ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание



Актуальность исследований


Актуальность исследований заключается в том, что в Донбассе сложилась очень тяжелая экологическая ситуация. Будучи «столицей» шахтерского края Украины, на этих территориях эксплуатируется много угольных шахт и углеперерабатывающих предприятий, которые располагаются в непосредственной близости от жилых кварталов, и негативно влияют на жизнедеятельность и здоровье населения и экологическое состояние в целом. В результате рассмотрения влияния переработки угля на окружающую среду на примере ООО «Моспинское углеперерабатывающее предприятие» главными неблагоприятными факторами связанными с переработкой угля является накопление огромных масс углеотходов, которые располагаются близко к городской черте и оказывают негативное комплексное воздействие на окружающую природную среду.

  В состав Моспинского углеперерабатывающего предприятия входят объекты повышенной экологической опасности: породный отвал и илонакопитель. В отходах углеобогащения имеются повышенные концентрации широкого спектра токсичных элементов, которые воздушным и водным путем способны проникать в компоненты  окружающей среды. В очагах горения и окисления в породном отвале образуются опасные компоненты-загрязнители атмосферного воздуха: серная кислота, сернистый ангидрид, окислы азота. В анаэробных условиях формируются выбросы аммиака и сероводорода. Все эти явления представляют опасность для окружающей среды и населения прилегающих территорий. Поэтому всестороннее исследование негативных процессов и явлений, их пространственно временной динамики являются весьма актуальной задачей.


Связь работы с научными программами, планами, темами.

Работа выполнена на основе материалов, полученных в процессе проведения мониторинга атмосферного воздуха, почво-грунтов, подземных и поверхностных вод в зоне влияния мест удаления отходов углеобогащения ООО «Моспинское углеперерабатывающее предприятие» в соответствие с программами природоохранных мероприятий местного значения. Работа выполнена в сотрудничестве с ПГП «Артемовская гидрогеологическая партия» г. Артемовск.


Магистерская работа соответствует государственной научной программе «Державна цільова екологічна программа проведення моніторингу навколишнього природного середовища» (постанова Кабінету Міністрів України від 05.12.2007 №16761), а также «Стратегії державної екологічної політики України на період до 2020 року». Тема работы связана с областными программи: № 3/25-656 «Научно-технического развития Донецкой области на период до 2020 года»; № 6/4-086 «Обращение с отходами в Донецкой области на 2011-2015 года»; № 6/9-219 « Экономическое и социальное развитие Донецкой области на 2012 и основные напрвления развития на 2013 и 2014 года».


Также, необходимость проведения данных исследований обосновывается рядом нормативных документов: Законом Украины: «Про охорону навколишнього природного середовища» від 25.06.91 р. (стаття 22); Законами Украины: «Об отходах» и «Об охране земель»; постановлением Кабинета Министров Украины № 391 от 30 марта 1998г.: «Положення про державну систему моніторингу довкілля»; постановлением Кабинета Министров Украины от 20 августа 1993 г., № 661: «Положення про моніторинг земель».


Цель и задачи исследований

Целью работы является отслеживание пространственно-временной динамики процессов загрязнения, определение степени опасности и масштабов загрязнения в зоне влияния породного отвала и илонакопителя ООО «Моспинское улеперерабатывающее предприятие».


     Основными задачами исследований являются:



Объект исследования
Объектом эколого-геохимического исследования являются зоны влияния породный отвал и илонакопитель ООО «Моспинское углеперерабатывающее предприятие».
Предмет исследования
Предметом исследования являются атмосферный воздух, почво-грунты, подземные и поверхностные воды
Методы исследований


Научная новизна полученных результатов


Практическое значение работы
Практическое значение заключается в комплексной геолого-экологической оценке степени и масштабов влияния породных отвалов и илонакопителейуглеперерабатывающих предприятий.Отслеживание динамики загрязнения позволяет пересмотреть приоритеты в системе мониторинга окружающей среды, установления санитарно-защитных зон.
Личный вклад автора. Автор участвовал в полевых работах по мониторингупочво-грунтов, подземных и поверхностных вод, осуществлял обработку, анализ и систематизацию данных.
Апробация результатов работы. Результаты работы были использованы в подготовке производственных отчетов. Также использованы в статье « Экологические проблемы в связи с обогащением углей», которая готовится для печати в сборнике ДонНТУ.



Только в последние годы значительное развитие получило изучение негативных процессов связанных с переработкой угля, а конкретно с накоплением огромных масс углеотходов в породных отвалах, которые постоянно увеличиваются в  объеме и как следствие усиливается техногенная нагрузка на окружающую среду. Породные отвалы, площадки просушки отходови илонакопителичасто располагаются в пределах городской чертыи занимают значительные территории, оказывают негативное комплексное воздействие на окружающую природную среду, имеют повышенную экологическую опасность.
Детальные результаты исследований данной проблематики появляются в 80-е гг. прошлого века. Они связаны с такими организациями как: ПО «Укруглегеология», ГРГП «Донецкгеология», ОАО «Донгипрошахт», однако все исследования ориентированы в первую очередь на оценку возможности использования породных отвалов в народном хозяйстве, вопросы экологии в этих работах рассмотрены поверхностно в рамках проектов по рекультивации терриконов. Эти работы связаны с именами таких исследователей как: Канона Я. Ф., Ганопольский Ф. И., Пелипенко С. А.
      В настоящее время по породным отвалам и илонакопителямнакоплен значительный объем разнообразных материалов. В научно-исследовательских трудах Алехина В.И., Мигули П.С., Проскурни Ю.А., Выборова С.Г., Панова Б.С., Зборщика М.П., Осокина В.В. [1-6] рассмотрены экологические, геохимические, минералого-петрографические особенности породных отвалов угольных шахт. В этих работах уже уделяется большее внимание вопросам экологической безопасности исследуемых объектов. Все автора сходятся во мнении, что породные отвалы представляют экологическую опасность, занимают значительную территорию города и могут служить в качестве вторичного сырья.
Экологическая опасность породных отвалов обусловлена процессами горения породной массы, что служит источником выбросов вредных веществ в атмосферу, таких как пыль, двуокись серы, двуокись азота, сероводород и окись углерода. Вместе с пылью и газовыми выбросами могут мигрировать и некоторые токсичные элементы, например, мышьяк, свинец, ртуть и другие. В настоящее время достаточно детально исследован механизм самовозгорания породной массы, разработаны мероприятия по тушению и профилактике очагов горения. Веселовский В.С., Алексеева Н.Д., Виноградова Л.П., Саранчук В.И., Скочинский А.А., Огиевский В.М.[7-9] считают, что единственной причиной самовозгорания угля является взаимодействие его с кислородом атмосферного воздуха.
        В более поздний период появляются обобщающие работы, в которыхсчитается, что вокруг накопителей отходов углеобогащения в процессе воздушной и водной миграции и дифференциации вещества отходов формируются техногенные ореолы замещения геологической среды. Характер воздействия и его интенсивность зависит от условий эксплуатации данных объектов и может представлять экологическую опасность для населения прилегающих территорий. 
    Обзор ранее проведенных исследований дает возможность сделать вывод о том, что проблеме формирования и распределения ореолов загрязнения в окружающей среде уделяется много внимания, но, не смотря на все это, она остается недостаточно исследованной, так как уделялось мало внимания изучению вопросов изменения параметров ореолов во времени. Поэтому весьма актуальным является рассмотрение исследуемых данных с целью выявления причин образования ореолов загрязнения и исследования их динамики.



В соответствии с физико-географическим районированием Донбасса территория размещения илонакопителя и отвала Моспинского УПП принадлежит Крынско-Нагольчанскому району, который охватывает склоны Донецкого кряжа в верховьях бассейнов рек Кальмиуса и Миуса (с притоками – р.р. Грузская, Крынка и Нагольная).

В геологическом строении территории принимают участие каменноугольные отложения, главным образом, песчаники, алевролиты и известняки. Они обнажаются по долинам рек, оврагам и балкам.

Сложный и довольно разнообразный  современный рельеф сформировался в тесной связи с геологическим строением и тектоникой. Здесь известняки и песчаники карбона (более устойчивые против процессов выветривания и размыва) образуют многочисленные гривки, купола, "могилы", кряжи. Поверхность района сильно изрезана густой сетью речных долин, глубоких оврагов и балок.

Илонакопительрасположен в пойме реки Грузская.С севера участок их размещения ограничен железной дорогой и промплощадкой предприятия, с южной – р. Грузская. К западу в 120 м от илонакопителя и  в 220 м к востоку от площадки просушки расположены ближайшие жилые застройки г. Моспино (рис. 3.1).



Рис. 3.1 – Ситуационный план территории размещения илонакопителя и породного отвала Моспинского УПП


 Перепад высот в пределах исследуемого участка составляет 10 м. Отметки поверхности меняются от 99,0 до 109,0. Общий уклон поверхности направлен к югу в сторону р. Грузская. Пойма реки заболочена, представляет собой равнинный участок, осложненный многочисленными перепланировками в связи со строительством илонакопителя, железных и автомобильных дорог, жилых домов и др.

Из современных физико-геологических процессов распространены: плоскостной (поверхностный) смыв; эрозия бортов илонакопителя; заболачивание прилегающей к илонакопителю территории в пойме р. Грузская.

Породный отвал расположен на правобережном склоне р. Грузская в 2,25 км на север, северо-запад от ее русла. Уклон поверхности к долине реки составляет 0,003 – 0,004. Абсолютные отметки в основании отвала колеблются от 148 на юго-западной окраине до 160 на северной стороне. Максимальная отметка поверхности отвала составляет 236,3 по данным маркшейдерской съемки 2007 г. Мощность тела плоского породного отвала составляет 70- 80 метров. Площадь, занятая отходами, составляет 19,83 га [10]. К юго-западу и северо-востоку от отвала существуют локальные понижения балочного типа, ограничивающие поверхностный сток с его стороны. Откосы отвала не укреплены и не заизолированы инертными грунтами, их поверхность подвержена ветровой и водной эрозии, следы которой отчетливо проявлены в виде узких линейных промоин по склонам. Распространение загрязненного поверхностного стока со стороны отвала ограничены обваловкой и дренажными канавами по его периметру.



Качество атмосферного воздуха исследуемой территории в целом определяет достаточно высокий региональный фон, свойственный промышленной зоне Донбасса, куда входят все объекты Моспинского УПП. Выбросы предприятий существенно влияют на качество атмосферного воздуха прилегающих территорий и распространяются воздушными потоками на десятки км, образуют масштабные ореолы рассеивания различных вредных веществ.

Выбросы сернистого ангидрида, окисла углерода, сероводорода и двуокиси азота могут осуществляться со стороны отвала в процессе физико-химических, микробиологических преобразований отходов, сопровождающихся повышением температуры внутри отвала. Отходы углеобогащения имеют в своем составе в качестве рассеянной тонкодисперсной вкрапленности пирит (FeS2), который в присутствии кислорода и воды легко окисляется с выделением тепла. При этом образуются нерастворимый в воде гидроксид железа  (Fe2O3*n H2O) и газ – сернистый ангидрид (SO2), который частично улетучивается в атмосферу, частично, окисляясь далее, образует сульфат ион (SO42-) и повышает агрессивность поровых вод тела отходов. Повышение температуры в отдельных очагах может приводить к частичному возгоранию (или окислению) органической угольной части отходов, что в условиях недостатка кислорода будет способствовать выбросам угарного газа (СО). Кроме того, органическая часть угля содержит серу и азот, окислы которых могут образовываться в очагах горения отходов  и выделяться через их толщу по капиллярно-поровой системе в атмосферный воздух. В условиях недостатка кислорода развиваются анаэробные процессы, основным продуктом которых является сероводород. Так как по насыщенности кислородом отвал неоднороден, то и в разных его частях могут проявляться различные процессы термического преобразования отходов. Горение в условиях достаточного количества кислорода приводит к образованию горелых пород красного цвета. При недостатке кислорода образуются темно-серые до черного цвета породы. Оба типа горелых пород в пределах изучаемого отвала присутствуют [12]. 

В период с 2007 по 2009 г. была изучена динамика поведения основных загрязнителей атмосферного воздуха в точках наблюдения (-320, 320, 640 и 1000 м) в зоне влияния породного отвала. В процессе лабораторных исследований определялись концентрации пыли, окиси углерода, двуокиси серы, двуокиси азота, сероводорода. Параллельно определялись основные климатические характеристики: направление и скорость ветра, температура, относительная влажность воздуха и атмосферное давление.

Так в фоновой точке -320 м до влияния отвала основными загрязнителями превышающие ПДКм.р. являются двуокись азота (в мае 2009 г.) и пыль (в июле 2008 г.). Остальные компоненты в разные периоды контроля остаются в пределах нормативных значений (рис.4.1).

В подфакельной зоне на расстоянии 320 м от породного отвала с мая 2007г. и в течение 2008 г. все загрязнители находятся в рамках нормативных показателей. На протяжении 2009 г. концентрации двуокиси азота и сероводорода превышают ПДК.



Рис. 4.1 – Графики распределения контролируемых  компонентов в атмосферном воздухе  зоны влияния отвала в течение 2007-2009 г.г. Контрольный пункт -320 м



Рис. 4.2 – Графики распределения контролируемых  компонентов в атмосферном воздухе  зоны влияния отвала в течение 2007-2009 г.г. Контрольный пункт 320 м



Рис. 4.3 – Графики распределения контролируемых  компонентов в атмосферном воздухе  зоны влияния отвала в течение 2007-2009 г.г. Контрольный пункт 640 м



Рис. 4.4 – Графики распределения контролируемых  компонентов в атмосферном воздухе  зоны влияния отвала в течение 2007-2009 г.г. Контрольный пункт 1000 м


В летние месяцы с июня по август происходит рост концентрации всех контролируемых компонентов. Так наблюдаются максимальные превышения ПДК с июля 2007-2008 г.г. двуокисью азота, сероводородом и пылью и постепенное падение их концентраций в августе. Выявлены повышенные концентрации двуокиси серы в июне 2007 г. и в июле 2009 г., а также окиси углерода в июле 2008 г. (рис.4.2).

В подфакельной зоне отвала на расстоянии 640 м с мая 2007 г. и в течение 2008 г. концентрации всех контролируемых компонентов находятся в пределах нормативных значений. Лишь в 2009 г. наблюдается максимальное превышение двуокиси азота и сероводорода в сравнении с предыдущими этапами. В летние месяцы превышение ПДК для сероводорода и двуокиси азота выявлены только в июле 2008 г. (рис.4.3).

На расстоянии 1000 м от отвала превышение ПДК  для двуокиси азота и сероводорода выявлено только в мае 2009 г. В остальные периоды контроля концентрации всех контролируемых ингредиентов находятся в пределах нормы.

 Таким образом, в 2009 г. отмечается некоторый рост концентраций двуокиси азота и сероводорода в наблюдательном пункте на расстоянии 320м от отвала по отношению к другим периодам контроля. По мере удаления от отвала на расстоянии 640м до 1000м концентрация всех компонентов постепенно снижается до нормативных значений и приближается к уровню регионального фона.



Загрязнение почв прилегающих территорий происходит воздушным путем в процессе рассеивания по земной поверхности пыли, дымовых выбросов, продуктов разложения и преобразования отходов, а также в процессе водной миграции на участках подтопления.Интенсивность загрязнения и геохимический спектр аномалий напрямую зависят от параметров источника – объемов выбросов, концентрации в них загрязняющих веществ, форм их нахождения и миграции.  Морфология ореолов, их пространственная приуроченность при воздушной миграции определяется преобладающим направлением и скоростью ветров, геоморфологическими особенностями местности и позицией источника выбросов. В процессе водной миграции ореолы загрязнения почв формируются на участках подтопления в направлении ниже по подземному потоку от источника. Как правило, такие участки выделяются в пойменных частях балок и речных долин. Ореолы загрязнения почв, возникающие в процессе водной миграции, отличаются от аномалий, сформированных воздушным путем повышенным засолением. В любом случае ореолы загрязнения имеют закономерное строение по отношению к источнику. Чем интенсивнее воздействие, тем эти закономерности проявлены ярче. Вокруг источников формируются аномалии с определенной концентрационной и ассоциативной зональностью.Отходы углеобогащения характеризуются своеобразным геохимическим спектром, который отличается от геохимического спектра первичных почв. Это позволяет определить границы пылевого ореола, локализованного в почвенном слое.

В период с 2007 по 2010 г. был проведен мониторинг состояния почво-грунтов. На каждом этапе было отобрано 16 проб по пяти контрольным створам. При этом в каждом створе проводился отбор двух-трех проб, первая из которых на расстоянии 20-50 м, а последующие на расстоянии 150-250м и 500-750м от границы площадки складирования отходов. Количественно определялись содержания следующих элементов: Pb, Zn, Cd, Hg, Ni, Cu, Mn, Fe, V, Cr, Co, As. Наряду с валовыми содержаниями элементов в пробах  определялись концентрации сульфатов, а также сера в подвижной форме [13-15].

Для характеристики степени загрязнения почво-грунтов изучаемой территории были рассчитаны коэффициенты концентрации компонентов по отношению к региональным фоновым концентрациям, а также к предельно допустимым концентрациям [11].

Исследованиями установлено достаточно частое изменение геохимической специализации перерабатываемых на предприятии углей, что отражалось на строении и геохимическом спектре ореолов загрязнения прилегающих почв.

Суммарное загрязнение почв прилегающей территории характеризуется преимущественно допустимой степенью (рис. 5.1). В 2007 г. отмечается минимальная степень суммарного загрязнения на уровне показателя Zc до 10 ед. Отходы углеобогащения при этом также не выделяются существенными аномалиями токсичных элементов. В 2008 г. ситуация изменилась, степень суммарного загрязнения отходов выросла до средней категории загрязнения (Zc=14,6 ед.). Вокруг илонакопителя и площадки просушки сформировался ореол загрязнения с Zc от 10 до 16 ед., его внешние границы удалены на расстояние до 100 м от контура исследуемых объектов. В 2008 г. Степень суммарного загрязнения осталась на том же уровне, ореол средней категории загрязнения несколько расширился, однако сохранил отчетливую пространственную приуроченность к илонакопителю и площадке просушки.



Рис. 5.1 – Динамика ореолов суммарного загрязнения почв в зоне влияния илонакопителя МУПП в течение четырех этапов мониторинга 2007-2010 г.г.


В 2010 г. резко возросла степень суммарного загрязнения отходов углеобогащения (Zc=43,0 ед.) до опасной степени, что не привело к существенному увеличению масштабов и интенсивности ореола загрязнения почв по периферии илонакопителя. Устанавливается некоторое расширение в восточном направлении вдоль автодороги, по которой отходы транспортируются на породный отвал МУПП.

На всем протяжении мониторинга спектр элементов загрязнителей несколько менялся, что отражалось на динамике распределения микроэлементов в прилегающих к илонакопителю почвах. Степень суммарного загрязнения почв в разные этапы мониторинга определяли концентрации кадмия, ртути, мышьяка, свинца и цинка.

Негативное влияние на окружающую среду

Рисунок 5.2 – Негативное влияние на окружающую среду

Анализ результатов исследований позволяет сделать два важных вывода: