Защита природной среды на основе рациональной технологии складирования отходов Кольской ГМК

Паршина, Мария Викторовна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Защита природной среды на основе рациональной технологии складирования отходов Кольской ГМК
ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Защита природной среды на основе рациональной технологии складирования отходов Кольской ГМК"

На правах рукописи

ПАРШИНА Мария Викторовна

ЗАЩИТА ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ НА ОСНОВЕ РАЦИОНАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ СКЛАДИРОВАНИЯ ОТХОДОВ КОЛЬСКОЙ ГМК

Специальность 25.00.36 - Геоэкология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2006

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В.Плеханова (техническом университете).

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор

Ведущее предприятие - ОАО «Механобр-техника»

Защита диссертации состоится 14 июня 2006 г. в 15 ч на заседании диссертационного совета Д 212.224.06 при Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В.Плеханова (техническом университете) по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2, ауд.1160.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.

Автореферат разослан 12 мая 2006 г.

Пашкевич Мария Анатольевна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Белоглазое Илья Никитич,

кандидат технических наук, доцент

Бондарчук Антон Михайлович

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ диссертационного совета д.т.н., профессор

W9£

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ

В районах расположения предприятий по добыче и переработке минерального сырья одним из основных источников нарушения и загрязнения различных компонентов природной среды являются хранилища отходов, общая масса которых в Российской Федерации достигает 17,4 млрд т. До настоящего времени доминирующим методом обращения с отходами горнометаллургического комплекса, содержащими значительное количество сульфидов металлов, является наземное складирование, что обуславливает формирование в зоне гипергенеза кислых дренажных вод.

Примером образования техногенной нагрузки на компоненты природной среды являются сульфидсодержащие шлаковые отходы, складируемые на территории предприятия по добыче и переработке медно-никелевых руд «Североникель», являющегося структурным подразделением ОАО «Кольская ГМК».

Северные экосистемы под действием агрессивных техногенных источников легко разрушаются, так как имеют низкий потенциал самоочищения и самовосстановления, а антропогенная нагрузка на природные ландшафты в этом районе исключительно велика. В связи с угрожающей ситуацией в этом регионе возникает необходимость разработки новых методов оценки риска возникновения кислотных дождей, кислых поверхностных и подземных вод и последствий их воздействия на компоненты природной среды, а также методов ликвидации очагов ацидификации.

Проблемы формирования хранилищ отходов нашли отражение в трудах ученых и специалистов различных стран (Гальперин A.M., Демин A.M., Моторина Л.В., Томаков П.И., Ферстер В., Шеф Х.Ю.). Большое внимание уделялось вопросам водной миграции загрязняющих компонентов с территории хранилищ отходов (Мироненко В.А., Плотников Н.И., Гавич И.Н.), формированию и воздействия кислых дренажных вод (Летел А., Моисеенко Т.И., Калабин Г.В.). Делались попытки оценить риск воздействию техногенных массивов на приповерхностные отложения (Фишер В., Измалков В.И.). Тем не менее, несмотря на высокую экологическую опасность техногенных массивов, комплексной

количественной оценки их воздействия на компоненты природной среды и способов защиты не проводилось.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ - снижение техногенной нагрузки на почвенно-растительный покров и природные воды в зонах ацидификации предприятия «Североникель».

ИДЕЯ РАБОТЫ - снижение негативного воздействия отходов пирометаллургического передела должно обеспечиваться созданием карбонатного геохимического барьера и совершенствованием технологии формирования и транспортирования шлаковых масс. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ:

• анализ ландшафтно-геохимической обстановки, сложившейся под воздействием техногенной нагрузки сульфидсодержащих отходов;

• исследования трансформации сульфидсодержащих шлаковых масс пирометаллургического передела в зоне гипергенеза;

• оценка экологической опасности и техногенного ущерба, наносимого природным экосистемам;

• определение параметров геохимического барьера, направленного на повышение рН загрязненных вод поверхностного и подземного стока;

• совершенствование технологии формирования и транспортирования шлаковых масс;

• определение эколого-экономического эффекта от внедрения предложенных средозащитных мероприятий.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ:

• установлена параболическая зависимость трансформации техногенных массивов вследствие гипергенных преобразований шлаковых масс от срока хранения отходов, глубины гипергенных преобразований, технологии образования отходов и количества примесных элементов в шлаках;

• обоснован новый количественный показатель вероятности формирования кислых дренажных вод, определяемый значениями кислотного и нейтрализующего потенциалов сульфидсодержащих пород.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ: 1. Начальный состав шлаковых масс, характеризующийся наличием

оксидов тяжелых металлов, изменяется под влиянием физической

эрозии в зоне гипергенеза с преобразованием в миграционно-

способные сульфидные формы, количественно определяемые сроком хранения с максимумом на уровне 15-17 лет.

2. Класс опасности сульфидсодержащих шлаков пирометаллургического передела, определяемый значениями формируемых породой кислотного потенциала и потенциала нейтрализации, в связи с формированием кислых вод следует повысить до первого.

3. Эффективность защиты окружающей среды от воздействия сульфидсодержащих шлаков пирометаллургического передела должна достигаться с помощью полузаглубленного фильтрационного вертикального барьера из карбонатной породы и щебня, а также предварительной нейтрализацией серы при переливе шлаков в шлакоотвал карбонатным материалом, удельный расход которого прямопропорционален содержанию серы.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

В качестве основных методов исследований использовались аналитические, ландшафтно-геохимические, биоиндикационные, экспериментальные исследования в полевых и лабораторных условиях, методы математической статистики, аналогового и численного моделирования, рентгеноспектральный, атомно-абсорбционный, спектрофотометрический и флуориметрический анализы минералогического и химического составов складируемых в отвалах сульфидсодержащих отходов и формируемого карбонатного геохимического барьера.

ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ, выводов И РЕКОМЕНДАЦИЙ обусловлена использованием представительной выборки исходных материалов, современных методов анализа, сходимостью экспериментальных данных с теоретическими исследованиями и исследованиями других авторов, экспериментальной проверкой основных рекомендаций. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ:

• выполнена оценка экологической опасности техногенного воздействия на компоненты природной среды шлаков пирометаллургического производства;

• выполнено эколого-экономическое обоснование безопасного складирования шлаков пирометаллургического производства в целях снижения экологической нагрузки на основе комплексной оценки экологического риска;

• разработано технологическое решение по минимизации техногенного воздействия складирования шлаков пирометаллургического передела на окружающую его среду;

• рекомендовано совершенствование технологии формирования и транспортирования шлаков пирометаллургического производства.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА работы заключается в постановке цели, формулировке задач и разработке методики исследований; в проведении ландшафтно-геохимических и биоиндикационных исследований в зоне воздействия шлакоотвала; в разработке методики и проведении лабораторных исследований состава и свойств сульфидсодержащих отходов пирометаллургического передела; в выполнении теоретических и экспериментальных исследований по созданию карбонатного геохимического барьера; в разработке направлений совершенствования технологии формирования и транспортирования шлаковых масс для нейтрализации отходов пирометаллургического передела; в эколого-экономической оценке предлагаемых технических средозащитных мероприятий. РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ:

• научные и практические результаты работы используются в учебном процессе Санкт-Петербургского государственного горного института им. Г.В.Плеханова (технического университета) при проведении занятий по дисциплинам: «Экология», «Геохимия окружающей среды», «Экологический мониторинг»;

• даны рекомендации ТОСП «Североникель» по снижению негативного воздействия сульфидсодержащих отходов и методические разработки внедрены во Вроцлавской сельскохозяйствеенной Академии (Польша).

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

«Полезные ископаемые России и их освоение» (Санкт-Петербург, 2002 г., 2004 г., 2005 г.), III Межвузовской молодёжной научной конференции «Школа экологической геологии и рационального недропользования» (Санкт-Петербург, 2002 г.), VII Международной экологической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «РИОНО: Экологическая безопасность как ключевой фактор устойчивого развития» (Москва, 2002 г.), VII Международном симпозиуме им. академика М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (Томск, 2003 г.), научных конференциях МГГУ «Неделя горняка» (Москва, 2004 г., 2005 г.), Международной геоэкологической конференции «Геоэкологические проблеммы загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами» (Тула, 2004 г.), Научной школе молодых ученых «Комплексность использования минерально-сырьевых ресурсов - основа повышения экологической безопасности региона» (Апатиты, 2004 г.). ПУБЛИКАЦИИ: По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка. Содержит 216 страниц машинописного текста, 64 рисунка, 43 таблицы и список литературы из 120 наименований.

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю профессору Пашкевич М.А. за помощь, текущие научные консультации и ценные советы, а также профессору Шувалову Ю.В. за ценные научные консультации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

I. Начальный состав шлаковых масс, характеризующийся наличием оксидов тяжелых металлов, изменяется под влиянием физической эрозии в зоне гипергенеза с преобразованием в миграционно-способные сульфидные формы, количественно определяемые сроком хранения с максимумом на уровне 15-17 лет.

ТОСП «Североникель» ОАО «Кольская ГМК» входит в состав РАО «Норильский никель», расположен в Мурманской области в центральной части Кольского полуострова, в бассейне

оз.Имандра, на расстоянии 3-6 км от города Мончегорска и занимается переработкой жильных сульфидных медно-никелевых руд Мончегорского месторождения и производством меди, никеля, кобальта и серной кислоты.

Основными твердыми промышленными отходами предприятия являются шлаки пирометаллургического передела, образующиеся при руднотермической электроплавке металлсодержащей сульфидной шихты в электропечи плавильного участка никелевого производства металлургического цеха, с целью извлечения цветных металлов в штейн. Поступающая на электроплавку шихта состоит из сульфидов (Fe7S8; (Fe Ni)S; CuFeS2; CoS), оксидов и ферритов (Fe203; Fe304; NiO; CuO; CoO; Me0xFe203, Si02; MgO; CaO; A1203 и др), силикатов (mMe0xnSi02), сульфатов, карбонатов и гидратов.

Выход шлаков при электроплавке составляет до 80% от общей массы загруженной шихты и объемы образования шлака составляет 120-150 тыс. тонн в год. Проектная площадь, отведенная под шлакоотвал (93,3 га), на сегодняшний день использована на 89 % (занимаемая отвалом площадь - 83,3 га). Общий объем отвала составляет 39 млн. тонн, средневзвешенная плотность отвальных шлаков - 3,06 т/м3. Агрегатное состояние шлаков твердое, не пылящее.

Основу шлаков электроплавки составляют кремнезем (Si02 35-50%), закись железа (FeO 20-39%), оксид магния (MgO 420%), глинозем (А12Оэ 4-8 %) и оксид кальция (СаО 0,3 -0,5 %). Кроме них в шлаке содержатся небольшое количество магнетита, ферритов, сульфидов и оксидов цветных металлов, со средним процентным содержанием 0,3% Ni, 0,25% Си, 0,05% Со, 0,4% Сг.

Складирование огненно-жидких шлаков осуществляется переливом расплава с застывшими включениями из ковшей на бровку откоса отвала. Свежие слитые шлаки для скорейшего остывания заливаются водой, что приводит к их резкому охлаждению, растрескиванию на отдельности и расчленению на глыбы, щебень, и дресву. Размеры и степень раскрытости образующихся трещин различны - от нескольких сантиметров до десятков метров в длину, от волосяных до раскрытых с шириною раскрытия 0,3 -1,0 м.

Неоднородная структура шлакоотвала, сложенного разнообразными по текстуре шлаками (в том числе пористыми и сильнопористыми), большое количество трещин и их разветвленность, большой объем технической воды способствуют трансформации техногенных отложений и миграции загрязняющих компонентов из тела отвала в окружающую среду. Это обуславливает необходимость проведения мониторинга территории шлакоотвала и оценки его негативного воздействия на компоненты природной среды.

Согласно документации предприятия отходы относятся к четвертому классу опасности, то есть являются практически инертными, что не соответствует их конечному состоянию в процессе эрозии и гипергенных процессов.

Исследования включали отбор проб шлаков различного срока хранения в отвале, который обуславливает различие в структуре и химическом составе за счет гипергенных процессов, протекающих в отходах на открытой площадке шлакоотвала.

Подготовленные пробы анализировались в три этапа: 1) рутинным анализом (рентгеноспектральный фазовый анализ (РСФА)), 2) специальным анализом (атомно-абсорбционная спектрометрия (ААС)), 3) локальным анализом (растровая электронная микроскопия (РЭМ), рентгеновский микроанализ (РМА)).

В результате рутинного анализа, согласно разработанной схеме мониторинга, доказано, что отвальные шлаки металлургического производства в основном состоят из диоксида кремния и оксидов железа, с содержанием примесей S -5-10%, Сг-0,4%, Ni - 0,1%, Си - 0,2%, Со - 0,05%.

Для оценки перехода загрязняющих элементов из шлаков в окружающую среду, использовался специальный анализ методом ААС. Для этого были предварительно приготовлены вытяжки из проб, отобранных из отвала, согласно Nordic test. Эксперимент показал, что вымываемость элементов значительно зависит от возраст» образца отхода. Образцы отходов, образованных в начале функционирования отвала, изначально содержат меньшее количество тяжелых металлов и соединений серы и хрома. Максимальная вымываемость была отмечена у проб отходов среднего возраста (15 лет) и составила примерно Сг 10-20 мг/л, Ni 1,5-2 г/л, Си 5-8 мг/л, Со 0,5-1,5 мг/л, S 7-11 г/л (рис. 1).

Интенсивность миграции для рассматриваемых отходов увеличивается с ростом трещиноватости отвала, которая достаточно быстро возрастает для отходов с высокой плотностью в тяжелых условиях Севера, характеризуемых широким диапазоном температур, сильными ветрами и большим количеством кислых осадков.

Для перехода сульфидов Ni, Си, Со из твердой в растворенную форму в кислой среде достаточно атмосферной влаги, вследствие чего миграция полютантов из трещиноватой породы становится высоковероятной при влажном климате Мончегорского района. Повышению интенсивности миграции тяжелых металлов способствует увеличение кислотности инфильтрационных вод вследствие сильного загрязнения воздуха диоксидом серы.

С целью определения форм нахождения компонентов, обуславливающих физико-химическую обстановку в твердом веществе, из образцов шлаков были изготовлены полированные аншлифы для изучения с помощью РЭМ с последующим РМА.

Анализ проб показал, что вынос тяжелых металлов из отвала происходит не только под внешним воздействием кислых осадков, но и в следствии формирования кислых дренажных вод в теле отвала. Пробы в общей массе состоят из силикатной основы с вкраплениями тяжелых металлов в различных формах. Образцы имеют два типа текстуры: массивную плотную и пористую пемзовидную (рис.2). Текстура образцов, отобранных с поверхности, более гетерогенна (рис. 2а). По всей плотной силикатной массе рассредоточена часть рудного вещества, представленная в виде самостоятельных кристаллов сульфидов железа, меди, никеля и их сростков (рис. 26). В пемзовидных участках сосредоточена наибольшая часть рудного вещества, генетически связанная с газовыми пузырями.

Динамика изменения рудных микрофаз контрастирует с абсолютно однородной силикатной матрицей, содержащей микрокристаллы пироксена. При исследовании рудных микрофаз выявлено нахождение рудных компонентов в восстановленных формах. Характерная морфология выделений металлов в виде шариков указывает на генетическую связь с газовой фазой. Анализ рудного вещества внутри газовых пузырей показал, что металлы, направляемые в отвал в окисленной форме, взаимодействуя с газовыми включениями, восстанавливаются до сульфидов и даже до шарообразных вкраплений

А1 81 8 т. Ре N1 Си О А1 в! Б Са Ре N1 Си О

Б1 20.86 23.07 14.57 41.50 в! 0.17 1.15 20.15 0.23 33.32 0.94 2.00 42.03

82 0.76 0.45 1.95 0.23 70.51 0.40 0.92 24.80 1.10 6.59 15.47 1.27 27.20 0.56 5.40 41.78

.чЗ 20.29 23.30 13.69 1.56 41.16 эЗ 0.29 1.04 19.48 0.22 26.22 0.49 11.13 41.13

з4 0.17 16.11 32.98 13.57 37.17 б4 4.37 5.59 0.18 0.75 34,65 31.79

а б

Рисунок 2 - Морфология и химический состав выделений фаз проб шлаковых масс.

Структура шлаков:а - пористая пемзовидная; б — плотная массивная. самородных металлов - Си, Сг. Шарообразные выделения цветных металлов выявляют микрогетерогенность. Наиболее яркие центральные области сложены преимущественно самородными металлами, более серые участки и оторочка «шариков» представлена сульфидами этих же металлов. Такие самородно-сульфидные выделения цветных металлов, попадая в зону гипергенеза, служат причиной формирования серной кислоты. Особенно интенсивно процесс восстановления металлов идет в порах, однако отдельные «микрошарики» наблюдаются и в силикатной матрице.

Исследования техногенного массива предприятия «Североникель» показали, что отходы подвергаются вымыванию, с формированием кислых дренажных вод, и трансформации в новые кристаллохимические фазы. В результате этого минеральная система переходит в предельно неравновесное состояние, характеризующееся повышенной химической активностью, что способствует диспергации тяжелых металлов и их миграции с водами.

Объем отвала составляет 39 млн. тонн, и соответственно, в нем заскладированно №-39 тыс. тонн, Си-78 тыс. тонн, Со -19,5 тыс. тонн, Сг - 156 тыс. тонн, Б - 3 млн. тонн. Гипергенные преобразования шлаковых масс при годовом объеме осадков 467 мм вызывает ежегодное поступление в гидросеть № = 59 кг, Си = 240 кг, Со = 45 кг, Сг = 590 кг и снижение рН до 3, а также формирование кислотных техногенных ореолов площадью 58 км2 и потоков загрязнения протяженностью 15-20 км, что обуславливает необходимость оценки риска загрязнения компонентов природной среды.

2. Класс опасности сульфидсодержащих шлаков пирометаллургического передела, определяемый

значениями формируемых породой кислотного потенциала и потенциала нейтрализации, в связи с формированием кислых вод следует повысить до первого

Исследования негативного воздействия техногенных массивов на поверхностные и подземные воды позволило установить, что формирование дренажных вод и миграция загрязняющих компонентов (рис. 3) определяется физико-химическими процессами метаморфизации инфильтрационных вод (растворение отходов, десорбция пород зоны аэрации).

Складирование сульфидсодержащих пород сопряжено с опасностью формирования кислых дренажных вод, вследствие загрязнения поверхностных или подземных вод, фильтрующихся через массив сульфидсодержащих отходов ионами Н+ в процессе окисления сульфидных минералов в окислительной обстановке, по схеме, представленной химическими реакциями 1-5: пирит: ЕеБз + 7/2 02 + Н20 Ре804 + Н2804 (1)

2Ре804 + Н2804 + Б 02 -> Ре2(804)3 + Н20 (2)

БеБа + Ре2(804)3 + 2Н20 + 302 -> ЗРе2(804)3 + Н2804 (3) Си, №, Со: Ме8 + 02 + 2Н20 -> Ме2+ + 4Н+ + БО^" (4)

МеЭ + Ме804 + Н20-> 2Ме804 + Н2804 (5)

Процесс формирования кислоты (скорость и пределы падения рН дренажных вод, вид зависимости концентрации ионов Н* от времени рН = /(¿)) определяется: концентрацией сульфидных минералов в отходах, степенью их кристаллизации, активностью протекания биохимических процессов, содержанием в отходах нейтрализующих кислотность минералов и их типом (карбонатов, глинистых минералов, фельдшпатов).

Для исследования сульфидсодержащих отходов комбината «Североникель» принят метод кислотной индикации, позволяющий с высокой экспрессностью и достоверностью прогнозировать формирование кислых дренажных вод, определять размеры и контрастность лито- и гидрогеохимических ореолов загрязнения.

Экспресс-метод определения риска формирования кислых дренажных вод базируется на определении:

• кислотного потенциала породы (АР) - процентное содержание серной кислоты, формирующейся при выветривании породы;

• потенциала нейтрализации (НР) - содержание пород, нейтрализующих кислотность сульфидсодержащих пород;

• коэффициентов потенциальной опасности кислотного заражения территории и №\[Р' (6, 7):

ШР = ЫР - АР (6)

ШР' = ИР/АР (7)

В случае ШР < 0 и ШР1 < 1 породы являются опасными по формированию кислых дренажных вод. Экспресс-анализ дает хорошо коррелируемые результаты с натурными наблюдениями в случаях формирования породой высокого кислотного потенциала (АР » ЫР), либо высокого потенциала нейтрализации (№ » АР).

В результате оценки вероятности формирования кислых дренажных вод в техногенном шлакоотвале пирометаллургического передела комбината «Североникель» на основе эксперсс-метода выявлена высокая вероятность формирования кислых вод на территории функционирования шлакоотвала, причем вероятность убывает со временем хранения (табл. 1).

Таблица 1 - Результаты расчетов кислотного и щелочного потенциалов

для шлаков комбината «Североникель».

№ Показатель Срок хранения образца шлака, лет

2 5 10 18 33

1 У0 11 10 8 5 3

2 Кислотный потенциал АР, т/(103 т СаСОз) 34,4 31,2 25 15,6 9,4

3 Потенциал нейтрализации ИР, т/(103т СаСОз) 0,5 0,3 0,1 0 0

4 ШР = ИР - АР -33,9 30,9 -24,9 -15,6 -9,4

5 НИР' = ЫР/АР 0,015 0,0096 0,004 0 0

Снижение кислотного потенциала шлаков при длительном хранении происходит за счет вымывания сульфидных металлов в окружающую среду, то есть уже свершившегося факта формирования кислых вод. Высокий кислотный потенциал характерен для образцов отвальных шлаков комбината «Североникель», находящихся в отвале 10-15 лет.

Коэффициент риска негативного воздействия техногенных массивов на природные воды определяется вероятностью образования

района - 4 (), в зависимости от степени уязвимости рецептора С ] ,

которая определяется защищенностью природных вод, расстоянием от техногенного массива, физико-географическими особенностями территории:

(8)

Анализ вымываемости серы из твердых отходов за 35 лет функционирования шлакоотвала (рис. 4) позволил сделать следующие выводы:

1. вероятность образования кислых вод возрастает со временем функционирования отвала, за счет окисления серы в зоне гипергенеза;

2. через 15 лет с начала функционирования отвала вероятность образования кислых вод достигает максимума, но далее практически остается на одном уровне, за счет повышения трещиноватости вновь

Срок хранения (годы, Т)

Рисунок 4 -Диаграмма вероятности образования кислых вод Создаваемый уровень техногенной нагрузки отходов пирометаллургического передела, в связи с изменением основных характеристик при хранении более 10-12 лет, позволяет отнести шлакоотвал к первому классу опасности для окружающей природной среды в соответствии со статьей 14 Федерального закона от 24 июня 1998 г. N 89-ФЗ «Об отходах производства и потребления» с изменениями на 9 мая 2005 года.

3. Эффективность защиты окружающей среды от воздействия сульфидсодержащих шлаков пирометаллургического передела достигается с помощью полузаглубленного фильтрационного вертикального барьера из карбонатной породы и щебня, а также предварительной нейтрализацией серы при переливе шлаков в шлакоотвал карбонатным материалом, удельный расход которого прямопропорционален содержанию серы.

На участке складирования шлакоотвала при сравнительно малых объемах инфильтрационных вод из-за глобальной эмиссии загрязнителей, наносится значительный ущерб поверхностным водам, являющимся в районе единственным источником питьевого водоснабжения.

В результате комплекса лабораторных исследований установлено, что воды после инфильтрации через тело отвала насыщены загрязняющими веществами с концентрацией N1-2 мг/л, Си - 8 мг/л, Со - 1,5мг/л, Сг - 20 мг/л и с показателем рН=3.

При низких значениях показателя рН и высокой концентрации серы в материале массива металлы при вымывании находятся в легкорастворимой сульфатной форме (9) и способны интенсивно мигрировать:

МеЗ + 02+2Н20-^ Ме2+ + 4#+ + 5042", (9)

Повышение рН среды в зоне воздействия шлакоотвала достигается путем создания полузаглубленного фильтрационного вертикального барьера из карбонатных пород и щебня, что сократит негативное воздействие отвала на воды озера Нюд.

На основе проведенных исследований установлено, что в качестве карбонатной породы целесообразно применять негашеную кальциевую известь, состоящую главным образом из оксидов кальция, которая реагирует с водой с выделением большого количества тепла, чем повышает скорость протекающих реакций.

Для улучшения процесса фильтрации загрязненных ливневых вод предлагается формировать геохимический барьер из смеси карбонатных пород с щебнем, в связи с чем рациональнее использовать щебень мергеля, содержащий около 40% СаСОэ.

Установлено, что взаимодействие известняка с кислыми дренажными водами приводит к повышению рН до 9 - 12, а также образованию и осаждению гидроксидов металлов (10, 11):

#+ + SO¡~ + СаСОг -» CaS04 ¿ хНгО + СОг t (10)

« осаждение гидроксидов при рН > 6:

Ме2+Ог + 2НгО 2Ме(ОН)2 4- (11)

Осаждение новообразующейся минеральной фазы обуславливает значительное снижение концентрации металлов в воде и их захоронение в геохимическом барьере.

Оптимальный режим очистки дренажных вод до содержания Ni = 0,04 мг/л, Си = 0,16 мг/л кг, Со = 0,03 мг/л, Сг = 0,4 мг/л в год и достижения рН = 9 достигается при следующих технических параметрах геохимического барьера (рис. 5):

• крупность грубодисперсных карбонатных частиц - 0,2 - 0,4 мм; « скорость потока при фильтрации - 0,15 м/с;

• расстояние от подножья отвала - 2,5 м;

• возвышение над поверхностью почвы - 0,3 м, заглубление - 1,2 м;

Предварительное снижение вероятности техногенного воздействия вновь образующихся шлаков достигается совершенствованием технологии транспортирования и формирования шлаковых масс, путем нейтрализации серы карбонатным материалом по схеме, представленной на рис. 6.

Основными процессами в представленной схеме являются:

1) внесение в шлаковую массу карбонатного материала, удельный расход которого прямо пропорционален содержанию серы;

2) перемешивание расплавленного шлака в вагонетках перед транспортировкой на шлакоотвал.

Удельный расход карбонатного материала определяется по формуле:

M~Ks-ACs-F-CCaCOj (12)

где М - расход карбонатного материала; Ks - коэффициент массопередачи; АС$ - изменение концентрации серы в шлаках до величины, позволяющей предотвратить негативное воздействие (С^=0,5 %); i7 - площадь поверхности контакта; ССаС0^ - содержание

СаСОз в карбонатном материале.

Эколого-экономический ущерб воздействия техногенных массивов на природную среду (Y) предлагается определять как сумму ущербов от воздействия (Yy) на i компонентов природной

12 10 8 6 4

2Н

04 8 1216 20 24 2832 36 40

срок хранения отходов Рисунок 1 - Динамика вымываемости полютантов из шлаковых масс

Э, дгЛ

Си, тдг/1

4 8 12 чя™" в1/Со, тдгЛ

16 20 оо „„ 1

32 36 40

срок хранения отходов

аэрации, ВОЗ - водовмещающи^породы

верхноеп^ые воды

- отходы

породы зоны

атмосферные воды, Ул - дренажные воды,

воды поверхностного стока. Рисунок 3 - Схема негативного воздействия техногенного массива на природные воды т, кг/год 70

0,4 0,6 0,8 1 1,2

крупность карбонатных частиц, мм

Рисунок 5 - Зависимость массы полютантов в дренажных водах от крупности

карбонатных частиц

Рисунок 6— Технологическая схема предварительной нейтрализации шлаковых масс среды (рецептеров, принимающих воздействие) с учетом возникновения] последствий воздействия (11):

п т

по

ы\ м

Результатом проявления технической или экологической опасности шлакоотвала выступает эколого-экономический ущерб, наносимый приповерхностным отложениям, поверхностным и подземным водам, населению и биотическим компонентам (растениям, животным, микроорганизмам).

Проведенные расчеты показали, что предотвращенный ущерб, вследствие сокращения негативной нагрузки на компоненты окружающей среды в зоне воздействия шлакоотвала, составит более 23 млн. руб. Эколого-экономический эффект от создания полузаглубленного фильтрационного вертикального барьера из карбонатной породы и щебня, а также предварительной нейтрализацией серы при переливе шлаков в шлакоотвал карбонатным материалом составит более 21 млн. руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Диссертационная работа представляет собой законченную научно-исследовательскую квалификационную работу, в которой решена актуальная научная и практическая задача разработки эффективных методов защиты окружающей среды от воздействия сульфидсодержащих шлаков пирометаллургического передела комбината «Североникель».

На основе исследования процессов трансформации отходов, гипергенных преобразований шлаковых масс установлены закономерности формирования кислых дренажных вод и загрязнения природных вод тяжелыми цветными металлами в районе воздействия шлакоотвала пирометаллургического передела, а также выявлены оптимальные параметры фильтрационного геохимического барьера и зависимость расхода карбонатных пород для предварительной нейтрализации шлаковых масс. Основные научные и практические выводы:

1. В результате анализа ландшафтно-геохимической обстановки, сложившейся под воздействием техногенной нагрузки шлакоотвала выявлены кислотные техногенные ореолы и потоки загрязнения (протяженность потоков 15-20 км, площадь ореола - 58 км2)

2. Трансформация заскладированных шлаковых масс в результате гипергенных процессов ведет к вымыванию полютантов из отходов, с формированием кислых дренажных вод, обогащенных тяжелыми цветными металлами, и преобразованию в новые кристаллохимические фазы.

3. Экологическая опасность отходов обусловлена высокой вероятностью формирования кислых дренажных вод и выражается значениями формируемых шлаковой массой кислотного потенциала и потенциала нейтрализации.

4. Защита окружающей среды от воздействия сульфидсодержащих шлаков пирометаллургического передела достигается с помощью полузаглубленного фильтрационного вертикального барьера из щебня мергеля (содержание СаС03 40%).

5. Снижение техногенного воздействия вновь образующихся шлаков достигается предварительной нейтрализацией серы при переливе шлаков в шлакоотвал карбонатным материалом, удельный расход которого прямопропорционален содержанию серы.

6. Эколого-экономический эффект от внедрения предложенных средозащитных мероприятий составит более 4 млн. руб.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Плющ Л.В. Воздействие хранилищ отходов на природную среду в горнопромышленных регионах /Плющ Л.В., Паршина М.В.// Сборник тезисов Политехнического симпозиума «Молодые ученые - промышленности Северо-западного региона»». Санкт-Петербург, 2002 г., изд. Политехи, ун-та - с. 49-50.

2. Паршина М.В. Оценка экологической опасности формирования кислых вод в горно-промышленных регионах /Паршина М.В.// Материалы всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов «Геологи XXI века». Саратов, изд. СО ЕАГО, 2002 г. - с. 339-341.

3. Паршина М.В. Оценка риска возникновения и последствий воздействия кислых вод на природу Кольского полуострова /Паршина М.В.// Материалы V международной научно-практической конференции «Экология и жизнь». Пенза, изд. Приволжский Дом знаний, 2002 г. - с. 148-150.

4. Пашкевич М.А. Управление безопасностью складирования отходов горного производства /Пашкевич М.А., ГостищеваЕ.В., Паршина М.В./ Сборник научных докладов VII международной конференции "Экология и развитие Северо-Запада России». Санкт-Петербург-Ладога-Онега, 2002 г. - с. 22-25.

5. Пашкевич М.А.Оценка опасности формирования кислых вод в районах воздействия предприятий горно-металлургического профиля /Пашкевич М.А., Паршина М.В.// Сб. «Полезные ископаемые России и их освоение», «Записки горного института», том 152. Санкт-Петербург, изд. СПГГИ(ТУ), 2002 г. - с. 82.

6. Паршина М.В. Оценка экологических последствий ацидификации вод в зоне воздействия ОАО «Североникель» /Паршина М.В.// Материалы третей межвузовской молодёжной научной конференции «Школа экологической геологии и рационального недропользования». Санкт-Петербург, 2002 г. - с. 296-298.

7. Паршина М.В. Оценка опасности воздействия хранилищ отходов предприятий горно-металлургического профиля на природную среду /Паршина М.В.// Седьмая Санкт-Петербургская ассамблея молодых ученых и специалистов. Санкт-Петербург, изд. С.-Петерб. ун-та, 2002 г. - с. 74.

8. Паршина М.В. Оценка экологической опасности формирования кислых вод в горно-промышленных регионах /Паршина М.В.// Материалы VII международной экологической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «РИО+Ю: Экологическая безопасность как ключевой фактор устойчивого развития», Москва, 2002 г. - с. 102-103.

9. Паршина М.В. Оценка экологической опасности формирования кислых вод в районе воздействия комбината Североникель /Паршина М.В.// «Проблемы геологии и освоения недр» Труды VII Международного симпозиума им. академика М.А. Усова. Томск, изд. Томского политехи, ун-та, 2003 г. - с. 660-662.

10. Паршина М.В. Оценка риска формирования кислых вод и последствий их воздействия на твердые опасные отхода комбината ОАО «Североникель» /Паршина М.В.// Восьмая Санкт-Петербургская ассамблея молодых ученых и специалистов. Санкт-Петербург, изд. С.-Петерб. ун-та, 2003 г. - с.64.

11. Пашкевич М.А. Оценка негативного воздействия основных шлакоотвалов Кольской ГМК /Пашкевич М.А., Паршина М.В./ Горный информационно-аналитический бюллетень, № 9. Москва, изд. МГГУ, 2004 г. - с. 202-206.

12. Пашкевич М.А. Оценка негативного воздействия отходов металлургического процесса /Пашкевич М.А., Паршина М.В./ Материалы 2-ой Международной геоэкологической конференции «Геоэкологические проблеммы загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами». Тула, изд. ТулГУ, 2004 г. - с. 42-47.

13. Паршина М.В. Методы снижения ацидификации подземных и поверхностных вод, /Паршина М.В.// Записки горного института, том 159(1). Санкт-Петербург, изд. СПГГИ(ТУ), 2004 г. - с. 60-63.

14. Паршина М.В. Снижение ацидификации подземных и поверхностных вод в районах складирования сульфидсодержащих отходов /Паршина М.В.// Материалы научной школы молодых ученых «Комплексность использования минерально-сырьевых ресурсов - основа повышения экологической безопасности региона». Апатиты, изд. ИППЭС КНЦ РАН, 2004 г. - с. 16-21.

15. Пашкевич М.А. Estimation of negative influence of smelting process waste /Пашкевич M.A., Паршина M.B. Гайдамако И.М., Таланкина O.JI/ В сб. «Development in production and use of new agrochemicals». Prague-Brussels, ed. Czech-Pol Trade, 2005 - p. 715-720.

16. Пашкевич M.A. Оценка негативного воздействия кислых вод на компоненты природной среды в зоне воздействия ОАО «Североникель» /Пашкевич М,А., Паршина М.В./ Записки горного института, том 165. Санкт-Петербург, изд. СПГГИ (ТУ), 2005 г. - с. 135 - 137.

17. Паршина М.В, Эколого-геохимические особенности трансформации шлаковых отвалов в зоне ацидификации /Паршина М.В.// Записки горного института, том 167. Санкт-Петербург, изд. СПГГИ(ТУ), 2006 г. - с. 90 - 93.

18. Пашкевич М.А. Эколого-геохимические особенности трансформации техногенных массивов ОАО "Североникель" /Пашкевич М.А., Паршина М.В. /Горный информационно-аналитический бюллетень, № 4. Москва, изд. МГГУ, 2006 г. - с. 296-302.

РИЦ СПГГИ. 04.05.2006. 3.174. Т. 100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2

//m

11 П

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Паршина, Мария Викторовна

Введение

ГЛАВА 1 Современное состояние проблемы в системе обращения с отходами в горнопромышленной отрасли

1.1 Экологические аспекты в системе обращения с отходами

1.2 Характеристика предприятия как источника нарушений и загрязнений природной среды.

1.3 Мониторинг состояния природной среды в зоне действия предприятия

1.3.1 Воздействие комбината «Североникель» на воздушный бассейн

1.3.2. Воздействие комбината на приповерхностные отложения и растительный покров

1.3.3. Воздействие комбината на подземные и поверхностные

ГЛАВА 2 Исследование воздействия техногенного массива пирометаллургического передела на компоненты природной среды

2.1 Анализ ландшафтно-геохимической обстановки сложившейся под воздействием техногенной нагрузки шлакоотвала

2.1.1. Особенности воздействия техногенных массивов на природную среду

2.1.2 Воздействие шлакоотвала на приповерхностные слои литосферы

2.1.3 Степень деградации почв в зоне воздействия техногенного массива

2.2 Анализ трансформации заскладированных шлаковых масс

2.2.1 Образование отходов складируемых на шлакоотвале

2.2.2 Оценка вероятности перехода полютантов из шлаков в окружающую среду

2.3 Оценка вероятности формирования кислых дренажных вод

2.4 Воздействие техногенных массивов на поверхностные воды

ГЛАВА 3 Экологическая опасность воздействия шлакоотвала на природную среду

3.1 Эколого-экономический риск воздействия техногенного массива на приповерхностные отложения и растительный покров

3.2 Эколого-экономический риск воздействия техногенного массива на поверхностные и подземные воды

3.3 Эколого-экономический риск угрозы здоровью населения

ГЛАВА 4 Оценка эффективности рациональной технологии складирования отходов предприятия «Североникель»

4.1 Методы повышения рН загрязненных вод поверхностного и подземного стока

4.2 Разработка параметров защитного карбонатного геохимического барьера

4.3 Разработка системы нейтрализации отходов при формировании и транспортировании

4.4 Прогноз изменения природной среды после внедрения предложенных технических решений

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Защита природной среды на основе рациональной технологии складирования отходов Кольской ГМК"

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ.

В районах расположения предприятий по добыче и переработке минерального сырья одним из основных источников нарушения и загрязнения различных компонентов природной среды являются хранилища отходов, что вызывает необходимость изучения их негативного воздействия. Особую значимость решение этой задачи приобрело для территорий интенсивного техногенеза с локальной концентрацией производств горнорудной и перерабатывающих отраслей промышленности. Отходы таких предприятий, различающиеся по своему составу и свойствам, большей частью не находят сбыта. Их запасы в техногенных массивах ежегодно увеличиваются.

В мире из недр земли ежегодно извлекается около 100 млрд. т полезных ископаемых [34, 85], в том числе 3,5+4,0 млрд. т нефти, 2,0+4,0 млрд. т угля, 20 млрд. т рудных полезных ископаемых [103]. В результате добычи и переработки рудных полезных ископаемых в верхних горизонтах ежегодно накапливается около 17,4 млрд. т твердых отходов (87%).

Отходы горно-металлургических предприятий характеризуются значительным содержанием тяжелых металлов. Однако доминирующим методом их обращения с ними до настоящего времени является наземное размещение с использованием площадок складирования и золошламонакопителей. Складирование отходов в России ведет к возникновению на территориях площадью более 4 млн. га неблагоприятных экологических ситуаций, проявляющихся в ухудшении санитарно-гигиенической обстановки, нарушении и видоизменении естественных ландшафтов, а также утрате природных ресурсов.

Емкости накопителей ограничены, а их увеличение сопряжено с изъятием из окружающей природной среды земельных ресурсов и вложением значительных финансовых затрат. В условиях продолжающегося интенсивного развития хранилищ отходов, территории отведенные для их размещения уже сопоставимы с территориями, занимаемыми производственными площадями. Устранение этих недостатков или сведение их к минимуму является одной из основных природоохранных задач.

К наиболее неблагополучным в этом отношении регионам России относится Мурманская область - один из центров размещения горнодобывающей и горно-перерабатывающей отраслей промышленности. Кольский Полуостров обладает богатыми и уникальными месторождениями полезных ископаемых, эксплуатация которых в последнее время возрастает. Более чем полувековая разработка этих месторождений на Кольском Севере (медно-никелевых, железистых, апатит-нефелиновых, редкоземельных руд) привела к созданию здесь сложной экологической обстановки [66].

Северные экосистемы легко разрушаются при антропогенном воздействии имеют низкий потенциал самоочищения и самовосстановления в силу экстремальных природно-климатических условий а также малого биоразнообразия [51]. В этом регионе антропогенная нагрузка на природные ландшафты ряда районов исключительно велика.

Проблемы формирования хранилищ отходов нашли отражение в трудах ученых и специалистов различных стран (Гальперин A.M., Демин A.M., Моторина Л.В., ТомаковП.И., ФерстерВ., Шеф Х.Ю.). Большое внимание уделялось вопросам водной миграции загрязняющих компонентов с территории хранилищ отходов (Мироненко В.А., Плотников Н.И., Гавич И.Н.), формированию и воздействия кислых дренажных вод (Летел А., Моисеенко Т.Н., Калабин Г.В.). Делались попытки оценить риск воздействия техногенных массивов на приповерхностные отложения (Фишер В., Измалков В.И.). Тем не менее, несмотря на высокую экологическую опасность техногенных массивов комплексной количественной оценки их воздействия на компоненты природной среды и способов защиты не проводилось.

В связи со сложившейся угрожающей ситуацией в этом регионе возникает необходимость разработки новых методов оценки риска негативного воздействия горных предприятий на различные компоненты природной среды, в первую очередь риска возникновения кислотных дождей, кислых поверхностных и подземных вод и последствий их воздействия на компоненты природной среды, а также методов ликвидации очагов формирования кислых атмосферных и дренажных вод, вызывающих деградацию почвенно-растительного покрова и повышение интенсивности миграции тяжелых металлов.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ - Снижение техногенной нагрузки на почвенно-растительный покров и природные воды в зонах ацидификации предприятия «Североникель». ИДЕЯ РАБОТЫ - снижение негативного воздействия отходов пирометаллургического передела должно обеспечиваться созданием карбонатного геохимического барьера и совершенствованием технологии формирования и транспортирования шлаковых масс,. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ: анализ ландшафтно-геохимической обстановки, сложившейся под воздействием техногенной нагрузки сульфидсодержащих отходов; ^ исследования трансформации сульфидсодержащих шлаковых масс пирометаллургического передела в зоне гипергенеза за 35-литений период эксплуатации отвала; оценка экологической опасности и техногенного ущерба, наносимого природным экосистемам; ^ определение параметров геохимического барьера, направленного на повышение рН загрязненных вод поверхностного и подземного стока; совершенствованием технологии предприятия на стадии формирования и транспортирования шлаковых масс; ^ определение эколого-экономический эффект от внедрения предложенных средозащитных мероприятий. НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ: • установлены закономерности трансформации техногенных массивов вследствие гипергенных преобразований шлаковых масс в зависимости от срока хранения отходов, глубины гипергенных преобразований, технологии образования отходов и количества примесных элементов в шлаках;

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ:

1. Начальный состав шлаковых масс, характеризующийся наличием оксидов тяжелых металлов, изменяется под влиянием физической эрозии в зоне гипергенеза с преобразованием в миграционно-способные сульфидные формы, количественно определяемые сроком хранения с максимумом на уровне 15-17 лет.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

В качестве основных методов исследований использовались:

• рентгеноспектральный, рентгенофазовый, атомно-абсорбционный, спектрофотометрический и флуориметрический анализы минералогического и химического составов складируемых в отвалах сульфидсодержащих отходов и формируемого карбонатного геохимического барьера;

• системно-структурный анализ строения шлакоотвала, ореолов и потоков загрязнения в районе захоронения отходов пирометаллургического передела;

• аналитические, ландшафтно-геохимические, биоиндикационные, экспериментальные работы в полевых и лабораторных условиях, методы интерпретации этих экспериментов для оценки и прогноза качества компонентов природной среды;

• методы математической статистики, аналогового и численного моделирования для оценки экологической и экономической эффективности реализации разработанных технических решений.

ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ, ВЫВОДОВ И РЕКОМЕНДАЦИЙ обусловлены использованием большого объема исходных материалов, современных методов анализа, сходимостью экспериментальных данных с теоретическими исследованиями и исследованиями других авторов, экспериментальной проверкой основных рекомендаций. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ:

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Основные положения работы, разработанные в процессе её выполнения, докладывались и обсуждались на Международных, Российских и иного уровня научных, научно-технических конференциях, совещаниях, симпозиумах, в том числе: на на Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов «Геологи XXI века» (Саратов, 2002 г.), на Международных научно-практической конференции «Экология и жизнь» (Пенза, 2002 г., 2003 г.), на Международных конференциях «Полезные ископаемые России и их освоение» (Санкт-Петербург, 2002 г., 2004 г., 2005 г.), на III Межвузовской молодёжной научной конференции «Школа экологической геологии и рационального недропользования» (Санкт-Петербург, 2002 г.), на VII Международной экологической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «РИО+Ю: Экологическая безопасность как ключевой фактор устойчивого развития» (Москва, 2002 г.), на VII Международном симпозиуме им. академика М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (Томск, 2003 г.), на научных конференциях МГГУ «Неделя горняка» (г.Москва, 2004 г., 2005 г.), на Международной геоэкологической конференции «Геоэкологические проблеммы загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами» (Тула, 2004), на Научной школе молодых ученых «Комплексность использования минерально-сырьевых ресурсов - основа повышения экологической безопасности региона» (Апатиты, 2004 г.).

ПУБЛИКАЦИИ: По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка. Содержит 216 страниц машинописного текста, 64 рисунков, 43 таблиц и список литературы из 120 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Паршина, Мария Викторовна

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 4

1. Техногенная безопасность хранилищ отходов, обеспечивается путем осуществления определенного комплекса конструктивных и организационно-технических мероприятий.

2. Щебень мергеля показал значительные сорбционные способности ионов металлов (коэффициент распределения (3 = 0,0012-0,049).

3. По сравнению с ионами никеля и меди, ионы кобальта обладают более низкими способностями адсорбироваться, что подтверждается также натурными исследованиями.

4. Шлаки пирометаллургического передела при хранении в отвале более 10 лет относятся к III классу выветреллости, с коэффициентом выветрелости 0,8. В результате лабораторных исследование определены значения коэффициента фильтрации Кф=18м/сутки и удельного водопоглащения со = 9 л/мин шлаковых масс, согласно которым шлаки относятся к водопроницаемым, трещиноватым породам.

5. Для предотвращения миграции потоков загрязненных дренажных вод с отвала в направлении озера Нюд предлагаемый барьер необходимо формировать дугоорбазной формы, на расстоянии 2,5 м от основания шлакоотвала, протяженностью 1640 м, заглубленностью 1,2 м, с оптимальной крупностью карбонатных частиц менее 0,2 мм.

6. С учетом годового расхода нейтрализующего материала геохимический барьер, при сохранении уровня нагрузки шлакоотвала, обеспечит защиту природных вод и почвенно-растительного покрова на 279 лет.

7. Для минимизации техногенной нагрузки с помощью совершенствовоания технологии, основано на повышении потенциала нейтрализации шлаков более 35 т/(103 т СаС03).

8. Средний расход карбонатных пород для нейтрализации серы потребуется 1971,2 кг на одну вагонетку.

9. При внедрении предложенных природоохранных мероприятий негативное воздействие шлакоотвала на компоненты природной среды можно считать полностью предотвращенным, в следствие чего предотвращенный ущерб от загрязнения компонентов окружающей среды в зоне воздействия составит 22 834 796 руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационная работа представляет собой законченную научно-исследовательскую квалификационную работу, в которой решена актуальная научная и практическая задача разработки эффективных методов защиты окружающей среды от воздействия сульфидсодержащих шлаков пирометаллургического передела комбината «Североникель».

Основные научные и практические выводы:

1. В результате анализа ландшафтно-геохимической обстановки, сложившейся под воздействием техногенной нагрузки шлакоотвала выявлены кислотные техногенные ореолы и потоки загрязнения л протяженность потоков 15-20 км, площадь ореола - 58 км )

Снижение техногенного воздействия вновь образующихся шлаков достигается предварительной нейтрализацией серы при переливе шлаков в шлакоотвал карбонатным материалом, удельный расход которого прямопропорционален содержанию серы. Эколого-экономический эффект от внедрения предложенных средозащитных мероприятий составит более 4 млн.руб.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Паршина, Мария Викторовна, Санкт-Петербург

1. Абатуров A.B., Гольцова Н.И. Проблемы использования сосны обыкновенной как индикатора загрязнения окружающей среды.// Сборник I Всесоюзной конференции «Растения и промышленная среда», Днепропетровск, 1990, -65 с.

2. Алексеенко В.А. Экологическая геохимия: Учебник. М.: Логос, 2000. - с. 297-334.

3. Анисимова Н.П., Головинова Т.В. Сезонные изменения химического состава атмосферных осадков в центральной Якутии: Взаимосвязь поверхностных и подземных вод мерзлой зоны. Якутск, 1980, С. 54 62.

4. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М, 1970, 487 с.

5. Беккер A.A., Агаев Т.Б. Охрана и контроль загрязнения природной среды. Л., Гидрометеоиздат, 1989.

6. Беликова Т.В., Василенко В.Н., Назаров И.М. и др., Характеристика фонового загрязнения сульфатами снежного покрова на территории СССР // Метеорология и гидрология, 1984, № 9. С. 47 55.

7. Бересневич П.В., Кузьменко П.К., Неженцева Н.Г. Охрана окружающей среды при эксплуатации хвостохранилищ. М., Недра, 1993.

8. Беус A.A., Грабовская Н.В. и др. Геохимия окружающей среды. М., Недра, 1976.

9. Блинов С.М. Геохимические барьеры и защита окружающей среды / Изд. Пермский университет, Пермь, 2000. с. 14-17.

10. Бройде З.С. Стандартизация обращения с отходами // Экология и промышленность России. 1999. - 4. - С. 39-43.

11. Бурдаков Н.И., Кульба В.В., Назаретов В.М. Концепция стратегического управления техногенным и природным риском в регионе./ Реф. сборник "Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях", М., ВИНИТИ, 1992, вып. 2.

12. Важенин И.Г. Почва как активная система самоочищения от токсичного воздействия тяжелых металлов ингредиентов техногенных выбросов // Химия в сел. хоз-ве. 1982. №3. С.3-5.

13. Василенко В.Н., Назаров И.М. и др. Мониторинг загрязнения снежного покрова. М., Гидрометеоиздат, 1985.

14. Винберг Г.Г. Первичная продукция водоемов. Минск, 1960. 329 с.

15. Воробьев Ю.Л. Основные направления государственной стратегии снижения рисков и смягчения последствий ЧС в РФ на период до 2010 года. М, МЧС, РАН, 1997.

16. Воробьев Ю.Л. Основные направления государственной стратегии снижения рисков и смягчения последствий ЧС в РФ на период до 2010 года. М., МЧС, РАН, 1997.

17. Гаврусевич Б.А. «Основы общей геохимии». Издательство «Недра», Москва 1968.

18. Гальперин A.M., Ферстер В., Шеф Х.Ю. Техногенные массивы и охрана окружающей среды. М., МГГУ, 1995.

19. Гедройц К.К., Качинский H.A., Механический и микроагрегатный состав почвы, методы его изучения, М., 1958.

20. Гидрологические работы по определению водного и гидрохимического баланса оз. Нюд / Технический отчет по инженерным изысканиям, АО «Институт ГИПРОНИКЕЛЬ», СПб, 1997.

21. Гичев Ю.П. Экологическая обусловленность основных заболеваний и сокращения продолжительности жизни., Новосибирск, 2000, 89 с.

22. Глазовский Н.Ф., Злобина А.И., Учватов В.П. Химический состав снежного покрова некоторых районов Верхнеобского бассейна // Региональный экологический мониторинг. М., «Наука», 1983. С. 67 - 83.

23. Глазьев С.А. Ключевые аспекты экологической безопасности.// Экономика и жизнь, 1996, № 33.

24. Голодковская Г.А., Елисеев Ю.Б. Геологическая среда промышленных регионов. М., Недра, 1989.

25. Голыдова H.H. Организация мониторинга лесов Ленинградской области в рамках Общеевропейской Совместной Программы Мониторинга воздействия воздушных загрязнений на леса ЕЭК ООН ICP-Forests./ Отчет НИР для ЛЕНКОМПРИРОДЫ, 1991.

26. Горлова O.E. Техногенные месторождения полезных ископаемых: Учеб. Пособие. Магнитогорск: МГТУ им. Г.И. Носова, 2001.

27. Гост 25584-90 ГРУНТЫ. Методы лабораторного определения коэффициента фильтрации.

28. Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 2001 г.» // Зеленый мир, 2002, № 19. 27 с.

29. Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды Санкт-Петербурга и Ленинградской области в 2001 году, СПб, ИПЦ СПбГУВК, 2002, 309 с.

30. Грудев А.П. Взаимодействия в экосистемах: фактор эффективной устойчивости минералов / Геологические исследования и охрана недр, №2, с. 3-8, М., 1995

31. Гуменик И.Л., Матвеев A.C., Панасенко А.И. Классификация техногенных формирований при открытых горных работах.// Горный журнал, 1988, № 12.

32. Гутельмахер Б.Л, Метаболизм планктона, как единого целого: трофометаблические взаимодействия зоо- и фитопланктона. Л.: Наука, 1986, С. 115-118.

33. Гуревич Б.И. Медно-никелевые гранулированные шлаки / Проблемы комплексного использования руд: Тезисы докладов 2-го Международного симпозиума, 20-24 мая 1996 г., Санкт-Петербург, С.96-97,

34. Довгуша В.В. Природа под антропогенным прессом экологическая деградация / В.В. Довгуша, М.Н. Тихонов// Экология промышленного производства. - 1994 - №4. - С.7-17

35. Евдокимова Г.А., Кислых Е.Е., МозговаН.П. Биологическая активность почв в условиях аэротехногенного загрязнения на Крайнем Севере. Л., 1984. 121 с.

36. Зими Д.А., Гайчеров М.С., Суханов М.А. Утилизация многотоннажных неорганических отходов // Экология и промышленность России, 1999, №5. С. 42-44.

37. Измалков В.И., Измалков A.B. Техногенная и экологическая безопасность и управление риском. СПб, НИЦЕБ РАН, 1998.

38. Израэль Ю.А. Проблемы всестороннего анализа окружающей среды и принципы комплексного мониторинга. JL, Гидрометеоиздат, 1988.

39. Калабин Г.В. Экодинамика техногенных провинций Севера. Апатиты: КНЦ РАН, 2000. 292 с.

40. Келлер A.A., Кувакин В.И. Медицинская экология. СПб.: «Петроградский и Ко», 1998.

41. Кислотные дожди / Израэль Ю.А., Назаров И.М., Прессмон А.Я. и др./ Гидрометеоиздат, 1983. 206 с.

42. Ковальский Г.А., Эмиссионные явления при взаимодействии ионов и атомов с поверхностью твердого тела. 1993.

43. Ковда В.А., Керженцев A.C. Экологический мониторинг: концепция, принципы организации. Региональный экологический мониторинг. М. Наука, 1983.

44. Кондратьев К.Я., Фролов А.К., Донченко В.К. и др. Экодинамика и экологический мониторинг. СПб, Наука, 1996.

45. Контроль химических и биологических параметров окружающей среды. Под ред. Исаева JI.K., СПб, изд-во Эколого-аналитического информационного центра "Союз", 1988.

46. Концепция экологической безопасности. Утверждена Министром охраны окружающей среды и природных ресурсов 24.04.95. М., 1995.

47. Коровкин И.А., Леонтьев Л.И., Юсфин Ю.С. и др. Документирование при обращении с отходами // Экология и промышленность России, 1999, №8. С. 29-31.

48. Критерии отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды (утв. приказом МПР РФ от 15 июня 2001 г. N 511), в соответствии со статьей 14 Федерального закона от 24 июня 1998 г. N 89

49. ФЗ «Об отходах производства и потребления». (Собрание законодательства Российской Федерации, 1998, № 26, ст. 3009).

50. Крючков В.В., Моисеенко Т.И. Оценка современного состояния экосистем озера Имандра. Основные проблемы. Апатиты: фонды КНЦ РАН, 1987 г.

51. Кузнецов А. И. Полегание сеянцев хвойных пород в условиях Мурманской области и меры борьбы с ним Микробиол. и фитопатол. исслед. на Кольск. Севере. Апатиты. 1984, с. 87-91.

52. Лебедева Е.В., Семенцова С.В, Характеристика микроскопических грибов, выделенных из почв Литовской ССР, загрязненных промышленными выбросами // Вестн. ЛГУ, 1985. №3. С. 40-44

53. Лиепа И.Я. Прогнозирование древесных запасов. Л., М.: Знание, 1980, -340 с.

54. Литвинов В.Ф., Шайдоров A.A. Техногенные системы и экологический риск. Новгород, изд.: НГУ, 1999.

55. Лобанов Н.Я. Определение экономической эффективности использования природных ресурсов на горных предприятиях./ В кн. Рациональное использование недр и охрана окружающей среды, Л., ЛГИ, 1988.

56. Ловелиус Н.В., Лайранд Н.И., Яценко-Хмелевский A.A. Анализ естественной изменчивости радиального прироста ели европейской в подзоне южной тайги.// Экология и защита леса, Л., 1990, 35-39 с.

57. Лукашов A.A. Экологические проблемы добычи и переработки сульфидных руд на Российском Севере. Горный жур. №2, 1997г.

58. Майстренко В.Н., Хамитов Р.З., Будников Г.К. Эколого-аналитический мониторинг супертоксикантов/М.: Химия, 1996. 19с.

59. Малыхин, В.М. Методология определения воздействия экотоксикантов на здоровье населения // Экология промышленного производства, 1994, № 3. С. 38-40.

60. Мангушев H.A., Сотников С.Н., Челнокова В.А. Методика инженерно-геологического картирования для оценки площадок строительства по критерию осадки. Инженерная геология, 1989.

61. Методические рекомендации по строительству ограждающих и противофильтрационных сооружений хвостохранилищ ГХК Западной Украины с использованием мергелистых глин и отходов обогащения / НИИСП Госстроя УССР. Киев, 1988.

62. Министерство охраны окружающей среды и природных ресурсов РФ, 27 декабря 1993 г., № 04-25/61-5678. Порядок определения размеров ущерба от загрязнения земель химическими веществами. С изменениями на 12.06.2003 г.

63. Мишук Э., Мюллер П. Методы принятия технических решений. М., Мир, 1990.

64. Моисеенко Т.И., Даувальтер В.А. и др. Антропогенные модификации экосистемы озера Имандра / М.: Наука, 2002. С. 3-68.

65. Моисеенко Т.И., Даувальтер В.А., Радюшкин И.В. Механизмы круговорота природных техногенно-привнесенных металлов в поверхностных водах арктического бассейна // Водн. Ресурсы, 1998. Т. 25, № 2.С. 231-243

66. Моисеенко Т.И., Радюшкин И.В., Даувальтер В.А., Кудрявцева Л.П. Геохимическая миграция элементов в субарктическом водоеме (на примере озера Имандра). Апатиты, 1996. 264 с.

67. Мочалова А.Д. Спектрофотометрический метод определения серы в растениях // Сел. хоз. за рубежом. 1975. №4. с. 17-18.

68. Назаров И.М., Ренне О.С., Фридман Ш.Д. и др. Снежный покров как индикатор загрязнения атмосферы // Труды ИФМ АН Литовской ССР, Вильнюс, 1976, вып. 3. С. 7- 12.

69. О плате за землю, Редакция на 01.01.2003, Закон Верховного Совета РСФСР 11 октября 1991 г. № 1738-1 (ГДФС)

70. Оценка риска, вызываемого радиационными и другими источниками.// Научный комитет ООН по влиянию атомной радиации, материалы 44-й сессии, Вена, 1993.

71. Пальгунов П.П., Сумароков М.В. Утилизация промышленных отходов / М.: Стройиздат, 1990. 352 с.

72. Пашкевич М.А. Техногенные массивы и их воздействие на окружающую среду, СПб, изд. Санкт-Петербургский горный институт, 2000г.

73. Перельман А.И. Геохимия природных вод. М., Наука, 1982, 154 с.

74. Плотников Н.И., Рогинец И.И., Мамонтов В.К., Мироненко В.А. и др. Защита окружающей среды при горных разработках рудных месторождений. М., Наука, 1985.

75. Попов С.И., Габитов P.M., Кашапов З.М. Управление горнотехническими параметрами отвалов. Горный журнал, 1988, № 2.

76. Порядок определения размеров ущерба от загрязнения земель химическими веществами Министерство охраны окружающей среды и природных ресурсов РФ от 27 декабря 1993 г. № 04-25/61-5678

Информация о работе

Паршина, Мария Викторовна
кандидата технических наук
Санкт-Петербург, 2006
ВАК 25.00.36

Диссертация

Защита природной среды на основе рациональной технологии складирования отходов Кольской ГМК - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы