Размещено на http://www.allbest.ru/

29

1

Российская Федерация

Министерство образования и науки

Федеральное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Орловский государственный университет»

КУРСОВАЯ РАБОТА

На тему: «Мониторинг земель сельскохозяйственного назначения, загрязненных тяжелыми металлами в зоне влияния Михайловского ГОКа»

Орел 2011

Содержание

Введение

1. Результаты анализа количественного содержания тяжелых металлов в выбросах Михайловского ГОКа

2. Результаты изучения пространственного распределения тяжелых металлов в почвах зоны влияния МГОКа

3. Безопасность и экологичность проектных решений

3.1 Оценка воздействия карьера на окружающую природную среду

3.1.1 Воздействие карьера на атмосферный воздух

3.1.2 Воздействие карьера на поверхностные и подземные воды

3.1.3 Воздействие карьера на земную поверхность и недра

3.1.4 Аварийные выбросы вредных веществ и их последствия

4. Закономерности накопления тяжелых металлов в разных видах земельных угодий

5. Результаты изучения распространения тяжелых металлов в эрозионной сети зоны влияния Михайловского ГОКа

6. Рекомендации по совершенствованию мониторинга и использованию земель сельскохозяйственного назначения в зоне влияния и санитарной охраны Михайловского ГОКа

Заключение

Список литературы

Введение

Актуальность темы. В результате хозяйственной деятельности человека происходит загрязнение окружающей среды различными токсическими веществами. Из всех биосферных загрязнителей тяжелые металлы наиболее опасны, так как они не разлагаются и накапливаются в тканях живых организмов. В качестве наиболее распространенных загрязнителей, в соответствии с нормативами, принятыми в Российской Федерации, выделены одиннадцать тяжелых металлов: Cd, Cu, As, Ni, Mn, Sb, Hg, Pb, Zn, V, Cr. Следует отметить, что проблема загрязнения почв занимает особое место в системе экологического нормирования. Это связано с уникальными экологическими функциями почвы как среды обитания и источника вещества и энергии для организмов суши, как связующего звена биологического и геологического круговоротов и как буферного и защитного биогеоценотического экрана, обеспечивающего нормальное функционирование биосферы. В настоящее время проводятся многочисленные исследования по выявлению источников и причин загрязнения земель тяжелыми металлами. Одним из основных источников такого рода загрязнения большинство ученых обычно называют крупные предприятия, расположенные на изучаемой территории. Среди крупнейших предприятий Курской области выделяется Михайловский горно-обогатительный комбинат, в зоне влияния которого расположены земли сельскохозяйственного назначения. В связи с этим является актуальным исследование влияния данного предприятия на окружающие земли.

На основании мониторинга земель сельскохозяйственного назначения в зоне влияния Михайловского ГОКа были сделаны выводы о накоплении в почвах тяжелых металлов. Полученные данные позволяют прогнозировать опасность дальнейшего накопления поллютантов на исследуемых территориях. Исходя из этого, очевидна актуальность мониторинга содержания тяжелых металлов в почвах, что имеет особое прикладное значение относительно обследования именно сельскохозяйственных земель, находящихся в зоне влияния горнорудного предприятия.

Цель работы. На основании полевых исследований и собранного фактического материала разработать методический подход к организации мониторинга и оценки на его основе особенностей загрязнения тяжелыми металлами земель сельскохозяйственного назначения в зоне влияния крупного промышленного предприятия (на примере Михайловского ГОКа); предложить систему мероприятий по уменьшению негативных последствий загрязнения почв.

Задачи исследования. В ходе достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Экспериментальное исследование фактического распределения тяжелых металлов в почвах зоны влияния Михайловского ГОКа с учетом источников их поступления и физико-географических, ландшафтных условий распространения, миграции и накопления.

2. Определение содержания тяжелых металлов, поступающих из различных источников пылевых выбросов Михайловского ГОКа на исследуемую территорию.

3. Оценка на основании статистического анализа и средствами геоинформационных систем (ГИС) особенностей распространения тяжелых металлов в почвах зоны влияния крупного горнорудного предприятия; соотнесение полученных данных с комплексом источников возможного загрязнения и геохимическими особенностями миграции поллютантов.

4. Изучение особенностей распространения и накопления тяжелых металлов в донных отложениях рек, протекающих в зоне влияния Михайловского промышленного ареала.

5. Разработка рекомендаций по специфике проведения мониторинга загрязненных тяжелыми металлами земель различного назначения в районах со сложным комплексом хозяйственных воздействий на примере зоны влияния Михайловского промышленного узла.

6. Разработка рекомендаций по организации мониторинга и использованию земель сельскохозяйственного назначения в зоне санитарной охраны Михайловского ГОКа.

Объект исследования - земли, находящиеся в зоне влияния Михайловского горно-обогатительного комбината и возможные источники их загрязнения тяжелыми металлами.

Предмет исследования - процессы поступления тяжелых металлов в почвенный покров природных и антропогенных комплексов и накопления в нем этих веществ.

1. Результаты анализа количественного содержания тяжелых металлов в выбросах Михайловского ГОКа

На начальном этапе работы нами были выделены основные источники пыления предприятия:

1) выбросы вентиляционных систем при сушке из барабанов дробильно-сортировочной фабрики (ДСФ);

2) выбросы вентиляционных систем обжиговых машин дробильно-обогатительного комбината (ДОК);

3) пыль вентиляционных систем после пылевых фильтров фабрики обогащения ДОК;

4) пыль с пылевых фильтров отделения дробления ДОК;

5) пыль из карьера после проведения взрывов;

6) пыление хвостов мокрой магнитной сепарации на «пляжах» хвостохранилища.

Пыль из основных источников выбросов Михайловского ГОКа была отобрана для анализа на содержание тяжелых металлов (табл. 1).

Таблица 1. Содержание тяжелых металлов в выбросах Михайловского

ГОКа (мг/кг)

Металлы Источники	Со	Cd	Ni	Pb	Cr	Mn	Cu	Mo	Zn	Sb	Fe
ДСФ, выбросы при сушке (барабаны)	22,4	1,7	5,9	18,3	11,1	102,3	9,4	1,1	40,5	8,3	4200
ДОК (обжиговые машины)	26,6	1,7	3,8	16,6	10,6	90,2	9,1	1,1	61,6	9,9	3900
ДОК - обогащение, пыль из труб	12,5	1,7	17,9	20,3	15,4	272,4	11,1	0,5	20,3	2,6	4400
ДОК - отделение дробления, пыль из труб	20,6	0,7	7,6	12,2	16,1	170,6	11,9	1,1	60,4	9,3	1100
Пыль карьера после взрывов	27,5	1,6	3,4	18,4	10,8	70,3	9,3	1,2	60,8	9,1	4500
Пыление хвостохранилища	14,3	0,7	10,9	32,0	17,2	180,3	4,9	0,3	71,5	11,1	8000
ПДК	5,0	5,0	80,0	65,0	100,0	1500,0	66,0	5,0	220,0	4,5	-
Фон по области	2,0	-	33,0	16,0	82,0	596,0	22,0	1,0	52,0	-	2200
Кларк земной коры (А. П. Виноградов)	18,0	0,13	58,0	16,0	83,0	1000	47,0	1,1	83	0,5	46500

Всего анализировалось содержание 24 тяжелых металлов. В таблице 1 показаны те металлы, концентрации которых могут влиять на загрязнение земельных угодий в районе МГОКа, содержание остальных или ниже точности определения, или много ниже ПДК и в разы ниже фоновых значений.

Полученные данные позволяют констатировать, что в железорудном сырье и всех продуктах его переработки МГОКом тяжелые металлы содержатся в концентрациях, даже не приближающихся к предельно допустимым. Более того, по большинству веществ концентрации в возможных выбросах Михайловского горно-обогатительного комбината ниже соответствующих фоновых концентраций как по всей Курской области, так и в районе МГОКа.

Исключением являются только сурьма и кобальт. Их концентрации в железорудном сырье и продуктах его переработки МГОКом сравнимы с предельно допустимыми концентрациями (ПДК) для почвенного покрова. Для ряда веществ их концентрации в железорудном сырье и хвостах МГОКа приближаются или незначительно превышают фоновые значения для Курской области, но они в несколько раз ниже ПДК; кроме того, их концентрации в почвах зоны влияния МГОКа не повышены, а даже намного ниже областного фона.

Из всего сказанного следует очевидный вывод, что из более чем 20 изученных веществ даже теоретически негативное влияние могут оказывать только три: сурьма, кобальт и кадмий. К ним следует добавить железо, концентрации которого в железорудном сырье и продуктах его переработки достаточно высоки, превышают фоновые значения для почвенного покрова. Следовательно, в дальнейшем при анализе влияния МГОКа на почвенный покров вполне достаточно ограничиваться изучением показателей по этим химическим элементам. Можно добавить к ним свинец, молибден и цинк, содержание которых в выбросах Михайловского ГОКа в несколько раз ниже ПДК, но незначительно превышает фоновые значения для Курской области. Все остальные вещества как в железорудном сырье, так и в продуктах его переработки на МГОКе обнаружены в концентрациях, которые не превышают ПДК и фоновые значения.

2. Результаты изучения пространственного распределения тяжелых металлов в почвах зоны влияния МГОКа

Из нескольких возможных вариантов мониторинга территории нами был выбран мониторинг загрязнения почв тяжелыми металлами, так как почвы, будучи компонентами сбалансированных природных экосистем, находятся в динамическом равновесии со всеми другими компонентами биосферы. Почвы в ходе использования их в разнообразной хозяйственной деятельности часто загрязняются, теряют природное плодородие или даже полностью разрушаются.

В основу анализа легли отобранные нами пробы почв и грунтов. Пространственное распределение точек отбора планировалось с учетом расположения основных источников выбросов МГОКа и направлений ветра на исследуемой территории при разных погодных условиях. Пробы почв более детально отбирались в секторах зоны влияния МГОКа, расположенных по направлению наиболее часто повторяющихся ветров (рис. 1).

Отбор почвы проводился в соответствии с ГОСТ 17.4.4.02-84, методом конвертов на площадках размером 10 на 10 метров. Точки отбора проб располагались на различных угодьях, как обрабатываемых (пашня), так и необрабатываемых (луг, лес, многолетняя залежь). Эти пробы были проанализированы в лаборатории аналитического контроля Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова рентгено-флюоресцентным методом на кристалл-дифракционном сканирующем спектрометре «СПЕКТРОСКАН». Для металлов Be, Cd, Co, As, Ni, Hg, Pb, Se, Sb, Cr, Cu, Mo, Zn, Ag, Sr определялось их валовое содержание, для V, Mn, Fe, Ba, Al - содержание подвижных форм в почвенных образцах.

Для исследуемого района отмечены следующие максимальные значения концентраций: 180 мг/кг для свинца (проба №60, отобранная севернее с. Троицкое). Чуть меньшее значение 120-140 мг/кг встречается для Pb в пробах №58, 59, взятых западнее с. Капенки, северный берег Михайловского водохранилища, №61, 62 - восточнее п. Сергеевский, №66 - южнее п. Никольский, №72 - южнее г. Железногорска. Для остальных элементов полученные значения не превышают ПДК. Это говорит о том, что в целом зона влияния Михайловского ГОКа не загрязнена рассматриваемыми элементами, а свинец, как отмечалось ранее, в выбросах МГОКа имеет концентрации ниже ПДК и, следовательно, его повышенные концентрации в почве не связаны с выбросами предприятия.

Рис. 1. Точки отбора проб и основные объекты Михайловского ГОКа и

его инфраструктура:

1 - г. Железногорск, 2 - карьер и отвалы, 3 - хвостохранилище,

4 - промышленная площадка бедных руд ГОКа, 5 - ДОК,

6 - автотрасса

Для выявления значимого влияния Михайловского ГОКа на загрязнение почвенного покрова нами были построены графики зависимости концентрации тяжелых металлов от расстояния между точками отбора проб и объектами пыления ГОКа. По координатам точек отбора проб определялось расстояние до объектов ГОКа. Были построены зависимости как от отдельных объектов (карьер, промплощадка, хвостохранилище), так и от совокупности объектов МГОКа. В последнем случае определялось расстояние точки отбора проб от ближайшего объекта. Затем строились графики связи загрязнения и расстояния, после этого вычислялись коэффициенты корреляции между загрязнением и расстоянием. Для всех веществ коэффициент корреляции оказался близок 0, а вид зависимости представлен на рис. 2.

Рис. 2. Изменение концентраций железа и свинца (К, мг/кг) в

почвенных образцах в зависимости от ближайшего источника пыления

МГОКа (L, м)

Интересна, на наш взгляд, ситуация с содержанием железа в почвах зоны влияния Михайловского ГОКа. Его содержание в руде, в хвостах, в пыли, поступающей от производственных объектов комбината, выше фоновых концентраций, поэтому возможно накопление железа в почвах и их загрязнение этим металлом. На рис. 2 показано распределение концентраций железа в ряде точек почвенного покрова на удалении от нескольких метров до 20 км от карьера и хвостохранилища МГОКа. Мы видим, что концентрации железа в почве не уменьшаются с удалением от горно-обогатительного комбината.

Рядом с объектами МГОКа концентрации железа такие же, как и в удаленных от них на несколько километров контрольных точках. Все это свидетельствует о том, что накопления железа в почвах вокруг МГОКа в результате переноса пыли не происходит. Этот вывод звучит, на первый взгляд, парадоксально: железорудный карьер и хвостохранилище, несмотря на пыление, не приводят к загрязнению почвы железом в окрестностях МГОКа. Но этот вывод подтверждается не только нашими, но и предыдущими исследованиями, выполненными лабораторией Курской сельскохозяйственной академии в 1994 году, под руководством В.Д. Мухи и А.Ф. Сулимы.

Из-за небольшого объема данных по содержанию железа в почвах окрестностей МГОКа данный вывод не может считаться окончательным, но как вероятная рабочая гипотеза может быть подтвержден в рамках последующих исследований.

Такая же ситуация складывается и по остальным металлам. Для примера мы привели график изменения концентрации свинца (рис. 3). Точки с максимальными, критическими концентрациями расположены на расстоянии от 1 до 25 км от производственных объектов МГОКа. Для концентраций свинца характерно, что минимальные концентрации отмечены как в непосредственной близости от карьера и хвостохранилища, так и на отвалах.

Итак, концентрации в точках с экстремальным загрязнением по мере удаления от МГОКа не убывают, а возрастают. Это еще раз доказывает, что загрязнение региона свинцом совершенно не связано с пылением карьера, хвостохранилища и с производственной деятельностью комбината.

Это подтверждается и анализом построенных нами с использованием программы Surfer карт загрязнения почв района МГОКа тяжелыми металлами. На них хорошо видно, что загрязнение не концентрируется вокруг карьера, хвостохранилища, отвалов и других производственных объектов горно-обогатительного комбината. Точки с высокими концентрациями расположены хаотично, на расстоянии от 5 до 30 км от источников пыления. Уменьшения концентрации по мере удаления от объектов МГОКа не происходит. Экстремальные концентрации разных веществ расположены не соответствующим друг другу образом. В одних точках - экстремальные концентрации свинца, в других - кобальта и т.д. Следовательно, в каждом случае техногенный или природный источник загрязнения свой. Это является дополнительным аргументом для обоснования того, что причиной выявленных геохимических аномалий является не пыление карьера и хвостохранилища МГОКа, а иные, самые разнообразные источники.

Для проведения комплексного анализа накопления элементов в почве мы использовали коэффициент концентрации. Коэффициенты концентрации (К_к) определяются как частное от деления массовой доли загрязнителя на его ПДК и рассчитываются по формуле:

К_к=С_i/C_ПДК (1),

где С_i - концентрация элемента в исследуемой пробе (мг/кг), C_ПДК - предельно допустимые концентрации для определяемых веществ (мг/кг).

В таком случае, если К_к какого-либо элемента равен единице, то его содержание соответствует ПДК, и чем он больше единицы, тем больше его значение превышает ПДК.

Для определения общего техногенного загрязнения территории был использован суммарный показатель химического загрязнения (Zс), который характеризует степень химического загрязнения почв и грунтов обследуемых территорий вредными веществами различных классов опасности и определяется как сумма коэффициентов концентрации отдельных компонентов загрязнения по формуле:

Zc=Kc₁+...+Kc_i+...+Kc_n-(n-1) (2),

где n - число определяемых компонентов, Кс_i - коэффициент концентрации i-го загрязняющего компонента.

При рассмотрении зоны возможного влияния Михайловского ГОКа были выделены основные ареалы загрязнения (рис. 3).

Рис. 3. Суммарное загрязнение почв тяжелыми металлами в зоне

влияния Михайловского горно-обогатительного комбината по Zc

Большая часть значений попадает в допустимые значения для почвенного покрова и только некоторые точки имеют значение умеренно опасное. На востоке, северо-западе и юго-западе от г. Железногорска, севернее с. Рождественское и на северо-западе от п. Андросово расположены территории, где уровень загрязнения повышен, но является допустимым по суммарному показателю химического загрязнения.

Скорее всего, основными источниками загрязнения здесь являются предприятия города и автотранспорт, движущийся как в городской черте, так и за ее пределами. Можно предположить, что часть тяжелых металлов, обнаруженных в почве в повышенных концентрациях, связана с выбросами автомобильного транспорта и веществами, выделяющимися при износе различных элементов оборудования автомобиля, таких, например, как покрышки. Кроме того, в ходе сельскохозяйственной деятельности используются различные виды веществ (удобрений, пестицидов и т.п.), содержащих в своей основе химические элементы, в том числе и тяжелые металлы, которые при чрезмерном накоплении в почве могут становиться опасными.

3. Безопасность и экологичность проектных решений

мониторинг металл загрязнение земля

В соответствии с Федеральным законом «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» объекты открытых горных работ отнесены к опасным производственным объектам, эксплуатация которых должна осуществляться в соответствии с техническим проектом, выполненным с учетом требований Закона Российской Федерации «О недрах», «Правил охраны недр», других федеральных законов, ЕПБ-03 (3) и иной нормативной документации в области промышленной безопасности и охраны окружающей природной среды. В настоящем разделе рассматриваются вопросы, связанные с обеспечением охраны окружающей природной среды и промышленной безопасности при открытой разработке.

3.1 Оценка воздействия карьера на окружающую природную среду

В соответствии со ст. 22 Закона Российской Федерации «О недрах» пользователь недр обязан обеспечить соблюдение утвержденных в установленном порядке стандартов (норм, правил), регламентирующих условия охраны недр, атмосферного воздуха, земель, лесов, вод от вредного влияния работ, связанных с пользованием недрами, а также приведение участков земли, нарушенных при пользовании недрами, в состояние, пригодное для их дальнейшего использования.

Разработка месторождения осуществляется открытым способом (карьером) с восстановлением нарушенных горными работами земель путем проведения их технической рекультивации. Непосредственно на месторождении производятся только горные работы (вскрышные, добычные, отвальные, рекультивационные). Технология горных работ малоотходная с внутренним и внешним отвалообразованием. В соответствии с требованиями СанПиН 2.2.1/2.1.1. 567-96 нормативная ширина санитарно-защитной зоны (СЗЗ) вокруг проектируемого карьера составит 100 м. Население в зоне постоянного экологического воздействия карьера не проживает.

Экологическому воздействию проектируемого карьера подвергнутся следующие компоненты окружающей природной среды :

- атмосферный воздух;

- поверхностные и подземные воды;

- почвенный покров и земные недра.

3.1.1 Воздействие карьера на атмосферный воздух

Основными загрязняющими веществами, выделяемыми в окружающую природную среду при открытой разработке участка месторождения, являются минеральная пыль осадочных горных пород, газообразные вещества, образующиеся при сгорании дизельного топлива и горюче-смазочные материалы (ГСМ). Источником пылегазовыделений и потерь ГСМ на карьере является передвижное горнотранспортное оборудование (табл. 2), поскольку стационарные источники выбросов на проектируемом объекте отсутствуют.

Таблица 2. Характеристика карьерных источников загрязнения

окружающей природной среды

Источник выброса	Производственный процесс	Загрязняющее вещество	Характер выброса
Экскаваторы (емкость ковша): ЭО-4224 (1,0 м3) ЭО-5124А (1,25 м3) ЭО-5221 (1,6 м3) ЭО-5225-13 (1,85 м3)	Выемочно-погрузочные работы при разработке вскрышных и добычных уступов	Пыль Выхлопные газы Пыль Выхлопные газы	Прерывный, неорганизованный Организованный, цикличный Прерывный, неорганизованный Организованный, цикличный
Источник выброса	Производственный процесс
Экскаваторы (емкость ковша): ЭО-4224 (1,0 м3) ЭО-5124А (1,25 м3) ЭО-5221 (1,6 м3) ЭО-5225-13 (1,85 м3)	Выемочно-погрузочные работы при разработке вскрышных и добычных уступов

Используемое горнотранспортное оборудование будет работать в карьерной выемке в непосредственной близости друг от друга. Карьерная техника является однотипной, оснащена дизельными двигателями близкой мощности; выхлопные трубы всех экскаваторов, автомашин и бульдозеров имеют практически одинаковые параметры выброса выхлопных газов. Это позволяет объединить их в один условный объединенный точечный источник выбросов - «карьер» - с суммарным объемом выделения вредных веществ (табл. 3).

Таблица 3. Характеристика объединенного точечного источника

выбросов «карьер»

Наименование вредных веществ	Высота источника выброса, м	Диаметр устья выброса, м	Параметры выброса	Максимальная мощность выброса, г/сек
			скорость, м/сек	объем, м3/сек	темп-ра, °C
Пыль	2,0	2,9	4,1	15,75	Пыль	2,0
Оксид углерода	2,1	0,26	13,4	0,47	Оксид углерода Диоксид азота Углеводороды Сажа	2,1
Диоксид азота				0,47		0,69
Углеводороды				0,68		0,59
Сажа				0,47		0,29

В связи с отсутствием вблизи карьера промышленных предприятий и посторонних источников выбросов вредных веществ расчет рассеивания загрязняющих веществ, выделяемых при эксплуатации проектируемого карьера, производится прямым методом с учетом фоновых показателей.

Поскольку в карьере предусматривается использование наземных передвижных установок, пылегазовые выбросы от которых происходят в приземном пространстве на высоте 2-2,1 м, а рассеивание вредных веществ происходит преимущественно в горизонтальной плоскости, то максимальной можно считать концентрацию этих веществ в устье выброса (20), определяемую по формуле:

С_м (мг/м³),

где: М - мощность выброса пыли (газа), г/сек;

V - объем выброса пыли (газа), м³/сек.

Расстояние от источника выбросов, на котором приземная концентрация вредных веществ достигает максимального значения (X_м), можно приравнять к радиусу газовоздушного облака (шара) и определить по формуле:

X_м.

Снижение концентраций выбросов вредных веществ до норм ПДК, установленных для населенных пунктов, происходит на расстоянии X, определяемом по формуле:

,

где С_н - нормативное значение ПДК для населенных пунктов, мг/м³.

Расчетные величины C_м, X_м, X, а также возможные концентрации вредных веществ на границе санитарно-защитной зоны (С_СЗЗ) при полном развитии карьера приведены в таблице 4.

Таблица 4. Характеристика процесса рассеивания пылегазовых

выбросов на карьере

Загрязняющее вещество	Расчетные значения величин:
	Cм,мг/м3	Xм,м	Сн,мг/м3	X, м	ССЗЗ, мг/м3
Пыль	55,5	1,55	0,25	58	0,014
Оксид углерода	6064,0	0,48	5,0	48	0,32
Диоксид азота	489,0	0,48	0,085	102	0,085
Углеводороды	1255,0	0,55	1,5	49	0,1
Сажа	617,0	0,48	0,15	92	0,047

Проведенные расчеты рассеивания загрязняющих веществ показывают, что при работе карьера вредные пылевые и газовые выбросы от передвижного горнотранспортного оборудования носят местный, локальный характер. Рассеивание их концентраций до норм ПДК для населенных пунктов происходит, в основном, в контуре самого карьера. И только при отработке приконтурных участков горного отвода выбросы вредных веществ выходят за контур карьера на расстояние от 48 до 102 метров, как правило, не достигая границы санитарно-защитной зоны.

3.1.2 Воздействие карьера на поверхностные и подземные воды

Источниками загрязнения поверхностных и подземных вод при открытой разработке Западного участка месторождения являются:

1. Пылевые выбросы от выемочно-погрузочных и транспортных работ.

2. ГСМ от находящегося в карьере горнотранспортного оборудования.

При повседневной обычной работе карьера максимальный выброс всех источников пыли (M) составляет 0,875 г/сек. Рассеивание пыли происходит в радиусе 58 метров. При 20-минутном ливне приток дождевых вод в карьере вместе с грунтовыми водами (V) составит 166,5 м³. При условии полного смывания осевшей пыли в период ливневого дождя максимальная концентрация взвешенных веществ в карьерной воде (С_м) может составить:

С_м (мг/м³).

Определить количественно степень загрязнения карьерных вод нефтепродуктами невозможно, поскольку нельзя заранее предусмотреть неисправности и аварии горнотранспортного оборудования. Многолетний опыт эксплуатации месторождения показывает, что содержание загрязнение ГСМ в карьерных водах при открытом водоотливе не превышает 0,05-0,1 мг/л. В условиях разработки Западного участка месторождения (использование экскаваторов с оборудованием «обратная лопата», отсутствие оборудования и автомашин на дне карьера) загрязнение карьерных вод при соблюдении профилактических мероприятий не предполагается выше 0,05 мг/л.

Карьерные (дренажные) воды перед выпуском в р. Орлянка очищаются от минеральных примесей и нефтепродуктов в пруде-отстойнике по следующей схеме: вода из карьера самотеком по отводной канаве поступает в пруд-отстойник, где она отстаивается от взвешенных частиц и освобождается от нефтепродуктов (абсорбция соломенными матами) и по трубе в дамбе отводится в спусковую канаву, по которой стекает в реку. В связи с незначительным осаждением взвешенных частиц (0,6 см в год) чистка пруда-отстойника практически не требуется, но в случае необходимости она может быть произведена экскаватором с вывозом ила в отвал вскрышных пород.

3.1.3 Воздействие карьера на земную поверхность и недра

По окончании отработки участка месторождения рассматриваемая территория будет представлять собой карьерную выемку, глубина которой возрастает в северном направлении от 1 до 20 м. Бульшая ее часть будет заполнена отвалом суглинков, высота которого возрастает в северном направлении от 3,0 до 10,5 м. С южной стороны отвал будет отсыпан на уровне отметок естественного рельефа. Угол откоса отвала составит в среднем 45°. Уклоны поверхности отвала не превысят 3°, составляя, в основном, 1-2°. Направление уклонов юго-восточное и юго-западное от центральной части карьера.

Общая площадь нарушенных горными работами земель составит 12,6 га, из них около 1,6 га будет занято рабочими уступами, а также водоотводной канавой для стока поверхностных и грунтовых вод.

С юго-восточной стороны действующего карьера расположен временный внешний отвал плодородного слоя почвы площадью 1,5 га. Вдоль южной границы Западного участка будет располагаться внешний отвал песка площадью по низу 1,3 га.

3.1.4 Аварийные выбросы вредных веществ и их последствия

Вскрышные породы и полезное ископаемое МГОКа не содержат каких-либо опасных элементов и веществ. Используемое горнотранспортное оборудование и предусматриваемые проектом технологические процессы также не представляют потенциальной опасности. Поэтому аварийные выбросы из карьера вредных веществ, экологически опасных для людей, животного и растительного мира в региональном и глобальном масштабе, в атмосферу, поверхностные и подземные воды, а также на земную поверхность не могут иметь места ни при каких непредвиденных обстоятельствах. Небольшие аварийные выбросы местного значения возможны при следующих обстоятельствах:

1. При неудовлетворительном содержании дамб прудов-отстойников в период чрезмерно интенсивных ливней или высокого паводка возможно их переполнение и/или размыв тела дамбы. Это может привести к залповому выбросу в р. Орлянка сточных вод в объёме до 1000 м³ и выносу ила в количестве до 100 м³.

2. Возможны аварийные прорывы топливно-заправочных емкостей горно-транспортного оборудования с максимальной потерей нефтепродуктов массой до 150 кг, что может вызвать кратковременное повышение загрязнения поверхностных вод.

4. Закономерности накопления тяжелых металлов в разных видах земельных угодий

Нами была проведена работа по оценке влияния на миграцию и накопление тяжелых металлов в почвенном покрове сельскохозяйственной деятельности, а также связанных с этой деятельностью водно-эрозионных процессов на пашне. Вся выборка данных была разделена на две части с учетом характера использования земель. Основное внимание было направлено на сравнение загрязнения обрабатываемой территории (пашни) и необрабатываемой (луга, леса). В каждой выборке точки ранжированы по убыванию значений концентрации; по вертикальной оси обозначено содержание тяжелых металлов в мг/кг, по горизонтальной - номера точек отбора проб в ранжированной выборке. Графики отображают содержание тяжелых металлов в почвах обрабатываемых земель (пахота) и не используемых в сельскохозяйственной деятельности (дерн) в двух выборках: 1) данные исследований 2004 года; 2) собственные исследования автора 2007-2009 года.

На диаграммах в качестве примера показано содержание цинка, марганца и свинца в почвах района на пашне и на нераспаханных территориях.

Анализ данных позволил установить, что на нераспаханных участках содержание всех изученных тяжелых металлов, в том числе Zn и Mn, выше, чем на распаханных. И только для свинца характерно более высокое содержание в почвах, используемых под пашню.

Меньшее содержание практически всех тяжелых металлов на пахотных землях обусловлено несколькими причинами:

1. Эрозионные процессы способствуют выносу тяжелых металлов с территории вместе с почвой.

2. Перемешивание верхнего слоя в 0,2 - 0,3 метра при вспашке обусловливает уход металлов на глубину.

3. Сельскохозяйственные растения, которые произрастают на загрязненной территории, не успевают поднять тяжелые металлы из более глубоких слоев.

4. Вынос металлов осуществляется вместе с сельскохозяйственной продукцией.

Более высокое содержание тяжелых металлов на необрабатываемых участках обусловлено следующими факторами:

1. Тяжелые металлы попадают в почву из атмосферы вследствие локального и трансграничного, глобального переносов.

2. Металлы накапливаются в растительном опаде, а затем и в почве в результате его минерализации.

3. На задернованных участках нет сноса почвы, а соответственно, и выноса тяжелых металлов.

4. На указанные выше участки могут попадать тяжелые металлы, сносимые с распаханных территорий.

Что касается свинца, то, по нашему мнению, его более высокая концентрация на пахотных землях обусловлена большим содержанием данного элемента в удобрениях и пестицидах, а также его низкой подвижностью.

5. Результаты изучения распространения тяжелых металлов в эрозионной сети зоны влияния Михайловского ГОКа

Характер распространения тяжелых металлов в почвенном покрове на землях с разным характером использования неодинаков: с подверженной водной эрозии пашни происходит вынос, вымывание тяжелых металлов. На эти процессы в последнее время обращается большое внимание в работах российских и зарубежных исследователей (Литвина Л.Я., Лисецкого Ф.Н., Голосова В.Н., Косиновой И.И. и др.). Нами было проведено изучение особенностей распределения ТМ в эрозионной сети.

На западном и восточном склонах балки севернее с. Андреевка, то есть на подветренной и наветренной сторонах относительно основных объектов ГОКа, у истока р. Песочная нами были отобраны пробы почвы. Пробы отбирались в зоне интенсивной плоскостной эрозии, на склоне в зоне начального выполаживания склона и первичной аккумуляции и на дне балки в зоне аккумуляции. Здесь пробы были отобраны из почв с более легким гранулометрическим составом, что сказалось на результате анализов. На основании этих проб были построены графики содержания тяжелых металлов на участках, подверженных эрозионным процессам.

Анализ данных позволил установить, что минимальная концентрация тяжелых металлов характерна для подверженных плоскостной эрозии склонов. В зоне расположения геохимического барьера в средней части балочных склонов, покрытых травяной и кустарниковой растительностью, происходит накопление эрозионного материала и повышение концентраций тяжелых металлов. На дне балки, в зоне транзита, концентрации выше, чем на водоразделе, но ниже, чем в зоне аккумуляции.

Из верхних звеньев эрозионной сети наносы и связанные с ними ТМ поступают в речную сеть. Поэтому в ходе исследования нами было изучено содержание тяжелых металлов в донных отложениях основных рек, протекающих в зоне влияния Михайловского ГОКа, принадлежащих к бассейну реки Днепр. Основной рекой здесь является Свапа, впадающая в р. Сейм, с притоками Песочная, Чернь (с притоками Рясник и Речица), Усожа и другими. Водосборы этих рек находятся как в непосредственной близости от возможных источников поступления загрязняющих веществ, таких, как карьер, хвостохранилище, промплощадки ГОКа, поля и автотрассы, сельскохозяйственные и урбанизированные территории, так и на значительном удалении от этих объектов.

Из научных источников известно, что загрязнение верхнего слоя донных отложений в основном связано с веществами, которые привносятся с территорий их водосборов, на которых осуществляется хозяйственная деятельность. Изменения концентрации тяжелых металлов в донных отложениях по долинам от истоков до устья рек в зоне влияния Михайловского ГОКа имеют определенные закономерности.

Анализ графиков концентраций различных тяжелых металлов в донных отложениях р. Чернь (рис. 4) показал, что четко выраженного влияния МГОКа на содержание тяжелых металлов в донных отложениях не наблюдается.

Незначительное содержание металлов в р. Чернь прослеживается как у истока, так и в нижнем течении на уровне и ниже карьера, повышения концентраций тяжелых металлов в донных отложениях не наблюдается.

В то же время в донных отложениях р. Речицы, протекающей через г. Железногорск, очевидно резкое увеличение концентраций тяжелых металлов ниже города. Причина этого - поступление загрязняющих веществ с неорганизованным стоком талых и ливневых вод с городских территорий. Следовательно, загрязнение донных отложений тяжелыми металлами в первую очередь связано с различной хозяйственной деятельностью (сельское хозяйство, транспортная сеть), которая происходит на территории водосбора, и в меньшей степени с деятельностью Михайловского ГОКа.



Размещено на http://www.allbest.ru/

29

1

Рис. 4. Содержание тяжелых металлов в донных отложениях

Таким образом, проведенные нами исследования показали, что в целом количество тяжелых металлов в донных отложениях рек зоны влияния МГОКа увеличивается от истока к устью. Это может быть связано с переносом донных отложений, содержащих тяжелые металлы, по течению, а следовательно, приводит к сбору поллютантов по всему бассейну и аккумуляции их в устьевой части. Наличие этих ТМ будет связано со всей хозяйственной деятельностью, которая происходит на территории водосбора, в том числе может являться следствием выноса с урбанизированных территорий, работы различных промышленных и сельскохозяйственных предприятий исследуемого региона.

6. Рекомендации по совершенствованию мониторинга и использованию земель сельскохозяйственного назначения в зоне влияния и санитарной охраны Михайловского ГОКа

Проведенные исследования и выявленные на их основе закономерности распределения ТМ на земельных угодьях зоны влияния МГОКа позволили предложить определенную схему ведения постоянного мониторинга на изучаемой территории. Для этого в соответствии с предлагаемой методикой необходимо проведение отбора проб из основных источников пыления Михайловского ГОКа с периодичностью раз в год для отслеживания изменений содержания тяжелых металлов в выбросах предприятия.

На территории зоны влияния необходимо проводить мониторинг загрязнения почвенного покрова зоны влияния Михайловского ГОКа, для чего следует использовать точки постоянного мониторинга, расположенные по направлениям наиболее часто повторяющихся ветров.

Отбор проб необходимо осуществлять с учетом разных видов земельных угодий для определения накопления тяжелых металлов на сельскохозяйственных землях. Достаточно 20 точек наблюдения, расположенных в соответствии с основными направлениями ветров на данной территории.

Как показало проведенное исследование, Михайловский горно-обогатительный комбинат не оказывает значительного влияния на накопление тяжелых металлов в почвенном покрове за пределами санитарно-защитной зоны предприятия (СЗЗ). Более значительным видом воздействия является поступление пылевых выбросов на сельскохозяйственные угодья различных хозяйств, примыкающих к объектам Михайловского ГОКа.

В течении вегетационного периода пыль поступает на сельхозугодия и накапливается непосредственно на сельскохозяйственных растениях. Опыт хозяйств свидетельствует о том, что употребление на корм скоту растительной продукции, содержащей пылевые выбросы МГОКа, приводит к заболеваниям и отравлениям животных.

Поэтому вокруг предприятия и основных источников пыления должна располагаться санитарно-защитная зона. Она разработана в целях обеспечения безопасности населения в соответствии с Федеральным законом "О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения" от 30.03.99 №52-ФЗ. Это должна быть специальная территория с особым режимом использования, размер которой обеспечивает уменьшение воздействия загрязнения до значений, установленных гигиеническими нормативами.

Для Михайловского ГОКа как горно-рудного предприятия в соответствии с СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 принимаются следующие размеры санитарно-защитных зон: КЛАСС I опасности - 1000 м. - зона вокруг промышленных площадок горно-обогатительного комбината, КЛАСС II опасности - 500 м. - зона вокруг карьера добычи железной руды и КЛАСС III опасности - 300 м. - зона вокруг отвалов и хранилища хвостов мокрой магнитной сепарации (рис. 5).

В настоящее время законодательными и природоохранными органами не разработан регламент использования земель сельскохозяйственного назначения, входящих в санитарно-защитные зоны горно-рудных предприятий и примыкающих к ним.

Земли санитарно-защитной зоны, на которых пылевые выбросы могут представлять опасность для сельскохозяйственного производства и, как следствие, для здоровья населения, находятся во владении сельскохозяйственных предприятий. Весь комплекс мероприятий по уменьшению влияния выбросов на не принадлежащие ему земли сельскохозяйственного назначения должно проводить предприятие. В данной ситуации возникают вопросы урегулирования отношений этих двух субъектов. Поэтому в рамках нашей работы разработан и согласован с районной администрацией Железногорского района следующий комплекс мероприятий.



Рис. 5. Санитарно-защитные зоны вокруг объектов Михайловского

ГОКа:

1 - санитарно-защитная зона, 2 - зона опасного земледелия

Для уменьшения риска ведения сельскохозяйственного производства и улучшения здоровья населения мы предлагаем земли хозяйств, попадающие в санитарно-защитные зоны МГОКа, вывести из сельскохозяйственного использования. Это земли, примыкающие непосредственно к хвостохранилищу и отвалам 8 и 6, - ООО «Восход»; к карьеру и отвалу 5 - сельскохозяйственные территории муниципального образования Веретенино; и поля, примыкающие к ДОК Михайловского ГОКа - зона сельскохозяйственного кооператива Железногорский, выделенные на карте под номером 1.

Необходимо вывести эти земли из сельскохозяйственного производства и создать на них лесозащитные насаждения изолирующего типа. Для этих целей можно использовать следующие виды деревьев: акация белая, тополь канадский, шелковица белая, клен полевой; виды кустарников: бирючина обыкновенная, боярышник обыкновенный, шиповник морщинистый. Предлагаем земли, входящие в санитарно-защитную зону, для более эффективной деятельности предприятия в ней либо передать во владения предприятия, либо же выделить их в новый тип землепользования - санитарно-защитные земли.

Территории, не входящие в зону 1 (санитарно-защитная зона), но опасно примыкающие к ней и, безусловно, находящиеся под влиянием выбросов предприятия, необходимо условно выделить в зону 2 - опасного земледелия. Для этих угодий разработаны севообороты с преобладанием технических культур, например, сахарной свеклы, или же культур, плоды которых защищены от непосредственного влияния пылевых выбросов, таких, как картофель, морковь. Причем зеленую часть этих культур не использовать как корм для животных, а утилизировать.

Заключение

1. Методика проведения мониторинга загрязнения земель тяжелыми металлами в зоне влияния крупного горно-рудного комбината должна учитывать в первую очередь количественный и качественный состав выбросов предприятия. Мы предлагаем мониторинговые исследования проводить в два этапа: на первом (оценочном) этапе определяется перечень источников поллютантов и основных тяжелых металлов, опасных для изучаемой территории, отбираются пробы для определения геохимического состояния основных объектов мониторинга и выделения направлений преимущественного внимания для последующего этапа наблюдения. На втором этапе (постоянного мониторинга) проводится периодический анализ выбросов из основных источников для отслеживания изменения в них состава опасных веществ. Объем отбора проб существенно снижается за счет первого этапа, в почвах и выбросах оцениваются только критические для данного предприятия ТМ. На территории отбираются пробы в точках постоянного мониторинга, выбранных на основе анализа данных первой части исследования.

2. Проведенный анализ содержания тяжелых металлов в выделенных нами источниках пылевых выбросов Михайловского ГОКа показал, что их роль незначительна и существенного влияния на загрязнение территории не оказывает (из исследованных 24 металлов теоретически негативное воздействие могут оказывать только Co, Sb и Cd, так как их содержание незначительно превышает ПДК). Следовательно, при организации дальнейших исследований и мониторинга не нужно анализировать содержание в почвах зоны влияния МГОКа тех техногенных поллютантов, которых нет в составе железорудного сырья и продуктов его переработки, а значит, и в его выбросах. Их присутствие или отсутствие в почвенном покрове и других элементах природных комплексов связано не с производственной деятельностью МГОКа, а с глобальным переносом загрязняющих веществ в атмосфере, другими видами хозяйственной деятельности (например, сельскохозяйственной) или геохимическими особенностями изучаемой территории.

3. Пространственное распределение тяжелых металлов в почвах не имеет прямой связи с объектами ГОКа. Концентрация ТМ не убывает по мере удаления от предприятия, а приблизительно одинакова как непосредственно возле объектов предприятия, так и на удалении до 30 километров; точки с высоким содержанием отдельных элементов расположены хаотично на расстоянии от 5 до 30 км от объектов ГОКа. Количество точек с экстремальными значениями загрязнения по мере удаления от предприятия не уменьшается, а по некоторым металлам, как например, свинец, максимальные показатели наблюдаются на границе зоны влияния. При оценке загрязнения не выявлено его концентрации возле карьера, отвалов, хвостохранилища и по направлению преобладающих ветров на данной территории. Также нет корреляции между пространственным распределением различных металлов: точки с высокими значениями у разных металлов не совпадают.

4. Выявлены определенные закономерности по накоплению тяжелых металлов для разных видов земельных угодий. Их содержание выше на тех территориях, где сельскохозяйственная деятельность не ведется. Пробы, сделанные на пахотных землях, имеют концентрации тяжелых металлов на 5-8 мг/кг ниже, чем отобранные на неиспользуемых территориях, таких, как лес, луг, балки. Это связано с отсутствием выноса растительности с необрабатываемых участков и накоплением опада с поглощенными им ТМ, а также с тем, что не происходит перемешивания верхнего слоя почвы. Все тяжелые металлы, проанализированные нами, имеют такую тенденцию, кроме свинца. Его повышенное содержание в землях сельскохозяйственного назначения обусловлено тем, что он входит в состав различных веществ, используемых при удобрении и химической обработке полей, а также его меньшей подвижностью по сравнению с другими металлами.

5. При изучении распространения тяжелых металлов в эрозионной сети прямой связи между территорией МГОКа и накоплением ТМ в донных отложениях речной сети не выявлено. Не наблюдается увеличения концентрации тяжелых металлов ниже по течению относительно основных объектов горно-обогатительного комбината в реках, протекающих в непосредственной близости от карьера, отвалов, хвостохранилища. Наблюдается повышение концентрации ТМ в реках ниже г. Железногорска, что объясняется попаданием в них ливнесточных вод с территории города. Отмечено также увеличение концентрации тяжелых металлов в донных отложениях, обусловленных близостью к рекам сельскохозяйственных угодий.

6. Результаты анализа ситуации возможного негативного влияния Михайловского ГОКа на близлежащие территории позволили разработать и внедрить систему более эффективной организации мониторинга и использования земель. Так, было выделено шесть санитарно-защитных зон вокруг основных объектов предприятия шириной 300-1000 м. в зависимости от класса опасности источников пыления и разработаны рекомендации по использованию сельскохозяйственных земель испытывающих влияние пылевых выбросов Михайловского ГОКа.

Список литературы

1. Гонеев, И.А. Определение источников загрязнения почв тяжелыми металлами и разработка системы мероприятий по сокращению этого процесса / И.А. Гонеев // Проблемы регионального природопользования и методика преподавания естественных наук в средней школе: материалы V регион. науч. - практической студ. конф. - Воронеж: ВГПУ, 2005. - С. 70-72.

2. Гонеев, И.А. Анализ влияния эрозии почв на распространение тяжелых металлов в почвенном покрове / И.А. Гонеев, М.В. Кумани // Общие и прикладные вопросы эрозионных и русловых процессов: материалы VI семинара молодых ученых вузов. - Москва: МГУ, 2006. - С. 65-70.

3. Гонеев, И.А. ГИС-технологии в оценке загрязнения территории влияния Михайловского ГОКа тяжелыми металлами / И.А. Гонеев // Геоэкологические исследования и их отражение в географическом образовании: материалы междунар. науч. - практической конф. - Курск: КГУ, 2007. - С. 73-76.

4. Кумани, М.В. Особенности загрязнения почв в зоне влияния Михайловского ГОКа тяжелыми металлами / М.В. Кумани, И.А. Гонеев, Р.А. Попков // Теоретические и прикладные проблемы социально-правовых, медико-биологических, технико-экономических сфер жизни общества: материалы междунар. науч.-практической конф. - Курск: РГСУ, 2007. - С. 145-147.

4. Гонеев, И.А. Применение ГИС при оценке загрязнения территории зоны влияния Михайловского ГОКа тяжелыми металлами / И.А. Гонеев // Геоэкология и рациональное природопользование: от науки к практике: материалы всерос. (с междунар. участием) науч.-практической конф. молодых ученых. - Белгород: БелГУ, 2007. - С. 67-69.

5. Гонеев, И.А. Экологические последствия пылевых выбросов Михайловского ГОКа / И.А. Гонеев, М.В. Кумани // Месторождения природного и техногенного сырья: геология, геохимия, геохимические и геофизические методы поиска, экологическая геология: материалы междунар. конф. - Воронеж: ВГУ, 2008. - С. 282-284.

6. Гонеев, И.А. Влияние крупного горнорудного предприятия на состояние здоровья территории загрязнения земель и водных объектов тяжелыми металлами (на примере Курской области) / И.А. Гонеев, Ю.Н. Кириченко, Ю.А. Соловьева // Курский научно-практический вестник «Человек и его здоровье». - 2009. - Вып. 3. - С. 125-133.

7. Борзенков, А.А. Загрязнение поверхностных вод, донных отложений и почв в зоне влияния Михайловского ГОКа / А.А. Борзенков, И.А. Гонеев, М.В. Кумани, Ю.А. Соловьева // Проблемы региональной экологии. - 2010. - Вып. 1 - С. 37-42.

8. Гонеев, И.А. Особенности выделения санитарно-защитной зоны крупного горнорудного предприятия на примере Михайловского ГОКа / И.А. Гонеев // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. - 2010. - Т 15 Вып. 2. - С. 439-441.

Размещено на Allbest.ru