Автореферат: Методические основы системы комплексного экологического мониторинга промышленной площадки медеплавильного комбината (на примере ОАО Святогор)

Во второй главе выполнена оценка основных источников техногенного воздействия промышленной площадки предприятия. Прямая техногенная нагрузка в зоне влияния ОАО «Святогор» на атмосферный воздух, поверхностные и подземные воды, почвы и грунты, растительность обусловлена имеющимися на промышленной площадке:

-180 организованными и 87 неорганизованными источниками выбросов, суммарный валовый выброс 71 загрязняющих веществ которых составляет 58 214,372 тонн/год ( за 2007 год) ;

-двумя выпусками сточных вод в реку Айва ( приток реки Салды) с общим сбросом 937,4 тыс. м³/ год недостаточно очищенных сточных вод;

-четырьмя хранилищами промышленных отходов, суммарная площадь которых составляет 835 га или 72 % общей площади промышленной площадки, общее количество размещенных отходов -59930531 т., складирование образующихся отходов составляет 1567312 т/год для хвостов обогащения, 61703 т/год для шлака (данные на 01.01.2007 г.)

Ранжирование источников выбросов позволяет выделить три источника с высотами труб 100, 105 и 120 м., суммарно выбрасывающими от непрерывно действующего основного производства 57282,125 т/год, или 98,4 % годовых выбросов. Источники выбросов, расположенные на промышленной площадке, характеризуются значительными диапазонами: температур выбросов - от 15 до 380 °С, объемов отходящих газов- от 0,00138 до 61,11 нм³/с, высот источников выбросов- от 1,3 до 120 м, скоростей газо-воздушной смеси -от 0,00488 до 49,515 м /с.

Доля газообразных веществ в валовых выбросах промышленной площадки составляет до 90,92 % , в том числе диоксида серы - до 89,25% . Выбросы твердых веществ составляют до 9,08 % общего объема. В выбросах твердых веществ так же, как в сточных водах и промышленных отходах, значимую долю составляют выбросы металлов наряду с многокомпонентной неорганической пылью. Вклады загрязняющих веществ в формирование многокомпонентного состава валового выброса промышленной площадки предприятия приведены в табл. 1.

Таблица 1 Структура выбросов ОАО «Святогор» за 2003-2007 годы

Выпуски (сбросы) сточных вод характеризуются неравномерностью по объему и периодичности в течение календарного года. Основным выпуском (сбросом) является выпуск дебалансовых недостаточно очищенных вод Сорьинского хвостохранилища, доля которого составляет до 94 % по объему от суммарного сброса промышленной площадки и который обычно осуществляется в периоды весеннего и осеннего паводков.

За последние 5 лет сложился режим работы выпуска № 1 сточных вод в реку Айву, обусловленный работой предприятия и особенностями эксплуатации хвостохранилища. Максимальный расход традиционно приходится на период весеннего паводка - с 15.04 по 01.06. Химический состав выпусков в виде диаграмм, показывающий и подтверждающий соотношение аналогичное выбросам (рис. 1).

Рис. 1. Диаграмма химического состава выпусков сточных вод промышленной площадки медеплавильного комбината

Места размещения отходов представляют собой два законсервированных хранилища, складирование отходов в которые не осуществляется с 1965 и 1996 гг. соответственно, и два действующих хранилища общей площадью 545 га (65 % площади хранилищ, 47 % площади промышленной площадки). Действующие хранилища - Сорьинское хвостохранилище и шлаковый отвал - эксплуатируются с 1954 и 1960 гг соответственно, количество накопленных отходов в каждом из них по состоянию на 01.01.2007 года составило 26 749 803 и 15 434 896 тонн. Сводные данные по содержанию металлов в отходах за период 2000-2006 гг. приведены в табл. 2. медеплавильный природный антропогенный

Таблица 2 Динамика суммарного содержания металлов в общем объеме отходов, размещенных в хранилищах, тыс. т/год

Идентичность элементов химического состава выбросов, сбросов сточных вод, размещаемых отходов определяется химическим составом сырья для основных производственных процессов, осуществляемых на территории промышленной площадки предприятия - обогащения медных и медно-цинковых руд, производства черновой меди из полученных концентратов, утилизации отходящих газов медеплавильного производства с получением серной кислоты. Перечисленные выше производственные процессы являются последовательными технологическими циклами переработки руды как исходного сырья с получением определенных видов продукции. Следовательно, химический состав руды в целом может определять основной химический состав исследуемых в системе комплексного экологического мониторинга объектов окружающей среды и источников антропогенного воздействия на нее.

Идентичность химического состава источников антропогенного воздействия, высокая плотность их размещения на промышленной площадке, наложение ореолов воздействия от отдельных источников и значительное пространственное расположение промышленной площадки на городской территории позволяют оценить ее как источник комплексного воздействия на компоненты природной среды.

В третьей главе описаны использованные методы наблюдений, допущенные методы оценки и методики анализа для мониторинга отдельных источников загрязнения и их совокупности, а также для компонентов окружающей среды, обеспечивающие получение объективной информации об уровнях загрязнения. Использованные методы и методики обеспечивали требуемую точность определения, воспроизводимость получаемых результатов, пределы обнаружения элемента в широком интервале концентраций, включая следовые.

Так как зона воздействия объекта мониторинга занимает обширное пространство в условиях г. Красноуральска , использован традиционный метод наблюдений на профилях, которые располагаются вкрест простирания основных элементов рельефа местности и по направлению различных сторон света от источника воздействия с учетом розы ветров.

В соответствии с механизмом техногенного воздействия выделенных в пределах промышленной площадки объектов и компонентами самой природной среды, установленными в результате изучения и анализа фондовой литературы, информации, накопленной в ходе реализации научно-исследовательских работ, производственного экологического контроля предприятия, целесообразно осуществление следующих видов экологического мониторинга: мониторинг атмосферного воздуха, мониторинг снежного покрова, мониторинг почвенного покрова, мониторинг растительного покрова, мониторинг поверхностных вод, мониторинг подземных вод.

Перечень наблюдаемых параметров определен в соответствии с преимущественно физико-химическим механизмом воздействия антропогенных источников на атмосферный воздух, поверхностные и подземные воды, почвенный и снеговой покров, растительность и здоровье населения, выражающееся дополнительными рисками, в том числе аэрогенными.

Пространственные границы экологического мониторинга и расположение пунктов наблюдения стационарной сети определяются содержанием решаемых в ходе мониторинга задач, особенностями природной обстановки, путями миграции, аккумуляции и выноса загрязнений от техногенного объекта в окружающую среду.

Пространственные границы осуществления локального экологического мониторинга установлены на основании того, что промышленная площадка ОАО «Святогор» в силу исторических причин расположена в городской черте. Вследствие этого мониторинговые исследования охватывают всю территорию в границах городской черты, в которой расположены основные экологические профили, ориентированные относительно частей света. Экологические профили от источников воздействия в техногенной зоне через буферную зону закладываются в глубь фоновой территории до полного замыкания их аккумулятивными или водораздельными ландшафтами. Таким образом, экологические профили начинаются с точки контроля источника техногенного воздействия и проходят через все имеющиеся сукцессии техногенной деградации природно-антропогенных объектов до эталонных природных объектов ( фоновых точек) .

В процессе проведения начального этапа локального экологического мониторинга наблюдательная сеть состояла из 54 комплексных точек, в которых в течение трех лет были проведены повторяющиеся в течение трех лет наблюдения за атмосферным воздухом, поверхностными и подземными водами, почвенным и снеговым покровом, растительностью. По результатам экологического мониторинга и используя шкалу оценки очагов аэрогенного загрязнения ( Zc), выделеим следующие интегрально обобщенные зоны по величине антропогенной нагрузки вокруг промышленной площадки как источника комплексного воздействия на компоненты природной среды: техногенную, импактную, буферную и фоновую ( рис. 2).

Рис. 2. Схема расположения интегрально обобщенных зон.

Результаты начального этапа экологического мониторинга в наблюдательной сети из 54 комплексных точек позволили оптимизировать схему наблюдений до 28 точек, сохранив румбовую ориентировку и обеспечив комплексную оценку масштабов воздействия промышленной площадки медеплавильного комбината на компоненты окружающей среды, основываясь на принципах устойчивости каждого из них к такого рода техногенному воздействию ( рис. 3, 4). При этом учтены особенности каждого вида источников воздействия, миграции и распространения загрязняющих веществ от них, с одной стороны, устойчивости, накопления и восприимчивости компонентов природной среды - с другой.

Рис. 3. Схема расположения точек опробования на начальном этапе (54 точки)

Рис. 4. Оптимизированная схема расположения точек опробования (28 точек)

В четвертой главе выполнена оценка Сорьинского хвостохранилища как антропогенной системы, которая наряду с природными объектами обладает защитными функциями, обеспечивает ограничение загрязнения и позволяет получать контролируемые уровни воздействия. Оценка выполнена по результатам отдельного цикла и режима наблюдений, проведенного для скважин-пьезометров Сорьинского хвостохранилища (645 проб), которые в системе комплексного мониторинга могут быть использованы также для оценки состава фильтрационного потока, особенно это важно в холодное время года - период отсутствия поверхностного стока.

В режим наблюдений скважин-пьезометров включена температурная съемка-метод, который весьма информативен в условиях, когда естественный режим подземных вод нарушается техногенным источником. В естественном режиме температура подземных вод мало меняется во времени, то есть является практически постоянной и зависит от глубины залегания подземных вод. Сопоставляя температуры в наблюдательных скважинах и скважинах-пьезометрах, по температурным параметрам можно оценивать зоны (участки) отепляющего влияния фильтрационного потока хвостохранилища.

Поскольку фильтрационные воды формируются в емкости хвостохранилища, то первоначально выполнено изучение физико-химических процессов, происходящих при взаимодействии накопленных и поступающих шламов и сточных вод. В процессе смешения происходят физико-химическое реакции, сопровождающиеся процессами осаждения и соосаждения, а так же процессы вторичного перевода в растворы ионов железа, меди, цинка.

Осаждение обусловлено реакцией обмена между присутствующими в хвостохранилище электролитами с образованием малорастворимых, малодиссоциирующих соединений. Одновременно с осаждением идет реакция сопряженного осаждения (соосаждения), обусловленная склонностью некоторых соединений, хорошо растворимых в данном растворителе, осаждаться во время образования осадка совместно с выпадающими в осадок малорастворимыми соединениями (например, одновременно с осаждением Fe (OH)₃ соосаждаются катионы меди, цинка). Также при соприкосновении осадка и раствора протекают обратные процессы - растворение, образование ионов металлов

Исследования осаждения показали, что процессы осаждения и соосаждения протекают совместно, причем последний происходит по типу адсорбции. Главные результаты наблюдений состоят в следующем: при низких значениях Рh адсорбции нет, при высоких - все катионы сильно адсорбируются. Для каждого катиона имеется довольно узкий диапазон Рh, в котором отмечается переход к полной адсорбции. При этом ионы металлов, находящиеся в растворе, подвергаются гидролизу с образованием гидрокомплексов: