Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Улучшение состояния биосферы региона нейтрализацией горно-промышленного и транспортного загрязнения

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Улучшение состояния биосферы региона нейтрализацией горно-промышленного и транспортного загрязнения"

На правах рукописи

Макиев Гайоз Константинович

УЛУЧШЕНИЕ СОСТОЯНИЯ БИОСФЕРЫ РЕГИОНА НЕЙТРАЛИЗАЦИЕЙ ГОРНО-ПРОМЫШЛЕННОГО И ТРАНСПОРТНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Специальность: 25.00.36- «Геоэкология»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владикавказ - 2005

Работа выполнена в Северо-Кавказском горно-металлургическом инсти туте (государственном технологическом университете).

Научный руководитель -доктор технических наук, профессор, засл. работник Высшей школы РФ Алборов Иван Давидович

Официальные оппоненть::

- доктор технических наук, профессор Козырев Евгений Николаевич

- кандидат технических наук Цгоев Таймураз Федорович

Ведущая организация: ОАО «Кавказцветметпроект»

Защита состоится « 28 » октября 2005 г. в_ ___ов на заседании диссертационного совета ДМ 212.246.04 при Северо-Кавказском горнометаллургическом институте (государственном технологическом университе-те)по адресу: 362021, Владикаьказ, ул. Николаева, 44, в ауд. 3, общ. 2, СКГМИ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Северо-Кавказского горно-металлургического института (государственного технологического университета).

(ГТУ).

Автореферат разослан « ЯЛ » С РИЛ? Л ^?и2005

г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Р.В. Осикина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Проблемы экологической безопасности сегодня, как никогда, остро стоят перед человечеством. В особой мере они проявляются в горнодобывающей отрасли, являющейся одной из наиболее природоразру-шающих источников вследствие ее многофункциональной деятельности.

Отличительной чертой многих горнопромышленных регионов России является экологическая напряженность, оказывающая значительное влияние на их социально-экономическое положение. Развитие научно-технического прогресса в значительной степени усу[убляет уровень негативного воздействия на окружающую природную среду.

Быстрый рост автомобильного парка, особенно в условиях совместного функционирования рудоперерабатывающих комплексов с непременным транспортным обслуживанием, является главным источником опасного загрязнения микробиосферы региона, все это вместе взятое приводит к необратимым ландшафтным изменениям.

Исследования автора убедительно показали, что имеющийся научный задел недостаточен для достижения экологически безопасного состояния окружающей среды при функционировании природно-технической геоэкосистемы: «транспортный и горнопромышленный комплекс - окружающая среда - социум». Действующая нормативная база также не соответствует составу воздействия на окружающую среду, увеличению масштабов и темпов нарастания их интенсивности, а также степени экологической опасности. Методическое и информационное обеспечение решения экологических проблем проводится фрагментарно, а сами проблемы в своем большинстве имеют лишь локально содержательную постановку, не соответствующую системному характеру экологических исследований. Кроме того, не разработаны критерии оценки экологической безопасности освоения георесурсов. Недостаточно эффективно проводится геоэкологический мониторинг, не учитываются принципы его организации и пооведения в условиях горных экосистем при совокупном воздействии транс-гортной и горно-индустриальной отрасл I в ^цц^У^^^^сочетаниях. Предложенные ведущими научными шк эламЛИй^йТР'М^Н, МГГУ, ЛГГУ,

СП

оа

ЮРГТУ подходы сыграли искючительно большую роль в снижении экологической нагрузки на горные экосистемы. Однако не полностью охватывают решение вопросов, связанных с нормализацией качества биосферы при одновременном воздействии стационарных, пульсирующих и передвижных источников физико-химического загрязнения окружающей среды. К ним относится горная индустриально развитая агломерация с активной транспортной составляющей.

В связи с этим научное обоснование экологически приемлемых нагрузок на геоэкосистему горного региона с учетом формирующих химических, физических, ландшафтных и метеорологических факторов окружающей среды является актуальной задачей.

Целью работы является предотвращение деградации природной среды путем нейтрализации приоритетных физических и химических загрязнителей при функционировании природно-техногенной геоэкосистемы: « транспортный и горнопромышленный комплекс - окружающая среда - социум».

Для достижения поставленной в работе цели необходимо:

- провести критический анализ геоэкологического состояния региона при эффективном функционировании всех его элементов;

- определить приоритетные физические и химические факторы загрязнения и разрушения экосферы региона;

- установить закономерности развития негативных факторов во времени и в пространстве;

- выявить взаимосвязь и взаимодействие природоразрушающих факторов при функционировании системы с учетом метеорологических факторов местности;

- разработать способы минимизации или нейтрализации уровня негативного воздействия источников загрязнения от деятельности природно-техногенной геосистемы;

- определить точки мониторинга окружающей среды по приоритетным негативным факторам загрязнения геоэкосистемы;

- разработать механизм управления состоянием окружающей среды в регионе при эффективном функционировании элементов природно-техногенной геоэкосистемы.

Идея работы заключается в сохранении природного равновесия при функционировании природно-техногенной геоэкосистемы и создании оптимальных условий для устойчивого развития биоразнообразия, включая человека.

Методика исследований заключается в использовании многолетних статистических материалов специально уполномоченных государственных органов управления по контролю за охраной и воспроизводством природных ресурсов, в применении комплексного многофакторного анализа, проведении теоретических экспериментальных ч производственных исследований, вероятностного анализа, теории рисков в экологии, математического анализа, моделирования и теории вариационного исчисления.

Научные положения, выносимые автором на защиту.

1. Опасное воздействие элементов природно-техногенной геоэкосистемы: «транспортный и горнопромышленный комплекс - окружающая среда - социум» на экокомплекс горного региона находится в прямой зависимости от объема вовлекаемых базовых компонентов биосферы (вода, воздух, почва), необходимых для обеспечения нормативов качества окружающей среды.

2. Уровень физического загрязнения (шум, вибрация) в составе экоком-плекса горных территорий зависит от интенсивности движения транспортных средств и расстояния от дороги до объектов воздействия, причем уровень шума убывает по логарифмическому закону.

3. Уровень экологического риска при функционировании природно-техногенной геоэкосистемы находится в прямой зависимости от комплексного показателя загрязнения окружающей среды.

4. Управление качеством окружающей среды при функционировании природно-техногенной геоэкосистемы достигается применением способов, нейтрализующих или минимизирующих опасное воздействие техносферы на природную среду путем выборки их из предлагаемого арсенала.

Научное значение работы заключается в обосновании принятия оптимального решения в конкретных условиях горных экосистем при функционировании природно-техногенной геоэкосистемы: «транспортный и горнопромышленный комплекс - окружающая среда - социум» по обеспечению допустимых нормативов физического и химического воздействия техносферы для предотвращения дальнейшей деградации экосистемы и улучшения качества окружающей среды.

Научная новизна работы:

- установление взаимовлияния и взаимосвязи элементов и объектов геоэкосистемы при ее эффективном функционировании с учетом их развития во времени и пространстве;

- обоснование целесообразности создания и внедрения защитных шумои-золирующих устройств при предельной интенсивности движения автомобильного транспорта по Транскавка-ской автомагистрали;

- установление критериев качества окружающей среды по совокупному потреблению первичных ресурсов биосферы и деконцентрации загрязняющих среду ингредиентов;

- создание механизма управления эмиссией загрязняющих химических и физических компонентов от элементов и источников экокомплекса в окружающую среду с целью их минимизации или полной нейтрализации.

Практическое значение работы определяется созданием эколого-математического аппарата и базы экологических требований к объектам и элементам действующей геосистемы, механизмом выбора и применения необходимого решения для получения желаемого эффекта. Предложены эффективные средства очистки удаляемого из шахты воздуха и предложена доступная схема первичной очистки шахтных вод от тяжелых металлов и взвешенных частиц. Впервые разработана принципиальная схема управления экологией и физическими загрязнениями окружающей среды при высокой интенсивности движения транспортных средств по автомагистрали в стесненных горных долинах Принятые практические решения по нейтрализации и минимизации вредного экологического воздействия н? окружающую среду эффективно могут быть

применены в аналогичных условиях горно-индустриальных агломераций при-родно-техногенных экокомплексов.

Обоснованность и достоверность научных результатов подтверждается репрезентативностью анализируемых статистических данных государственных органов контроля и охраны окружающей природной среды (Государственный доклад по охране окружающей природной среды 1992-2003гг.), удовлетворительной сходимостью (80-85%) теоретических расчетов с производственными результатами экспериментов, а также положительными результатами внедрения разработанных технологических решений по нейтрализации и минимизации физико-химических загрязнений объектов и элементов геоэкосистемы региона.

Реализация работы. Результаты исследований на автомагистрали используются проектными организациями ОАО «Кавказцветметпроект» и «Дор-проект» при выборе и обосновании технологии экологизации горнопромышленного и территориального комплекса, а также при реализации принятой автодорожным ведомством «Декларации безопасности Транскавказской автомагистрали».

Апробация работы. Основные научные положения диссертации и результаты докладывались и получили одобрение на научно-технических конференциях и семинарах кафедры экологии Северо-Кавказского горнометаллургического института (государственного технологического университета) в 2000-2005 гг. и на Международных чтениях «Белые ночи» (С.-Петербург 2004-2005гг.), а также одобрены коллегией Министерства автомобильных дорог и транспорта PCO-Алания.

Публикации. По теме диссертации автором опубликованы 9 статей.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 149 стр. с 26 рисунками и 43 таблицами и состоит из введения, 4 глав, заключения, приложения и списка использованных источников из 105 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Одной из важнейших проблем современного общества остается сохранение сбалансированного развития техногенного воздействия на окружающую природную среду. В этой связи решение технических и технологических задач при освоении природных ресурсов должно проводиться на основе всестороннего изучения и учета природных и производственных составляющих. Системный подход в решении эколо! ических проблем при освоении георесурсов позволяет наиболее полно учитывать ьзаимодействие факторов, влияющих на важнейшие компоненты среды обитания, включая биосферу в целом. Поэтому системный анализ принят в проводимых исследованиях как основа-фундамент для выбора наиболее эффективных, природоохранных, социально-значимых решений при функционировании геоэкосистемы «транспортный и горнопромышленный комплекс - окружающая среда - социум».

Вопросам рационального использования природных ресурсов в различных горно-технических и природно-климатических условиях посвящены фундаментальные исследования отечественных ученых: М.И. Агошкова, К.Н. Трубецкого, Ю.Н. Малышева, JI.A., Пучкова, H.H. Чаплыгина, М.А. Ревазова, Д.Р. Каплунова, Б.А. Картозия, В.А. Чантурия, К.З.Ушакова, Б.Ф.Кирина, A.C. Астахова, В.Ж. Аренса, B.C. Ямщикова, Ю.Д. Дядькина, М.А. Кофиса, Г.Г. Ломоносова, Б.Н. Кутузова, И.В. Мельникова, В.А. Харченко, B.JI. Яковлева, В.А. Шестакова, В.И. Голика, И.Д. Алборова, Е.А. Котенко, A.M. Гольперина и др. Тяжелая экологическая ситуация, сложившаяся в Северо-Кавказском регионе при освоении месторождений полезных ископаемых, преимущественно полиметаллической руды, усугубляется интенсивным физическим, химическим и энергетическим загрязнением автотранспортного генезиса. С непрерывным вводом в эксплуатацию новых автотранспортных межгосударственных магистралей (ТрансКАМ) и развития дорожных коммуникаций по хозяйственному освоению горно-рекреационных ресурсов туристической индустрии СевероКавказского горного края усиливается воздействие техносферы на экологию и социум.

Ни одна из отраслей деятельности человеческого общества так разрушительно не действует на природу, как горное производство, особенно добыча полиметаллов.

Негативные последствия активного вмешательства человека в хрупкие горные экосистемы проявляются не сразу, а спустя длительное время, и зачастую носят необратимый характер.

В Кавказском регионе добыча руд ведется продолжительное время, захватывая первую половину XIX века. Горное производство многопланово воздействует на геосферы региона, загрязняет окружающее пространство и деформирует природную среду не только в зоне деятельности горно-индустриального комплекса, но и далеко за его пределами, охватывая все более и более обширное пространство и территории, включая акваторию Каспийского моря.

Транспортная система является мощным техногенным фактором загрязнения атмосферы, почвы, горных пород, биоты, поверхностных и подземных вод и геологической среды в целом.

Экологическое состояние природной среды усугубляется тем, что в условиях рыночной экономики природоохранным ресурсосберегающим технологиям природопользователи уделяют недостаточное внимание, порою из-за недостатка средств, а чаще из-за отсутствия жесткой политико-правовой базы. Вследствие этого уровень экологического воздействия при функционировании природно-техногенной геоэкосистемы: «транспортный и горно-промышленный комплекс - окружающая среда - социум» - приобретает по своим масштабам необратимый катастрофический характер.

Приведенная ситуация характеризует практически как горную часть территории Северо-Кавказского региона, так и равнинную, поскольку протекающие на равнине реки берут свое начало высоко в горах, и бассейн главной реки Терек задействован во всех процессах экотехнокомплекса на природную среду и биосферу региона в целом.

Минимизация вредного воздействия природно-техногенной геоэкомси-стемы на окружающую природную среду позволит остановить дальнейшую ее

деградацию и обеспечить возможность реабилитации составляющих ландшафта до уровня стабильного равновесия.

Проведенный автором ретроспективный анализ геоэкологического состояния горно-индустриальных районов и примыкающих к ним равнинных территорий показывает, что уровень загрязнения рек непрерывно возрастает, количество проб воды в реках с превышением нормативов качества, начиная с 1992 года, достигает в среднем 10-20%, а в реках Камбилеевка, Ардон, Терек, Баксан, Кубань содержание тяжелых металлов Си, РЬ, Zn в десятки раз превышает установленные нормативные требования. По микробиологическим показателям, при сравнении с пробами воды многолетней давности, воды рек ухудшились на 10-20 %.

Произошло увеличение случаев превышения ПДК по пыли, диоксиду азота и диоксиду серы. Масштабы загрязнения от автотранспортного комплекса возрастают и достигают почти 89% всего объема загрязнения атмосферного бассейна региона. Темпы развития автотранспортного комплекса в регионе привели к тому, что во всех горных регионах края автотранспортное загрязнение приобретает проблемный характер, в связи с активным развитием природо-загрязняющих эффектов от него. Дискомфорт от воздействия шума и вибрации в больших городах перешел и в горно-индустриальные районы. Показатели шума в селитебных зонах превышают ПДУ на 20-30 дБА.

В районах добычи и переработки рудных минералов, особенно в горных экосистемах, концентрация загрязняющих атмосферу веществ, в настоящее время, является недопустимо высокой, и это сказывается на здоровье проживающего здесь населения, оказывает вредное влияние на всю биоту. Данные представлены на рис. 1 и 2.

Рис / Загрязнение геоэкосферы гтриродно-техногенной системой

- Молибден

- Вольфрам

- Свинец

р Камбилсенка, с Догарон р Собачья балка

ниже I, I лрсхое (устье)

с Ч ер мен

р Камбилсевка. устье

-Цинк

Рис 2 Динамика изменения содержания загрязняющих веществ в воде р. Камбилеевка от истока до устья, 2004 I од

Как видно из приведенного рисунка вода в реке Камбилеевка остается чрезвычайно грязной. Превышение над ПДК достигает по Сс1 - 29,8; Г^ -28,4; - 23,75; 2п - 66; Си - 9,7 мг/м3.

На основании анализа полученных результатов исследований можно сделать следующие выводы:

- высокая концентрация фиброгенной пыли в атмосфере является одной из наиболее частых причин повышения уровня заболеваемости детского населения острыми инфекциями верхних дыхательных путей;

- уровень жизнестойкости населения, проживающего в районе функционирования природно-техногенной системы «транспортный и горнопромышленный комплекс - окружающая среда - социум» зависит главным образом от показателей загрязненности сфер их обитания: воздуха, воды и почвы;

- повышенное химическое загрязнение экосистемы в сочетании с физическим загрязнением окружающей среды от автотранспортных систем развивает дискомфорт жизнедеятельности населения.

Таким образом, для решения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- провести анализ литературных источников и опыта работы геоэкосистем и дать критическую оценку экологическому состоянию функционирования геоэкосистемы: «транспортный и горно-промышленный комплекс -окружающая среда - социум» с определением параметров воздействия экологически опасных объектов на состояние экосферы;

- установить закономерности проявления экологоразрушающих процессов производства с учетом специфических факторов горных территории Северного Кавказа;

- исследовать взаимовлияние и взаимосвязь процессов и источников разрушения экосферы от функционирования горно-промышленной и транспортной системы и разработать механизм и методы управления качеством природной среды и экосферой региона;

- разработать методы контроля и мониторинга экоресурсов с учетом обеспечения нагрузок, не превышающих нормативного уровня;

- предложить механизм управления природными ресурсами региона с целью устойчивого развития всего экокомплекса;

- определить уровень защиты природной среды и социума в результате решения поставленной цели.

Для решения поставленных задач использованы следующие методы исследований:

- обобщение и критический анализ состояния геоэкосистем в горных условиях;

- статистический анализ с использованием современных методов математического аппарата;

- вероятностный анализ, планирование эксперимента, миогофакторный анализ;

- физическое, эколого-математическое, эколого-экономическое моделирование;

- лабораторный и производственный эксперимент;

- графоаналитические исследования.

Масштабы экологической напряженности, приводящие к бедствиям и катастрофам, росту уровня деградации и разрушений окружающей среды в процессе хозяйственной деятельности, выражаются экологическим риском.

В общем случае величину экологического риска можно рассчитать по количеству и показателям факторов, формирующих экологическую опасность производства.

Для характеристики экологической безопасности применяемой технологии на объекте природопользования предлагается следующая совокупность факторов риска:

Бг, = гл + г6+ гпл + г, + г6п + га, (1)

где гл, г6, гпл, г„, г6|„ га - уровни, соответственно, сохранности базового ландшафта, бонитета, природного ландшафта, водоочистки на предприятии, безотходное™ производства, во^духоочистки на предприятии.

Уровень сохранности базового ландшафта территории природопользования (г„) можно определить из выражения:

гл " 0 ;ю~ Гли)/ Гдо > (2)

где гло - базовая площадь природопользования, га;

гли - площадь, отвлеченная для размещения капитальных строений и инфраструктуры предприятия, га;

Уровень сохранности биологической продуктивности ландшафта территории природопользования (г6) вычисляется по выражению:

Гб = (Гбо~ Гби)/Гйо , (3)

где гб0 - первоначальный бот лтет территории ландшафта природопользования, ед.

Гби - бонитет территории ландшафта, вовлеченной в хозяйственный оборот, ед;

Уровень водоочистки на предприятии (г„):

г„ = (г„„- гвс)/ г„„, (4)

где г„„ - объем водопотребления объектом природопользования, ед; г»с - объем отведения вод, очищенных до санитарных норм, у.е.

Уровень безотходности производства (гбп):

Гбп =(г

мис " ^мтп)/ ^мис (5)

где гмис - масса исходного сырья, включая вспомогательные материалы, перерабатываемые предприятием в единицу времени, у.еАч, у.еЛсут, у.еЛгод; гчтп - масса товарной продукции, выпускаемой природопользователем в единицу времени, у.еАч, у.еЛсут, у.еЛгод;

Для определения уровня воздухоочистки на предприятии (га) используется выражение:

1*а ~ (Г.,,,, - Гоос)/ Г0П9, (6)

где г01№ - объем потребления воздуха на всех этапах технологического процесса в единицу времени, у.е.;

Гоос - объем очищенного до санитарных норм удаляемого воздуха от всех источников в единицу времени, у.е.

Сделав соответствующие подстановки, формулу (1) можно переписать в виде

К=[5-(гл + г6+г»+г6п + га)], (7)

т.е. каждая составляющая второго слагаемого уравнения (7) изменяется в пределах от 0 до 1.

Одним из источников загрязнения атмосферы в горно-промышленном регионе является рудничный воздух, выбрасываемый без очистки на дневную поверхность.

Совокупное воздействие геоэкосистемы на окружающую среду характеризуется помимо химического загрязнения высоким уровнем звукового давления, связанного с интенсивностью движения транспортного потока (2?0 авт/час - ночью, 640 авт/час - днем). Превышение установленных норм достигает 22 дБА в ночное время и 31 дБА - в дневное время.

Установлено, что при продолжительности воздействий предельных нагрузок на экосистемы наступает процесс их трансформации (рис. 3).

Рис. 3 Схема развития экологической опасности при функционировании природно-техногенной геоэкосистемы «транспортный и горнопромышленный комплекс, окружающая среда - социум».

Техноемкость экосистемы является важнейшим показателем устойчивости ее развития и характеризуется уровнем восприятия различных форм техногенных нагрузок на компоненты.

Экологическая техноемкость Т^ зависит от:

- объемов воздушного бассейна, совокупности водоемов водотоков, земельных площадей и запасов почв, массы представителей флоры и фауны;

- мощности потоков биохимического круговорота (скорость, масса газообмена, пополнение объемов чистой воды, процессов почвообразования и продуктивность биоты и др.).

Если компонентам среды обитания придать значения 1, 2 и 3, то Тэ (усл. т/год) можно рассчитат., по формуле:

Т, (8)

, I

где Е - экологическая емкость ¡-ой среды, т/год;

X, - коэффициент вариации для естественных колебаний содержания субстанции в среде;

А, - коэффициент отнс;ительной опасности примеси.

Экологическая емкость компонентов среды рассчитывается по формуле Е = Ус , (9)

где V - экстенсивный параметр, определяемый размером территорий (площадь или объем, км2, км3);

с - содержание главных экологических значений субстанций в среде, т/км2 или т/км3 (например, ССЬ в воздухе или плотность распределения биомассы на поверхности земли);

Ро6 - скорость кратного обновления объема или массы среды, год.

Для моделирования процесса загрязнения биосферы региона при функционировании природно-техногенной геоэкосистемы: «транспортный и горно-промышленный комплекс - окружающая среда - социум» используется так называемый интегральный показатель Пип, определяемый по формуле

Иип Ьпдка, Ьпдкы Ьпдку ( и)

где ша„ ть„ тП1 - количество вредных веществ, выбрасываемых предприятием за год;

ПДКщ, ПДКЬ„ ПДК„, - действующие ПДК вредных веществ в атмосфере, воде и почве;

1 - наименование загрязняющего вещества, мг/м3;

и - учитываемое количество загрязняющих среду ингредиентов.

Исследуемая геоэкосистема относится к легкоуязвимым горным эко-комплексам, с наличием многокомпонентного производства с многофакторными источниками физического, химического и энергетического воздействия.. Вместе с тем оценка экологического риска должна базироваться на следующих принципах:

1. Идентификация всех источников риска для здоровья населения и окружающей природы в пределах данного региона.

2. Анализ и выделение приоритетных источников риска с учетом социального эколого-экономического ущерба.

3. Принятие решения по минимизации риска на основе комплексного анализа фактического возможного предотвращенного ущербов, а также всех видов затрат на организацию системы управления риском.

При погрузочно-разгрузочннх и транспортных операциях был применен пенный способ пылеподавления, что позволило снизить запыленность воздуха в контрольных точках до допустимого уровня и ниже (рис. 4).

Расстояние от дорога, м

Рис 4 Изменение запыленности воздуха в точках мониторинга (Подавление пыли смолой АБ при расходе 1,0 л/м' на ТВМК): 1 - до обработки; 2 - после обработки.

Для уменьшения пылесодержания в удаляемом из рудника воздухе в промышленных условиях был применен электрический способ очистки с помощью пластинчатых электрофильтров ЭПМ - 55. Состав пыли рудничного воздуха, поступающего на очистку, приведен в табл. 1.

Таблица 1

Состав пыли рудничного воздуха, поступающего на очистку

Элементы и соединения Содержание, %

вЮг общ. вЮг своб. 66,0 50,0 0,05 0,03 0,02 0,04

Хх\ обш.

Си общ. РЬ общ. 7п окисл

Хп сульфид

В соответствии с разработанной методикой два агрегата электрофильтров ЭПМ - 55 были установлены перед всасывающим вентилятором главного проветривания на Архонском руднике. Воздух перед попаданием в

активную часть фильтра орошается водяной завесой форсунками механического действия.

Исследования проводили при режимах производительности 30-40 м3/с Отбор проб воздуха проводили на фильтрах АФА-В-18 в четырех точках сечения. Испытания проводили при производительностях электрофильтра 36,40,44 и 48 м/с, и запыленностях 10, 15, 20 мг/3, токе короны 110 мА и напряжении 23,2 кВ.

Экспериментально установлено, что эффективность работы фильтров ЭПМ - 55 снижается с понижением начальной запыленности воздуха и, наоборот, при повышении пылевой нагрузки эффективность фильтра возрастает.

После обработки данных получены зависимости при запыленностях рудничного воздуха 3,10,15 и 20 мг/м3 соответственно:

/7=0,905+0,055У-0.013У2, (13)

г] =0,932+0,034У-0,005V2, (14)

г} =0,942+ 0,030У-0,005У2, (15)

т)=0,940+0, ОЗОУ-О,005V2, (16)

где V - скорость фильтрации воздуха, м/с.

Для минимизации вредного воздействия шахтных стоков на окружающую среду были выбраны наиболее загрязненные стоки Архонского рудника на шт. №22 с объемом сброса 945 м3/сут. с содержанием цинка 133,3 мг/л.

При проведении исследований исполыованы различные методы очистки шахтных стоков. Наиболее эффективным оказался гидролизный способ, основанный на добавлении в очищаемые стоки раствора гидроокисей до рН -8,5 ч-9,0. При этом свинец и цинк переходят в нерастворенные гидрооксиды и выпадают в осадок.

На рис. 5 приведена предлагаемая технологическая схема для осаждения цинка из шахтных вод.

приемник МШ1

Рис. 5 Схема предлагаемого способа очистки сточных вод

В результате очистки шахтных вод было установлено, что наиболее эффективным средством осаждения металлов является едкий натрий с рН = 8. При производительности установки 70 м3/час шахтной воды расход осади-теля составил 25,9 кг/час (удельный расход 0,45 кг/м3 стоков).

Для снижения уровня звукового давления в жилой зоне околодорожного пространства был применен шумозащитный экран, разработанный автором.

Для исследования были выбраны акустические экраны двух типоразмеров по высоте 5,4 и 7,4 м и выполнено моделирование акустического процесса максимально эквивалентных уровней звуко и шумовой нагрузки на оси фасадов зданий на различных уровнях. Исследованиями установлено, что наиболее эффективным по снижению шума является шумозащитный экран высотой 7,4-8,0 м.

С учетом поправки Д= + 10 дБА, предусмотренной СП 2.4/2.1.1562-96, большинство жилых домов селитебной части выходят из зоны акустического дискомфорта.

Установка стеклопакетов позволяет соблюдение санитарных норм для всех комнат жилого массива.

Для рекомендуемого акустического экрана используются звукоизолирующие панели типа «Тиши:;а-1» и «Тишина-3», изготовленные в соответствии с ТУ 5763-002-07501449-00 (сертификат соответствия №030006.024/180024 и № 03.0006.024/19-002)

Для управления качеством биосферы при функционировании объектов техносферы в горных экосистемах следует каждый объект загрязнения окружающей среды экокомплексз учитывать с максимальным негативным воздействием на окружающую среду с таким расчетом, чтобы уровень интегрального риска не выходил за рамки нормативно допустимых параметров.

При моделировании загрязнения в горных экосистемах следует учитывать и барометрические особенности, меняющие режим работы двигателей автомобильного транспорта.

Для обеспечения устойчивого развития геоэкосистемы необходимо иметь мониторинговую сеть наблюдений на территории деятельности техно-экокомплекса с обратной связью. Это позволит распознавать все формы пороговых возмущений и деградации окружающей среды и даст возможность своевременно принимать меры по реабилитации экосистемы и возвращения ее в устойчивое состояние.

Качество окружающей среды оценивается по формуле

С„+С„<Сда (17)

где Ср, - реальная концентрация 1-ой вредности в точке мониторинга, мг/м1;

Сф, - фоновая концентрация ¡-ой вредности в точке мониторинга, мг/м3;

при физическом загрязнении окружающей среды

Уф+Ур<Упду, (18)

где Уф - фоновый уровень шума, в точке мониторинга, дБА;

Ур- фактический уровень шума в точках мониторинга, дБА;

Упду - предельно допустимый уровень шума, дБА.

С учетом всех факторов воздействия геоэкосистемы на окружающую среду модель управления ее качеством приведена на рис. 6.

Рис б Принципиальная схема управления качеством окружающей среды при функционировании природно-техногенной геосистемы

Из всех факторов воздействия элементов геотехносферы наиболее пагубную роль в разрушении ландшафта играют три компонента: горные предприятия с выбросами загрязненного рудничного воздуха в атмосферу, сбросы шахтных вод в водную среду и повышенный уровень транспортного шума. Пылевыделения минимизируются за счет направленного использования эффективных средств и способов подавления пыли у источников их образования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований было достигнуто стабильное снижение экологической нагрузки на компоненты биосферы до нормативно допустимого уровня, что позволило остановить дальнейшую деградацию и

разрушение экосистемы с возможностью перехода на устойчивое ее развитие.

1 Установлено, что приоритетными разрушителями окружающей природной среды при функционировании природно-техногенной геосистемы: «транспортный горно-промышленный комплекс - окружающая среда-социум» являются: фиброгенная составляющая подземного рудника, шумовое загрязнение транспортов! о комплекса, загрязнение тяжелыми металлами шахтных вод.

2. Установлено, что наиболее активным загрязнителем атмосферного бассейна в горнопромышленном комплексе является выброс запыленного воздуха из шахт через вентиляционные выработки и через обрушенное пространство, уровень которого определяется 15% от общего объема поступающего на поверхность воздуха.

3.Установлено, что шахтные воды загрязняют водную среду в концентрациях тысячу раз превышающие ПДК для вод рыбохозяйственного значения.

4.Показана высокая эффективность применения электрического способа очистки удаляемого из шахты воздуха электрофильтрами ЭПМ-55 при токе короны, равной 1,25 мА и напряженности электрического поля, равной 24,5 кВт.

5.Показано, что уровень шумового загрязнения околодорожного пространства превышает ПДУ на 20-30 дБА, что создает дискомфорт в жилых помещениях и на улицах для проживающего здесь населения.

6. Теоретически обоснована фактура и реализована конструкция шумо-защитного устройства для защиты проживающего около дороги населения от повышенного уровня звукового давления.

7. Впервые разработана модель управления качеством состояния окружающей среды и предложена технология по ее реализации, обеспечивающая нормативную нагрузку на экосферу при функционировании геотехносисте-мы.

8.Разработаны алгоритмы устойчивого функционирования природно-техногенной геоэкосистемы на принципах использования нетронутых ресурсов природной среды: воздуха, воды и почвы.

Основное содержание диссертационной работы опубликовано в следующих публикациях:

I. Тедеева Ф.Г., Кумаритаев Ф.С., Макиев Г.К. Экологический риск в производственной системе // Вестник МАНЭБ, том 10, №2, 2005. С.9-11. (1/3).

l.Kopmuee ЛИ., Макиев Г.К., Кортиев А.Л. Устойчивость защитных со-ружений на горных дорогах с учетом экологической безопасности Н Вест ник МАНЭБ, том 10, №2, 2005. С.76-80 (1/3).

3. Степанова C.B., Алборов ИД., Макиев Г К Влияние параметров зон обрушения на проветривание горных работ // Цветная металлургия, №12, 2004. С.8-13.(1/3).

4. Макиев Г.К., Алборов И.Д. Экологическая опасность эксплуатации транспортных систем на автодорогах горно-индустриальных районов. - ж. Вестник МАНЭБ, том 10, №2, 2005. С.73-76. (1/3).

5. Алборов И.Д., Макиев Г.К., Джигкаев ХМ. Загрязнение окружающей среды при эксплуатации автодорог разной сложности // Вестник МАНЭБ том 10, №2, 2005. С.85-87. (1/3).

6. Макиев Г.К., Алборов И.Д, Тедеева Ф Г. Эколого-экономическая оценка антропогенного воздействия на окружающую среду // Сборник научных трудов СКГМИ. - Владикавказ: СКГМИ. Терек, 2005. С.214-218. (2/3)

7. Макиев Г.К, Алборов ИД, Тедеева Ф.Г. Математические модели количественной оценки управления окружающей средой. // Сборник научных трудов «Современные проблемы рыночного реформирования регулирования экономики». - Владикавказ: СКГМИ. Терек, 2005. С. 218-222. (1/3).

8. Макиев Г К., Алборов И.Д. Теоретические основы распространения опасного воздействия техногенных выбросов в окружающую природную среду. - Устойчивое развитие горных территорий. Проблемы и перспективы интеграции науки и образования. Материалы V Международной конференции. - Владикавказ 21-23 сентября 2004 г., СКГМИ Терек, 2005. С. 188-189.

9.Алборов И.Д., Макиев Г.К., Тедеева Ф.Г Экозависимость здоровья населения в горном регионе // Материалы IX Международных научных чтений МАНЭБ. - Самара, С.-Пб.: Россия, 2005. С. 64-65.

Ш18073

РНБ Русский фонд (

2006-4 [ 13691

Подписано в печать 04.09.2005. Формат изд. 60x84 1/16. Объем 1,6 усл.п.л. Тираж 100 экз. Заказ 466'.

Подразделение оперативной полиграфии СКГМИ (ГТУ). 362021, г. Владикавказ, ул. Николаева, 44.