием ГИС-технологий проведена оценка загрязнения воздушного бассейна и зонирование территории по комплексному индексу загрязнения атмосферы (КИЗА) (рис. 4).

где значение КИЗА: 1 - 0-0,5; 2 - 0,5-1,0; 3 - 1,0-1,5; 4 - 1,5-2,0; 5 - 2,0-2,Рис. 4. Зонирование территории влияния по комплексному индексу загрязнения атмосферы 2. 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 почвеннорастительного покрова и основных гидрохимических потоков в локальной зоне влияния.

Анализ исходного вещественного и химического состава руд, позволил установить формирование геохимических аномалий и причины возникновения вторичных минералов в зоне гипергенеза. На основе анализа вещественного состава установлено, что отходы переработки золотодобывающего сырья определяются составом пород. Они являются поставщиками в природную среду тяжелых металлов: Fe, As, Sn, Cr, Mo Cu, Pb, Zn, Mn и ряда других элементов.

На динамику процессов в отходах обогащения и почвах существенное влияние оказывает гранулометрический состав: тонкодисперсные материалы заметно обогащены тяжелыми металлами по сравнению с грубым материалом.

Анализ гранулометрического состава «хвостов» обогащения с использованием лазерного анализатора частиц показал преобладание мелкодисперсной фракции (средний арифметический диаметр от 14,5 до 19,2 мкм, удельная поверхность 5441-7042 -1/м). С использованием программного обеспечения автоматизированной оценки негативного воздействия отходов минерального производства на окружающую среду (свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2009612788 от 29.05.2009 г. Dang_Waste» версия 1.0), установлен класс их опасности (IV) и степень влияния.

На основе анализа экспериментальных и статистических отчетных данных предприятия определены основные загрязнители водного бассейна, выявлены направления динамики основных гидрохимических потоков.

Расположение предприятия в рыбоохранной зоне рек, впадающих в Охотское море, обуславливает жесткие требования к остаточной концентрации циансодержащих веществ в промышленных стоках золотоизвлекательной фабрики (ЗИФ). Для обезвреживания стоков на ЗИФ действует обезвреживающая установка для нейтрализации остаточного цианида гипохлоритом кальция. В результате обработки простые и комплексные цианиды окисляются до цианатов.

При этом соли катионов цветных металлов выпадают в осадок. Производственные сточные воды, образующиеся на фабрике, сбрасываются в хвостохранилище овражно-балочного типа. По результатам исследования шахтных вод установлено превышение концентраций: взвешенных веществ, сульфатов, меди, железа, цинка, нефтепродуктов, марганца по отношению к ПДК рыбохозяйственных водных объектов. Значительный вклад в загрязнение поверхностных вод вносит неорганизованный сброс с территории производственных площадок предприятия. В поверхностных стоках неорганизованного сброса превышение ПДК рыбохозяйственного водопользования наблюдается по взвешенным веществам, нефтепродуктам, тяжелым металлам (железу, меди, цинку, марганцу, свинцу) и фенолу. Анализ данных показывает, что содержание хлоридов в дренажных водах превышает 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 цианидных стоков.

Техногенное воздействие испытывает почвенно-растительный покров, который является одним из наиболее чувствительных индикаторов состояния экосистем и глубины их трансформации. Почвы и элементы биоты являются депонирующими средами, в которых загрязняющие вещества накапливаются и преобразуются.

Анализ проб почвогрунтов, отобранных автором в 2008-2010 г.г., проводился с использованием стандартных методик, элементный состав твердых проб определялся ренгенофлуоресцентным методом, жидких экстрактов – массспектроскопией со связанной плазмой. Схема отбора проб почвогрунтов приведена на рис. 5.

Рис. 5. Схема отбора проб почвогрунтов и растительности.

Коэффициент подвижности Кпод рассчитывался как отношение содержание элемента в жидком экстракте к исходному содержанию в навеске. Анализ динамики Кпод по годам (за 3 года) показал его увеличение для Cu, Zn, Fe, Mn, Pb, что свидетельствует о геохимических процессах, обусловленных гидролизом, окислительно-восстановительными реакциями и другими физикохимическими процессами. В точках отбора почвогрунтов проведен также отбор проб смешанной растительности. По средним концентрациям тяжелых металлов (ТМ) рассчитан суммарный индекс загрязнения почв (Zc) (рис. 6) и суммарный показатель токсичного загрязнения (СПТЗ), а также выявлены геохимические ряды для техногенных почв.

Рис.6. Суммарный индекс загрязнения почв (Zc) Анализ данных, представленных на рис. 6, свидетельствует о наибольшем вкладе в техногенное загрязнение почвенного покрова ТМ, аккумулированных в поверхностном слое 0-10 см. Выявлены зоны максимальной опасности по суммарному показателю загрязнения почв (рис. 7).

Рис. 7. Распределение суммарной концентрации ТМ в почвах на территории горнопромышленного освоения Наибольшая суммарная концентрация ТМ имеет место в районах карьеров, ЗИФ и хвостохранилища. В целом вокруг горно-перерабатывающего предприятия формируются почвенно-геохимические аномалии с избыточным содержанием ТМ. Установлено, что максимальное загрязнение характерно для почвогрунтов тех участков, которые находятся вблизи горного объекта, где оно превосходит фон на 2-3 порядка.

Статистический анализ содержаний элементов в подвижных формах в почвах и в растительности и по точкам отбора с использованием программных продуктов STATISTICA 6.0 и Geostat позволил установить функциональные зависимости межу содержанием элемента в растительности и его содержанием в почвогрунтах. Графическая визуализация поверхностей отклика (содержание элемента в растительности) для цинка и меди приведена на рис. 8 и рис. 9.

Вид функциональной зависимости приведен в табл. 2.

Рис. 8. Зависимость содержания Cu в растительности (Z) от его содержания в подвижной форме (X) и в водорастворимой форме (Y) (мг/кг) Рис. 9. Зависимость содержания Zn в растительности (Z) от его содержания в подвижной форме (X) и в водорастворимой форме (Y)( мг/кг) Таблица Вид функциональной зависимости содержания элементов в биоте № Элемент Уравнение регрессии п/п 1 Zn Z Zn = 3202,82 - 102,14*х+412,72*y+0,079х*х*y – 0,081*х*y-0,88*y*y 2 Cu Z Cu = -16757,22 - 6,22*х+32,76*y+0,01*х*х-0,01*y*y 3 Sb Z Sb = -633,7+ 39,44*х-6б88*y-0,55*x*x+0.09*x*y+0,07*y*y 4 Mn Z Mn = 123,24*х- 302,55*y-0,02*х*х-0,08*х*y-0,88*y*y Примечание: Z- содержание элемента в растительности в (мг/кг);

Y – содержание элемента в водорастворимой форме (мг/кг).;

X – содержание элемента в подвижной форме (мг/кг).

Установлены высокие корреляционные связи между содержанием ТМ в подвижной форме в почвогрунтах и в образцах растительности, что свидетельствует о высокой доступности растениями цинка, меди, марганца, в меньшей степени сурьмы, железа. Подвижные формы ТМ потенциально наиболее опасны, они переносятся поверхностными и грунтовыми водами и легко вовлекаются в биогеохимическую миграцию; тем самым создается возможность проникновения их в организм животных и человека.

Таким образом, механизм техногенного загрязнения природных систем, включает три основных экологических блока:

1) источники загрязнения – элементы техносферы, в которых возникают техногенные вещества, поступающие в объекты природной среды;

2) транзитные среды, в которых происходит прием, транспортировка и частичная трансформация техногенных веществ;

3) депонирующие среды – элементы биоты, в которых загрязняющие вещества накапливаются и преобразуются.

3. 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.

Техногенную нагрузку на компоненты природной среды, согласно «Методике расчета вредных выбросов (сбросов)…» предложено рассчитывать через интегральные показатели нагрузки на атмосферу, гидросферу, почвенный покров:

n Mj Aj Н =, (1) j где: Mj – масса j компонента, т;

Aj – коэффициент нагрузки рассматриваемой среды, j-го компонента;

n – количество загрязняющих ингредиентов.

Показатель Аj вещества характеризует степень его агрессивности относительно вещества, принятого в качестве эталонного для рассматриваемой среды.

Для оценки агрессивности веществ использовались показатели, принятые для санитарной оценки воздушной среды ( ПДКс.с., ПДК, ПДК ), воды водоемов р.з. м. р.

( ПДК,ОДУ ), химических соединений в почве ( ПДКп, ОДК ).

р.х На основе данных расчетного мониторинга и данных инвентаризации выбросов определены годовые объемы выбросов в атмосферу по всем источникам с учетом нестационарных источников (в условных тоннах). Расчетная нагрузка на атмосферу, унифицированная по классам опасности, приведена на рис.10.

Рис. 10. Техногенная нагрузка на атмосферу загрязняющими веществами Многовершинного ГОКа На основе анализа экспериментальных и статистических отчетных данных предприятия определены основные загрязнители водного бассейна. Расчетная нагрузка в условных тоннах представлена на экологической карте (рис. 11.).

Рис. 11. Техногенная нагрузка на водные объекты загрязняющими веществами Многовершинного ГОКа.

Выявленные количественные показатели нагрузки на компоненты природной среды позволяют дать экономическую оценку ущерба окружающей среде.

Обоснованы мероприятия по снижению негативного воздействия горноперерабатывающего предприятия на окружающую среду. К первоочередным относятся мероприятия по пылеподавлению откосов, площадок уступов, отвалов, сухого пляжа хвостохранилища. Эффективность мероприятий по повышению влажности пылящей поверхности (пляж хвостохранилища и откосы карьеров) приведена на рис.12.

где, 1- влажность: 1,1-3%, 2- влажность: 3,1-5%, 3 - влажность: 5,1-7%, влажность:

7,1-8%, влажность: 8,1-9%, влажность: 9,1-10%, влажность: более 10%.

Рис. 12. Влияние влажности и скорости ветра на валовый выброс пыли с пылящей поверхности К первоочередным перспективным мероприятиям относится внедрение метода обезвреживания цианистых стоков методом SO2/воздух. Анализ научноисследовательских работ по обезвреживанию методом SO2/воздух показал, что обезвреживание хвостов с подачей газа SO2 непосредственно в пачук цианирования позволит обеспечить существующее производство золотоизвлекательной фабрики серной кислотой в полном объеме, что исключит необходимость завоза серной кислоты и снизит экологическую опасность, связанную с ее перевозкой, а также устранит опасность загрязнения экосистем хлорсодержащими компонентами.

Для повышения экологической безопасности на горноперерабатывающем предприятии рекомендуется использовать всю совокупность доступных методов управления экологическими рисками: повышение квалификации персонала в области охраны окружающей среды, нормирование и контроль потенциально опасных производственных процессов через разработку и конкретизацию регламентов и должностных инструкций, вплоть до исключения опасных производственных процессов; совершенствовать средства экологического мониторинга путем внедрения современных приборов контроля, в том числе приборов автоматического контроля атмосферного воздуха, а также экологически приемлемых технологий. Для повышения экологической безопасности имеет большое значение разработка и проведение открытой экологической политики предприятия.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В работе дано решение актуальной задачи геоэкологической оценки влияния горно-перерабатывающего комплекса на экологическую обстановку в условиях разработки Многовершинного золоторудного месторождения, позволяющее разработать практические рекомендации по снижению уровня экологической нагрузки на территорию горнопромышленного освоения, имеющее существенное значение для геоэкологии.

1. 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.

2. 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 отвалообразование, сдувание пыли с открытых поверхностей (откосы, площадки уступов, отвалы, сухие пляжи хвостохранилища).

3. Выявлены пространственные закономерности распределения пыли с использованием регрессионного анализа по направлениям, что позволяет прогнозировать ее содержание.

4. 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 цианидных стоков.

5. Установлено, что формируются почвенно-геохимические аномалии с избыточным содержанием тяжелых металлов в зоне действия горноперерабатывающего 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.

6. Разработан и адаптирован метод комплексной геоэкологической оценки состояния базовых компонентов природной среды в зоне действия горноперерабатывающего предприятия с учетом полифакторного воздействия.

7. 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.

9. 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.

Основные результаты, полученные в диссертации, опубликованы в следующих работах:

Публикации в периодических изданиях, рекомендованных ВАК РФ для изложения результатов диссертаций:

1. Липина, Л.Н. К вопросу экологической оценки территории горнопромышленного освоения (на примере ЗАО Многовершинное)/ Л.Н. Липина // Дальний Восток 2: Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2009.

– С. 263-270.

2. Липина, Л.Н. Трансформация растительного покрова под влиянием горного производства в условиях юга Дальнего Востока и возможности его восстановлении / В.А. Морин, Л. Н. Липина, О.М. Морина, Я.С. Липина // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2010. - № 6. – С. 299-308.

3. Липина, Л.Н. Обоснование методов обезвреживания цианистых стоков при переработке золотосодержащих руд / Т.Н. Александрова, Л.Н. Липина // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2010. - № 9. – С. 116-121.

4. Липина, Л.Н. К вопросу об охране природных экосистем при освоении золоторудных месторождений Дальнего Востока / Т. Н.Александрова, Ю.П.

Галченко, Л. Н. Липина. // Экологические системы и приборы – 2011. - № 1. – С. 2-6.

5. Липина, Л.Н. Геоэкологические и технологические аспекты влияния отходов рудной золотодобычи на окружающую среду при освоении недр / Т. Н.

Александрова, Л.Н. Липина // Экологические системы и приборы. – 2011. - № 10. – С. 11-15.

6. Липина, Л.Н. Геоэкологическая оценка состояния горно-геологической природной среды при рудной золотодобыче / Т.Н. Александрова, Л.Н. Липина // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия Техника и технологии – 2011. - № 1. – С. 69-75.

7. Липина, Л.Н. Естественное восстановление пионерной растительности техногенных ландшафтов юга Дальнего Востока / В.А. Морин, О.М. Морина, Л.Н. Липина // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2012. - № 1. – С. 200-206.

Другие работы, в которых отражены результаты диссертации:

8. Липина, Л.Н. Геоэкологическая оценка состояния территорий методом интерпретации картографических данных на примере Николаевского района Хабаровского края / Л.Н. Липина, Т.Н. Александрова // Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов: сборник трудов II Международного экологического конгресса ELPIT 2009 (IV Международной научно-технической конференции), 24-27 сентября 2009 г., г. Тольяти, Россия. - Тольяти: ТГУ, 2009. - Т. 3. - С. 277-283.

9. Липина, Л.Н. К вопросу повышения экологической безопасности природно - горнотехнических систем при рудной золотодобыче / Т.Н. Александрова, Н.М. Литвинова, Л. Н. Липина // IX Всероссийская научно-практическая конференция «Кулагинские чтения». - Чита, 2009. - С. 67-71.

10. Липина, Л.Н. Экологические проблемы при складировании отходов рудной золотодобычи и некоторые пути их решения//Современные технологии освоения минеральных ресурсов / Л.Н. Липина, Т. Н.Александрова. Вып. 8: материалы 8-й Международной науч.-техн. конф. - Красноярск: ИПК СФУ, 2010. - С. 361-366.

11. Липина, Л.Н. Оценка загрязнения воздушного бассейна в зоне действия горнопромышленного предприятия с применением ГИС-технологий / А. В.

Александров, Л.Н. Липина // Проблемы комплексного освоения георесурсов:

материалы конференции с участием иностранных ученых (Хабаровск, 27-сентября 2011 г.). - Хабаровск: ИГД ДВО РАН, 2011. – Т. 2. - С. 7-12.

12. Липина, Л.Н. Моделирование зон экологического риска в горнотехнических системах юга Дальнего Востока / Л.Н. Липина, С. И. Лапекина // Проблемы комплексного освоения георесурсов: материалы конференции с участием иностранных ученых (Хабаровск, 27-29 сентября 2011 г.). - Хабаровск: ИГД ДВО РАН, 2011. - Т. 2. - С. 194-197.

13. Липина, Л.Н. Опыт таксометрической типизации горнопромышленных объектов при картографировании интегральной техногенной нагрузки на экосистемы / Н.И. Грехнев, Л.Н. Липина // Проблемы комплексного освоения георесурсов: материалы конференции с участием иностранных ученых (Хабаровск, 27-29 сентября 2011 г.). - Хабаровск: ИГД ДВО РАН, 2011. - Т. 2. - С.

117-120.

14. Липина, Л.Н. Исследование содержания тяжелых металлов в почвах и растительности в зоне действия горнопромышленного предприятия / Т.Н.

Александрова, Л.Н. Липина // Эволюция биогеохимических систем (факторы, процессы, закономерности) и проблемы природопользования: материалы научной конференции и симпозиума, посвященных 30-летию ИПРЭК СО РАН (г.

Чита, 27-30 сентября 2011 г.). Чита: ИПРЭК СО РАН, 2011. - С. 5-8.

Липина Любовь Николаевна ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ КОМПОНЕНТОВ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ ПРИ РУДНОЙ ЗОЛОТОДОБЫЧЕ (НА ПРИМЕРЕ МНОГОВЕРШИННОГО ГОКа)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук ______________________________________________________________ Подписано в печать 11.04.2012. Формат 60х841/16.

Усл. печ. л. 1. Зак.. Тираж 100 экз.

_________________________________________________________________________ 680035, Хабаровск, ул. Шеронова,97.




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.