Обґрунтування параметрів локалізації забруднення підземних вод в межах впливу відвалів фосфогіпсу

Размещено на http://www.allbest.ru/

Обґрунтування параметрів локалізації забруднення підземних вод в межах впливу відвалів фосфогіпсу

Жомирук Р.В.

Анотації

Предметом статті є обґрунтування параметрів локалізації забруднення у зоні складування відвалів фосфогіпсу ВАТ "Рівнеазот"

Subject of article is motivation of parameters of localizations contamination in area of storekeeping the mouldboards of phosphorusgypsum of company "Rovnonitrogen"

Відходоутворення є одною з основних причин глобальної екологічної кризи. При розробці родовищ корисних копалин, їх видобутку і переробці, як правило, утворюються відходи, які забруднюють навколишнє середовище, зокрема, ґрунти і ґрунтові води. На даний час загальний обсяг накопичених в Україні твердих відходів складає 25-28 млрд. т. Вони розміщені у відвалах, загальна площа яких складає близько 180 тис. га та щорічно збільшується на 3-6 тис. га. В першу чергу, це відноситься до гірничо-металургійного комплексу, оскільки утворення відходів цієї галузі складає 90% загального обсягу усіх відходів промислового виробництва України. [1]. відходоутворення екологічний забруднення

За матеріалами Рівненської геологорозвідувальної експедиції в Рівненській області налічується майже 1200 стаціонарних джерел потенційного забруднення ґрунтів та ґрунтових вод. Зокрема, значну небезпеку здоров'ю населення Рівненщини представляють відвали фосфогіпсу ВАТ "Рівнеазот".

Враховуючи масштаби і значимість проблеми промислових відходів в Україні, існує необхідність в обґрунтуванні параметрів локалізації забруднення підземних вод і розробці інженерних методів, спрямованих на покращення екологічної ситуації та зменшення захворюваності населення в межах впливу відвалів гірничого виробництва.

Екологічно-небезпечним об'єктом в Рівненській області для якого актуальним є питання зберігання відходів гірничого виробництва є відвали фосфогіпсу ВАТ "Рівнеазот", які знаходяться на віддалі 12 км від м. Рівне. Це відходи четвертого класу токсичності. Із загальної кількості відходів, які є в області (16,8 млн. т.), 15,3 млн. т. зберігається у відвалах фосфогіпсів. Захворюваність населення проживаючого в районі впливу відвалів фосфогіпсу перевищує загальну захворюваність по області на 26 % [2].

Вирішення проблеми промислових відходів в області значною мірою залежить від того, як успішно ця проблема буде вирішена саме на цьому об'єкті.

В зв'язку з цим актуальним є питання, яке полягає в обґрунтуванні параметрів локалізації забруднення ґрунтів в межах впливу відвалів фосфогіпсу і розробці інженерних методів спрямованих на покращення екологічної ситуації, та зменшення захворюваності населення в межах впливу відвалів.

Для визначення вмісту забруднення в ґрунтах, ґрунтових та поверхневих водах розроблена методика досліджень згідно якої дослідження проводилось в два етапи: на першому етапі відбирались зразки ґрунту та води, а на другому етапі проводилась обробка результатів дослідження.

Для взяття проб ґрунту на дослідній ділянці було визначено п'ять створів, які проектувались відносно нижчих точок місцевості. Свердловини для взяття проб бурились ручним буром (бур геологічний, діаметр 50 мм) на глибину до 6 м. Відбір проб ґрунту проводився через 1 метр, починаючи від поверхні з трьохразовим повтором відбору кожної проби.

Для взяття проб води в р. Горинь були визначені два створи: І-й створ - перед стоком ґрунтових вод з об'єкту дослідження; ІІ-й створ - нижче за течією після об'єкту. Відбір води проводився в трьох точках біля поверхні, на глибині 1,5 м і у дна.

Обробка даних натурних вимірів проводилась в спеціалізованій лабораторії. Був визначений загальний вміст сухого залишку солей та вміст мікро- та макроелементів в дослідних зразках. Аналіз зразків води в річці Горинь в створах біля відвалів фосфогіпсу свідчать про те, що вміст фосфору в створі № 1 у середньому в 5,5 разів менший в ніж в створі № 2. Вміст фосфору в пробах дренажних вод з території відвалів фосфату гіпсу в 10 разів вищий, ніж в пробах відібраних перед ним.

В ґрунтовому масиві території відвалів фосфогіпсу спостерігається тенденція накопичення в часі шкідливих хімічних елементів. Вміст свинцю, цинку, міді, кадмію, нікелю, кобальту, хрому, нітритів, фосфору перевищує гранично допустимі норми. Так в пробах відібраних на відстані 500 м на захід в 2000 році вміст рухомого фосфору в ґрунті становить 332 мг/кг., а в 2006 р. - 670 мг/кг.

За результатами натурних досліджень побудовані залежності вмісту сухого залишку солей забруднення від відстані до відвалів фосфогіпсу за глибиною відбору зразка (рис.1), та вмісту сухого залишку солей забруднення в ґрунті за глибиною в свердловині (рис.2). Із яких можна зробити висновок про те, що відвали фосфогіпсу забруднюють ґрунти і ґрунтові води і основним чинником, який спричиняє забруднення ґрунту, є фільтрація забруднених ґрунтових вод з території відвалів. Про це свідчить забрудненість ґрунту: менша - біля поверхні ґрунту; більша - на рівні залягання ґрунтових вод.

Для математичного опису розподілу забруднення в ґрунті виконаний регресійний аналіз даних, отриманих натурними вимірами. В результаті встановлена залежність, яка дає можливість визначити питомий вміст екологічно небезпечного сухого залишку солей у зоні дії відвалів фосфогіпсу в ґрунтовому масиві нижче рівня залягання ґрунтових вод:

, (1)

де а, в, с - коефіцієнти, які відповідно характеризують рівновагу концентрації, залишкової сорбції та лінійної концентрації забруднення (табл. 1); х - відстань до джерела забруднення, м.

Таблиця 1

Встановленні параметри рівняння (1)

1- на поверхні ґрунту;

2 - на глибині 1м;

3 - на глибині 2м;

4 - на глибині 3 м;

5 - на глибині 4 м;

6 - на глибині 5м;

7 - на глибині 6 м

Аналіз коефіцієнтів вказує на те, що із збільшенням глибини збільшується концентрація забруднення в ґрунті і сорбційна здатність ґрунтів, але зменшується лінійна концентрація забруднення ґрунту. Коефіцієнти а, c залежать від порового простору, який з глибиною зменшується, b - залежить від властивостей породи сорбувати той чи інший хімічний елемент.

Рис. 2. Залежність вмісту сухого залишку солей в ґрунті від глибини відбору зразка

Таким чином, дослідження впливу відвалів фосфогіпсу на навколишнє середовище показало, що відвали є екологічно небезпечним об'єктом, забруднюють ґрунти, ґрунтові і поверхневі води. Основним чинником який спричиняє забруднення, є фільтрація ґрунтових вод з території відвалів, про це свідчить забрудненість ґрунтів нижче рівня ґрунтових вод яка в 5 - 10 разів вища за забрудненість ґрунту вище рівня ґрунтових вод. Вміст забруднення в ґрунті залежить від рівноваги концентрації, залишкової сорбції та лінійної концентрації забруднення.

Для опису міграції забруднення проведено моделювання процесу фільтрування забруднюючого розчину який поступає з відвалів фосфогіпсу через ґрунтовий масив [3]. Для цього розглянутий повздовжній розріз створу, в якому умовно виділено елементарний пласт ґрунту товщиною dl. Зміна вмісту концентрації забруднення в ґрунті в межах пласту пропорційна вмісту забруднення , яке надходить з відвалів фосфогіпсу, і товщині пласту dl:

, (2)

Данні натурних вимірів і данні моделювання з вмісту сухого залишку солей в ґрунті в залежності від довжини створу представлені на рис. 3.

Дана модель показує, що концентрація забруднюючих речовин в ґрунті, визначених математичним шляхом, і концентрація визначена натурними вимірами змінюється за експоненціальним законом, а їхні значення мають незначну розбіжність. Середнє відносне розходження між експериментальними даними і даними, отриманими математичним шляхом не перевищує 7,0 %, що пояснюється неоднорідністю ґрунтового масиву та сорбційною здатністю ґрунтів.

Рис. 3. Залежність вмісту сухого залишку солей в ґрунті від відстані створу до точкового об'єкта при відборі зразка на глибині 4м.:

1 - вміст сухого залишку солей згідно даних моделювання;

2 - вміст сухого залишку солей згідно натурних вимірів

Основним показником ефективності осадження домішок забруднюючих речовин в ґрунті служить коефіцієнт очистки рідини

, , (6)

де і c/ - концентрація забруднюючих речовин у ґрунтових водах перед очисткою и після неї відповідно;

- логарифмічний коефіцієнт очистки ґрунту.

Для встановлення здатності ґрунту утримувати забруднення проведена оцінка сорбційних властивостей порід у зоні складування відвалів фосфогіпсу. Забруднення ґрунтових вод відбувається переважно шестивалентним хромом, концентрація якого в 95% проб перевищує гранично допустиму концентрацію. У той час як трьохвалентний хром у 20% проб відсутній. Трьохвалентний хром міцно утримується породою і його кількість залежить від водонасичення ґрунту. Результати з сорбції шестивалентного хрому свідчать про те, що породи не є перешкодою на шляху його міграції і його нагромадження в породі спостерігається тільки в зоні повного водонасичення за рахунок заповнення порового простору. Породи не є перешкодою на шляху міграції нікелю, свинцю, сірки, марганцю, кобальту, цинку. Із збільшенням глибини відбору зразка зменшується пористість ґрунту, а отже зменшується поровий простір - це приводить до зменшення відповідних елементів в ґрунті.

Модель фізико-математичного опису руху забруднення з відвалів фосфогіпсу, яка дозволяє покращити екологічну ситуацію що склалася навколо відвалів фосфогіпсу, враховує параметри густини речовини і параметри конвективно-дифузійного переносу забруднення з урахуванням показника ефективності осадження домішок. При цьому логарифмічний коефіцієнт очистки ґрунту залежить прямопропорційно від коефіцієнта фільтрації ґрунту та відстані відбору зразка до джерела забруднення.

Для захисту ґрунтів від забруднення, яке переноситься фільтраційним потоком від відвалів фосфогіпсу запропоновано влаштування перехоплюючого дренажу, після впровадження в дію якого зміниться і сольовий склад ґрунту. Залежність вмісту концентрації забруднення в ґрунті в часі при різних відстанях закладання дренажу наведено на рис. 4.

Рис. 4. Зміна концентрації забруднення в ґрунті в часі на відстані 50 м від джерела забруднення при вводі в дію дренажу

Таким чином, врахування експоненціального закону розподілу забруднення в ґрунтовому масиві при фільтрації води від джерела забруднення та параметрів фізико-математичного опису руху шкідливих речовин в ґрунтових водах, дозволило орієнтувати технологічне знешкодження забруднення шляхом керування фільтрацією в ґрунті.

Для запобігання пагубної дії відвалів фосфогіпсу на здоров'я населення, забруднення ґрунту, ґрунтових вод та вод р. Горинь розроблені інженерні методи та обґрунтовані технологічні параметри перехоплення і відводу забруднених вод. Запропонована інженерна мережа попередження забруднення в межах впливу відвалів фосфогіпсу (рис. 5).

На основі проведених досліджень розроблені рекомендації з екологічно безпечного зберігання і знешкодження відвалів фосфогіпсу, які включають три етапи:

- інженерну схему перехоплення забруднених вод з території відвалів фосфогіпсу;

- покриття відвалів фосфогіпсу захисною поліетиленовою плівкою з подальшою присипкою родючим шаром ґрунту та висадкою рослинності;

- переробка фосфогіпсу на будівельні матеріали.

В останні роки в Росії (НІІ Стром ім. П.П. Будникова, МГХТТУ) закінчена розробка високоефективної технології одержання ангідритового в'яжучого (АВ) з фосфогіпсу. Технологія АВ включає наступні етапи: приготування сировинного шламу на основі фосфогіпсу і спеціальних добавок, випал, дроблення і помел АВ, який отримано з фосфогіпсу, аналогічно природному гіпсоангідритовому в'яжучому, але в значній мірі перевершує його по всім основним будівельно-технічним характеристикам. Враховуючи, що для одержання високоякісного АВ будуть використані практично "безкоштовні" фосфогіпсові хвости, то при приблизно однаковій відпускній ціні високоякісного АВ із традиційним гіпсоангідритовим в'яжучим можлива організація високорентабельного виробництва фосфогіпсових виробів. Це, у першу чергу, такі вироби як гіпсова суха штукатурка, перегородні плити і панелі, штукатурні розчини, стяжки підлог і т.д. Рентабельність виробництва і стійкість ринку цих виробів може бути набагато підвищена шляхом додання останнім радіаційно-захисних властивостей.

Таким чином, комплекс розглянутих заходів вирішить проблему координації відносин між виробництвом, з одного боку, і природою - з іншого, зменшить надмірне техногенне навантаження на природні об'єкти, забезпечить захист ґрунтів, ґрунтових і поверхневих вод від надходження забруднення, що в свою чергу призведе до зменшення захворюваності населення проживаючого в безпосередній близькості від екологічно небезпечного об'єкту, що є головним для забезпечення екологобезпечного існування всіх компонентів виробництва, і дозволить отримати економічний ефект від впровадження технологій по переробці відходів. Крім того впровадження запропонованих заходів дозволить підвищить врожайність сільськогосподарських культур за рахунок розсолення прилеглих земель сільськогосподарських угідь.

Література

1. Стан техногенної та природної безпеки в Україні в 2001 році. - К.: Чернобильінтерінформ, 2002. - 250 с.

2. Національна доповідь про стан навколишнього середовища в Україні у 2000 р. - К.: Вид-во Раєвського, 2001. - 184 с.

3. Пузаченко Ю.Г. Математические методы в экологических и географических исследованиях. - М.: Изд центр "Академия", 2004. - 416 с.

4. Яцик А.В. Екологічна ситуація в Україні і шляхи її поліпшення. - К.: Оріяни, 2003. - 84 с.

Размещено на Allbest.ru