Электронная библиотека
Сборник докладов Международной геолого-экологической конференции "Перспективы развития минерально-сырьевой базы Украины и мира", приуроченная к юбилею профессора Бориса Семеновича Панова.
Доктор геол. наук Волкова Т.П.
Магистрант Фалевич В.В.
АНАЛИЗ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ УГЛЕДОБЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИИЙ
На
протяжении многих лет в Донбассе сложилась весьма напряженная
экологическая обстановка которую обеспечивает все возрастающее
техногенное воздействие на окружающую среду. Здесь широко представлены
предприятия металлургической, энергетической, коксохимической,
строительной и других отраслей промышленности. Особенно большое влияние
оказывает горнодобывающая промышленность: разработка углей и других
полезных ископаемых. Техногенная нагрузка на окружающую среду в регионе
превышает среднюю в 5-15 раз [1].
Плотность выбросов вредных веществ в атмосферу по Донецкой области в 7
раз превышает средний уровень по Украине. Особенно велика эта цифра в
городах Мариуполе, Макеевке, Енакиево, Горловке, которая составляет
превышение в 200 раз. Все это привело к тому, что область стала
регионом, где индустриальная нагрузка на биосферу превышает допустимую
норму. Экологическое равновесие глубоко нарушено и повседневно
оказывает неблагоприятное воздействие на здоровье населения. На фоне
общего роста заболеваемости населения на 16% за 10 лет, детская
заболеваемость увеличилась на 26,5%. В городах с высокой концентрацией
промышленного производства этот показатель вырос еще больше: в Горловке
- на 79%, в Макеевке-на 98,7%, в Енакиево -107% [2]. Подобное
загрязнение обусловлено, в первую очередь, наличием свыше 1500
предприятий различной отраслей промышленности, осуществляющих выбросы в
атмосферу загрязняющих веществ (рис. 1).
Рис. 1. Структура промышленного потенциала Донецкой
области
Наиболее значительный вклад имеет угольная отрасль, загрязняющее
влияние которой наиболее широко представлено в Донецком регионе:
горящие породные отвалы, шахтные котельные, вентиляционные стволы,
пункты погрузки угля и др. Они в целом составляют 183,0 тыс. т/год, из
этого объема 155,4 тыс. т/год приходится на выбросы метана. Это, с
одной стороны, энергоноситель и ценное сырье для химической
промышленности, а с другой - очень опасная взрывная разрушитель
озонового слоя планеты приводящий к глобальному потеплению климата
Земли. По данным инвентаризации выбросов метана шахтами Украины,
произведенной за период с 1999 по 2000 г.г., его объем прямо
пропорционален массе добытого угля и составляет 17,3кг/т. Большинство
угольных шахт (89%) выбрасывают в атмосферу метан вентиляционными
системами с концентрацией в исходящих струях шахт до 0,3%. Лишь на 4-х
шахтах концентрация метана в исходной струе близка к допустимой
("Винницкая" - до 0,7%, Рассвет"- до 0,6%. "Кировская"- до 0,75. "им.
60-летия Великой Октябрьской социалистической революции"- до 0,7%).
Кроме того, промышленные котельные, обеспечивающие горячей водой и
теплом шахтные объекты используют в качестве топлива уголь при сгорании
которого (1 тонны) в атмосферу выделяется 60 кг пыли, 50 кг сернистого
ангидрида, 8 кг окислов азота и других химических соединений, а также
целый набор радионуклидов в виде радона-222, радия -226, тория -232 и
др. [3]. В результате в промышленных городах области уровень
загрязнения атмосферы в течение длительного времени классифицируется
как "опасный" и "чрезвычайно опасный".
Одной из острейших проблем является загрязнение воздушного бассейна.
Значительная доля выбросов в атмосферу происходит и за счет породных
отвалов имеющих очаги тепловыделения. С них в атмосферу в зависимости
от скорости ветра: с 1м2 сдувается от 1 до 50мг/с пыли. Ее содержание в
воздухе даже на расстоянии 500м от отвала превышает санитарные нормы
(0,5-0,8 мг/м3) [3]. Было установлено, что уровень заболеваемости выше,
а продолжительность жизни населения, проживающего в зоне влияния
породных отвалов, ниже, чем на других территориях. А в производственных
условиях пыль может приводить к развитию самых различных, в том числе и
опасных заболеваниях органов дыхания, а некоторые ее виды обладают
канцерогенными свойствами. Таким образом, индекс загрязнения атмосферы
в Донецкой области один из самых высоких в Украине (табл.1).
Табл.1 Структура выбросов загрязняющих веществ в
атмосферу от стационарных источников (тыс.т.)
| Территориально-административные зоны выбросов | Всего | Твердые | Газо-образ- ные | Состав загрязняющих веществ | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| SO2 | CO | NO | CH4 | H2S | ||||
| Украина | 742,69 | 47,41 | 695,28 | 49,63 | 77,18 | 5,06 | 560,90 | 2,51 |
| в.т.ч. области: | - | - | - | - | - | - | - | - |
| Донецкая | 544,36 | 24,25 | 520,11 | 21,76 | 49,82 | 2,50 | 444,38 | 1,65 |
| Луганская | 133,47 | 9,93 | 123,54 | 10,45 | 23,99 | 1,34 | 86,89 | 0,86 |
| Днепропетровская | 39,16 | 1,94 | 37,23 | 4,16 | 2,71 | 0,74 | 29,62 | - |
Из приведенных данных видно, что большая часть выбросов приходится на Донецкую область. Доля таких опасных химических соединений как сернистого ангидрида, сероводорода и азота превышают средний по Украине в несколько раз. Из числа газообразных веществ лидирующее место занимает метан, исходящий с вентиляционными потоками при проветривании шахт [3].
Для детального исследования состава выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух контролировались стационарные источники выбросов шахты "Полтавская", расположенной в г. Енакиево Донецкой области. Исследуемый район относится к широтному климатическому поясу с умеренно-континентальным климатом: сухим жарким летом с наблюдаемыми в отдельные годы засушливыми суховейными явлениями и малоснежной умеренно холодной зимой. Рельеф местности- холмистый. Производственные объекты шахты "Полтавская" расположены на одной площадке в степной зоне в окружении пахотных земель. В северо-западном и западном направлении от шахты на расстоянии 900 м расположены жилые дома г. Юнокоммунаровска. В юго-восточном направлении на расстоянии 1500 м находится поселок Мало-Орловка. На шахте насчитывается 22 источника выбросов загрязняющих веществ, в том числе организованные и неорганизованные. К организованным источникам относятся дымовые трубы котельных, места пересыпки угля, породы и цемента с укрытием и отводом пыли. Все эти источники оснащены аспирационной системой, которая позволяет осуществлять сбор выделяющейся пыли или газа естественными или принудительными способами. К неорганизованным относятся источники, не имеющие аспирационных систем. Это - породные отвалы, угольные и лесные склады, открытые монтажные и сварочные участки.
Шахта
осуществляет добычу коксующихся марок угля (ОС и Т), и
антрацитов. Производственная мощность шахты 350тыс т/ год. Добыча угля
по годам составила:
-1998 - 215,8 тыс. т;
-1999 -180 тыс. т;
-2005 - 95,4 тыс. т;
-2006 - 86,1 тыс. т. (планируемый 115,0 тыс. т)
При сравнении объемов добываемого угля за указный период наблюдается четкая тенденция к их снижению - в 1998 г по сравнению с 2006 г. добыча угля снизилась почти в 2,5 раза, невыполнение плана добычи колеблется от 20- 120 тыс. тонн. Ничтожно мал этот показатель в сравнении с другими передовыми шахтами, Например, на шахте "Комсомолец Донбасса", занимающей лидирующее место среди шахт Украины по уровню угледобычи и росту производительности труда, объем добычи составляет 3,4 млн. т. Поле шахты "Полтавская" состоит из добычных и вспомогательных участков. В настоящее время эксплуатируется 4 добычных участка. Добываемый уголь высокозольный (32,6%) и имеет среднее содержание серы (3,1%).
Основное загрязнение атмосферы угледобывающими предприятиями происходит при добычи угля. Освобождающийся из пластов газ - метан вместе с угольной пылью выбрасывается через диффузор вентиляционного ствола в атмосферу. По данным ВГСЧ объемный расход пылегазовоздушной смеси составляет 14000 м3/мин. Концентрация пыли в газовоздушной смеси составляет 5,5 мг/м3, метана -0,1% на одну тонну добываемого угля. При выгрузке угля и хранении его на складе в атмосферный воздух выбрасывается угольная пыль. При перемещении угля по закрытой галерее периодически производится очистка и просып породы, которая сбрасывается через люк. Пыль неорганическая с содержанием двуокиси кремния поступает в атмосферный воздух. При прохождении горных выработок большая часть породной массы (90%) вывозится на породный отвал, а часть (10%) используется на закладку выработанного пространства. При погрузке-выгрузке породы и формирования отвала бульдозером в воздух поступает пыль неорганическая с высоким содержанием двуокиси кремния.
На балансе шахты находится также два недействующих и негорящих породных отвала, один действующий, имеющий периодические очаги тепловыделения. Недействующие породные отвалы имеют форму конусов и достаточно большие размеры (11998 м2 и 15244 м2 ). Действующий отвал является плоским его высота 75 м, а площадь основания 27643 м2. Количество складируемой породы составляет 48360 т/год. Отвалы являются источником загрязнения атмосферного воздуха угольной пылью и окисью углерода. Промышленная котельная, которая обеспечивает горячей водой и теплом объекты предприятия, оборудована тремя котловыми агрегатами. В качестве топлива использует уголь с годовым расходом 12000 т. Продукты сгорания топлива (окислы азота, ангидрид сернистый, углерода окись, а так же пыль неорганическая) принудительной вентиляцией через трубу выбрасываются в атмосферу. При сгорании угля образуется 3600 т золы, которая складируется на открытой площадке и вывозится самосвалами на действующий породный отвал. При работе компрессоров в воздух поступает аэрозоль масла минерального, расход которого составляет 58 тонн.
Предприятие располагает следующими деревообрабатывающими станками: циркулярным, строгальным и фрезерным. Оборудование не оснащено пылеочистными установками и образующаяся при работе станков пыль древесная выбрасывается в атмосферу оконным вентилятором. В состав объектов предприятия также входят сварочный и газовый цеха. Они осуществляют ремонтные работы, а также изготовление металлоконструкций. Во время их работы в атмосферу выделяется окись железа, марганец и его соединения, окись азота. Сварочный и газовый пост являются неорганизованными источниками выброса загрязняющих веществ в атмосферный воздух. Так же на базе предприятия находится прачечная, укомплектованная тремя стиральными машинами. Выделяющийся при стирке карбонат натрия выбрасывается через оконный проем.
По выбросам угольной пыли и газа (метана) предприятие относится к сверхкатегорийным. Методика, по которой проводились прямые инструментальные измерения концентраций загрязняющих веществ, взяты согласно перечня допущенных к использованию и аттестованных методик определения состава и количества загрязняющих веществ в выбросах промышленных предприятий [4,5]. Замеры концентраций загрязняющих веществ проводились на границе санитарно-защитной зоны в 12 точках. По полученным данным были произведены расчеты статистических характеристик, затем все концентрации загрязняющих веществ сравнивались с предельно допустимыми нормами для атмосферы (табл.2).
Табл.2. Статистические характеристики загрязнения атмосферы шахтой "Полтавская"
| - | Na2CO3 | CO | Масло минеральное | Пыль древесная | Пыль антрацита |
| ПДК, мг/м3 | 0,04 | 5 | 0,05 | 0,1 | 0,11 |
| Класс опасности | 3 | 4 | 3 | - | - |
| Минимум | 0,012 | 1,072 | 0,023 | 0,167 | 0,158 |
| Максимум | 0,345 | 5,500 | 0,082 | 14,84 | 0,869 |
| Стандартное отклонение | 0,101 | 1,662 | 0,022 | 4,208 | 0,185 |
В результате для шахты "Полтавская" были установлены следующие загрязнители, средние значения которых превышают ПДК: карбонат натрия - в 2 раза, окись углерода в 1,1 раза, пыль древесная - в 3 раза, пыль антрацита - в 4 раза. Остальные соединения не превышают предельно допустимых нормативов.
Для комплексной оценки загрязнения веществ был выполнен корреляционный анализ веществ, в результате которого были выделены две группы показателей связанные значимой положительной связью - 1)окись углерода и пыль антрацита; 2)карбонат натрия и масло минеральное. Это позволило рассчитать комплексные мультипликативные показатели, которые более контрастно отражают распределение загрязнения в санитарно-защитной зоне.
Наибольшие концентрации и опасность имеют показатели, попавшие в первую группу (окись углерода и пыль антрацита) поэтому для них была построена карта мультипликативного показателя рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе (рис. 2).
Рис. 2 -Карта комплексного показателя загрязнения, в
долях ПДК
Проанализировав карту рассеивания в атмосферном воздухе можно сделать
вывод, что максимальная концентрация вредных веществ наблюдается в
точке №11, Этот выброс осуществляется вентиляционным стволом шахты.
Значительные концентрации также наблюдаются в точке №8, положение
которой связано с находящимся здесь плоским породным отвалом.
Таким образом, на шахте "Полтавская" установлены два наиболее значимых
источника загрязнения атмосферного воздуха - вентиляционный ствол шахты
и породные отвалы, которые носят наибольший существенный вклад в
загрязнение атмосферного воздуха. Они выбрасывают угольную пыль в
атмосферный воздух, затем оседающую, накапливающуюся и формирующую
техногенные аномалии в почве. На предприятии не выполняются мероприятия
по уменьшению вредных выбросов. Они заключаются в реконструкции
вентиляционных установок и батарейных циклонов, установке гидрантов для
увлажнения угля на открытом складе, выполнении плановых работ по
озеленению двух недействующих породных отвалов. Если учесть, что шахта
по добыче угля не выполняет планов и при этом наносит существенный
экологический ущерб своими выбросами загрязняющих веществ, то, очевидно
при таком состоянии, ее следует закрыть.
Библиографический список
1 Волкова Т.П., Попова Ю.С., Волкова К.В. Аналіз та оцінка впливу
промислових підприємств на забруднення грунтів Донецької області //
Проблемы экологии. - Донецк: ДонНТУ, 2005.-№1-2, 164 с.
2. Панов Б.С., Шевченко О.А., Дудик А.М., Дудик С.А., Селяков С.Ю.
Современные экологические проблемы Донецкого бассейна // Геофизический
журнал, 2003.- №3.- С. 46-60.
3. Недодаева Л.Л, Майдуков Г.Л. Эколого-экономические проблемы
промышленности: метан и другие отходы основного производства угольных
шахт Донбасса, как объект маркетинга // Инженерная экология-2007.- №3.-
С.27- 47.
4. Сборник методик по определению концентраций загрязняющих веществ в
промышленных выбросах. Л.: Гидрометиоиздат, 1987.-45 с.
5.Метрологічне забезпечення. Відбір проб промислових викидів.
Інструкція. КНД 211.2.3 063-98. Київ, 1989.- 50с.
6.Земля тривоги нашої. За матеріалами доповіді про стан навколишнього
природного середовища в Донецькій області у 2002 році / Під ред. С.В.
Третьякова. - Донецьк: Новий мир. - 2003. - 158 с.
______________________________________________________