Ме3+ + 3Н2 О = Ме (ОН)3 + 3Н-;
Ме2+ + 2Н2 О = Ме (ОН)2 + 2Н-.
Изучение гидролиза и осаждения оксигидратов проводилось на примере ионов железа в лабораторных условиях и в Сорьинском хвостохранилище. При анализе полученных результатов учитываем, что cодержание трехвалентного железа определяется суммарным содержанием основных его гидрокомплексов: Fe (OH)2, Fe (OH)3.
Таким образом, при смешении стоков со значительно различающимися значениями Рh, в емкости хвостохранилища создаются предпосылки достаточно резкой смены окислительно-восстановтельных условий, контролируемых процессами гидролитического равновесия.
Физико-химические процессы в суспенизированных шламах приводят в конечном счете к самоочищению, что подтверждается данными исследований твердых осадков, накопленных в донной части хвостохранищ. Минералогический анализ этой субстанции показывает, что главным образующим минералом является пирит (до 45 %), растворимостью которого определяется выведение из жидкой фазы шламов основных элементов загрязнителей группы тяжелых металлов.
Твердые шламы представляют собой сорбент, состоящий в основном из окислов, гидроокислов железа, а также силикатов, алюмосиликатов, окисей и гидроокисей металлов с переменной валентностью. Так, твердые шламы, характеризуясь одновременно высокой сорбционной способностью, равной 0,12-0,25 мг-экв./г, в сочетании с очень низкой фильтрационной способностью представляют собой защитный физико-химический барьер, который препятствует проникновению токсичных компонентов жидких шламов в дренажные и фильтрационные воды.
Таким образом, видно, что в слое твердых шламов происходит процесс накопления основных компонентов-загрязнителей, вовлеченных в техногенную миграцию.
Качество воды в хвостохранилище определяется гидродинамическими и гидрохимическими факторами водного массива. С учетом расположения прудов-отстойников, которые имеют вытянутую форму в направлении преобладающих ветров, движение воды в прудах обусловлено ветровым течением. Такое движение создает сгон воды из одного места в другое, вызывая наклон водной поверхности и подток воды из глубины или соседних участков отстойного пруда. Так формируется компенсационное или градиентное течение, направленное в противоток поверхностному (метод М.А. Руффеля). В результате воздействия ветра создается установившееся движение воды, эпюра скорости течения выглядит следующим образом:
Рис. 5. Эпюра скорости движения воды по глубине отстойного пруда в прямом и обратном компенсационном направлениях
Изменение солевого состава воды определяется не только смешением поступающих сточных вод различного химического состава, но и влиянием физико-химических процессов, протекающих в массе шламов, хранящихся под слоем воды. Температурные замеры выхода фильтрационных вод по периметру плотины позволяют утверждать, что при хранении шламов идут изотермические процессы с выделением большого количества теплоты, приводящие к нагреву воды в хвостохранилище и дренажных вод в теле дамбы. Так как растворимость солей в значительной степени зависит от температуры раствора, то процессы окисления, протекающие в толще хвостов хвостохранилища, приводят к выщелачиванию цветных металлов, содержащихся в хвостах обогащения.
В течение пяти лет всесезонных наблюдений и анализа химического состава фильтрационных вод в пьезометрах установлено постоянное значительное улучшение качества воды в пьезометрах в сравнении со сточными водами отстойного пруда хвостохранилища. Анализ результатов наблюдений показывает, что во всех створах грунты, слагающие тело плотины, выполняют роль фильтра на пути движения потока, улучшая его состав и значительно повышая кислотность даже до щелочной реакции.
Рис. 6. Графики изменения концентрации сульфатов и величины Рh в воде хвостохранилища и при фильтрации через тело плотины в пъезометрах
Таким образом, антропогенная система Сорьинского хвостохранилища обладает защитными функциями, обеспечивает ограничение загрязнения и позволяет получать контролируемые уровни воздействия на компоненты природной среды, а структура комплексного экологического мониторинга должна включать и учитывать специфические особенности гидрохимических систем хвостохранилища.
В пятой главе разработан проект комплексного экологического мониторинга промышленной площадки ОАО «Святогор». Описан механизм его функционирования на предприятии от обеспечения сбора, комплексной и объектовой аналитической обработки, хранения полной, достоверной информации о состоянии объектов наблюдения до доведения ее до заинтересованных сторон для принятия организационных, технических и управленческих решений. Приведены обоснованные методы и методики анализа, обеспечивающие точность определения, воспроизводимость получаемых результатов, чувствительность определения, пределы обнаружения элемента и экспрессность выполнения анализа.
Заключение
1. Сформулированные в диссертационном исследовании основные положения, рекомендации и выводы дополняют и углубляют современный механизм организации локального экологического мониторинга, позволяют обоснованно применять и использовать на практике систему комплексной оценки воздействия на все компоненты природной среды.
2. Предложенная схема обоснования промышленной площадки предприятия как единого комплексного источника воздействия может быть принята за основу и использована для промышленных городов Урала с градообразующими металлургическими заводами.
3. Качество воды в хвостохранилище (накопителе жидких промышленных отходов) определяется гидродинамическими и гидрохимическими процессами, протекающими в водном массиве и способствующими ее самоочищению. Грунтовая плотина, ограждающая хвостохранилище, с установившимся в ее теле и основании режимом фильтрационных вод, обладает самоочищающей способностью и защитными функциями.
4. Разработанная Программа комплексного экологического мониторинга промышленной ОАО «Святогор» согласована в ФГУ «ЦЛАТИ по УФО» и утверждена в МТУ Ростехнадзора по УФО .
5. Исследованные и проработанные в диссертационной работе основные положения внедряются в производственной деятельности хвостового хозяйства обогатительной фабрики ОАО «Святогор», эксплуатирующей Сорьинское хвостохранилище, санитарной лаборатории, выполняющей производственный экоаналитический контроль источников негативного воздействия и компонентов окружающей природной среды, экологической службы, обеспечивающей обработку, анализ, хранение объективной информации об уровнях загрязнения.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих в следующих работах
1. Статья, опубликованная в ведущем рецензируемом научном журнале, определенном Высшей аттестационной комиссией
1. Бичукина И.А. Факторы формирования геоэкологических условий на территории Сорьинского хвостохранилища / И.А. Бичукина, Л.П. Парфенова, О.А. Копенкина // Известия вузов. Горный журнал. - 2008. - № 8 - С 194-196.
2. Статьи, опубликованные в материалах конференций
1. Бичукина И.А. Опыт заполнения Сорьинского хвостохранилища / С.Н. Литовских, В.М. Соколов, И.А. Бичукина, В.И. Головишников, А.П. Щетинина // Материалы пятого международного симпозиума «Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях. - Белгород, 1999. - С. 102-107.
2. Бичукина И.А. Использование опыта водохозяйственной деятельности в Голландии при эксплуатации Сорьинского хвостохранилища / С.Н. Литовских, И.А. Бичукина // Материалы шестого международного симпозиума «Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях. - Белгород, 2001. - С. 449-453.
3. Бичукина И.А. Комплексный подход к составлению и реализации программы экологического мониторинга накопителей жидких промышленных отходов / И.А.Бичукина, Л.П. Парфенова // Экологические проблемы промышленных регионов. - Екатеринбург, 2004. - С. 195-196.
4. Бичукина И.А. Опыт определения стальных трубопроводов в теле плотины Сорьинского хвостохранилища геофизическим методом /В.Е. Петряев, Л.П. Парфенова, И.А. Бичукина// Материалы восьмого международного симпозиума «Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях. - Белгород, 2005. - С. 199-204.
5. Бичукина И.А. Прогноз качества подземных вод в зоне влияния Сорьинского хвостохранилища / Л.П. Парфенова, И.А. Бичукина // Материалы международной научно-технической конференции «Безопасные и дружественные окружающей среде технологии в горнорудной промышленности». - Люблин, Польша, 2005.- Секция 3. Экология .- Доклад 31., С. 218-221.
6. Бичукина И.А. Оценка техногенного воздействия шламонакопителя металлургического завода на подземные воды / Л.П. Парфенова, И.А. Бичукина // Материалы международной научно-технической конференции «Безопасные и дружественные окружающей среде технологии в горнорудной промышленности». - Люблин, Польша, 2005.- Секция 3. Экология .- Доклад 30. С.215-218.
7.Парфенова Л.П. Экологический мониторинг для оценки масштабов воздействия медеплавильного комбината и обоснования размеров его санитарно-защитной зоны / Л.П. Парфенова, И.А. Бичукина, О.А. Копенкина // Современные методы управления отходами на региональном и муниципальном уровнях. - Казань, 2006. - С. 82-83.
8. Бичукина И.А. Оценка параметров режима подземных вод в зоне влияния Сорьинского хвостохранилища / Л.П. Парфенова, И.А. Бичукина // Материалы девятого международного симпозиума «Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях. - Белгород, 2007. - С.304-307.
9. Бичукина И.А. Тотальное загрязнение почв не установлено / Л.П. Парфенова, О.А. Копенкина, И.А. Бичукина // Технадзор. - Екатеринбург - 2008. - №2 (15) - С. 44-45.
10. Бичукина И.А. Факторы формирования гидрогеологических условий территории Сорьинского хвостохранилища / И.А. Бичукина, Л.П. Парфенова, О.А. Копенкина // Геология, полезные ископаемые и проблемы геоэкологии Башкортостана, Урала и сопредельных территорий месторождений. - Уфа, 2008. - С. 87-89.
11. Бичукина И.А. Результаты экологического мониторинга окружающей среды района влияния ОАО «Святогор» / Л.П. Парфенова, О.А. Копенкина, И.А. Бичукина // Материалы 1-го Уральского международного экологического конгресса «Экологическая безопасность горнопромышленных регионов». - Екатеринбург, 2008. - С. 182-186.
Подписано в печать 11.2008. Формат 60х841/16.
Бумага офсетная. Печать на ризографе. Печ.л. 1,0.
Тираж 100. Заказ
Издательство Уральского государственного горного университета
620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева,30
Отпечатано с оригинал-макета в лаборатории множительной техники издательства УГГУ