Повышение качества окружающей среды снижением экологической нагрузки природно-технической системы с горно-перерабатывающей составляющей

Проблема защиты биосферы от техногенных загрязнений приобретает глобальный характер. Острота ее больше всего ощущается в индустриально селитебных районах с мощным энергетическим и горно-перерабатывающим комплексом. Здесь активно перемешивается твердо-жидко-газообразная фаза, поступающая в геосферы, уровень воздействия которых достигает запредельных значений, нередко приводящих к катастрофическим последствиям.

В этой связи определяющим ориентиром для всех стран и регионов остается принятый на Международном экологическом форуме РИО-92 заключительный документ, в котором определены основные принципы устойчивого развития человечества. В повестке дня на XXI век обозначены наиболее значимые направления, являющиеся ключевыми в общей концепции устойчивого развития жизни на планете Земля.

Предметом особой заботы остаются горные территории с мощным оздоровительно-рекреационным потенциалом, кладовыми минерально-сырьевых ресурсов, являющиеся одновременно водонапорными башнями питьевого водоснабжения всех стран.

В горных странах проживает около 10% населения мира. Здесь идет формирование и развитие наиболее опасных техногенных воздействий вследствие функционирования горных разработок по добыче минерального сырья открытым, подземным и комбинированным способами, перерабатывающей отрасли со значительными объемами хвостов обогащения, размещаемых на террасных участках узких горных ущелий с горными водотоками, могущими при половодьях сносить эти опасные техногенные месторождения, отравляя на своем пути флору и фауну, порою достигая акватории морей и океанов. Совокупное воздействие источников загрязнения и разрушения при функционировании природно-технических систем окружающая средаинфраструктура — горные разработки — социум может достигнуть критического уровня и привести к устойчивой деградации окружающей природной среды.

Такие тенденции отмечаются в районах деятельности рудников Северного Кавказа: Садонском свинцово-цинковом, Тырныаузском вольфрамо-молибденовом, Урупском горно-обогатительном. Лесистость склонов гор на территории Садонского рудного поля за последние 20 лет сократилась на 1520%, истощается биоразнообразие, отравляются реки, содержание Zn, Pb в реке Ар дон достигает 5−10 ПДК, вольфрама и молибдена в реке Баксан 6−8 ПДК, идет рост нефтепродуктов, нитратов, нитритов. Все приведенное свидетельствует о напряженной экологической ситуации, сложившейся на территории функционирования горных объектов с мощной индустриальной селитебной инфраструктурой. Негативные экономические последствия в виде загрязнения тяжелыми полиметаллами Zn, Pb, Wo, Mo, Cu, Ag, Cd и др. равнинных почв, пастбищ, сенокосов нарастают, охватывая все новые и новые горизонты. Поэтому разработка механизма, позволяющего ограничить негативное воздействие эксплуатации рудников на окружающую природную среду является актуальной научной задачей. Решение этой задачи должно опираться на научном анализе имеющихся отечественных и зарубежных природосберегающих экологически чистых технологий, совершенствовании их с учетом конкретных природно-климатических и горно-технологических факторов, присущих рудникам Северного Кавказа. Только всесторонний учет эколого-формирующих факторов горных территорий с использованием эко-лого-математических моделей устойчивого развития может обеспечить требуемое качество окружающей среды с сохранением основных свойств биосферы.

Общая характеристика работы.

Актуальность работы. Одной из важнейших экологических проблем Северного Кавказа является ухудшающееся состояние окружающей среды. Этому процессу в немалой степени способствует интенсивная добыча полезных ископаемых, а также специфические природные условия горного региона.

Горно-добывающие и перерабатывающие предприятия региона работают в условиях ограниченного количества земельных площадей, сильно расчлененного рельефа, специфического водного и воздушного режимов. Эти факторы приводят к тому, что места деятельности промышленных предприятий, проживания населения и ведения сельского хозяйства находятся в непосредственной близости друг от друга и подвержены сильному взаимовлиянию. Кроме того, горный рельеф в значительной мере препятствует самоочищению и самовосстановлению атмосферы и водной среды, что приводит к усилению воздействия добывающих и перерабатывающих процессов на социум и экосистемы. Многие годы добыча полезных ископаемых в регионе преимущественно была направлена на извлечение наиболее богатых рудных залежей, что привело к необоснованным для будущих поколений разрушениям горных массивов, устойчивой деградации природы и потерям полезных ископаемых. Практически до настоящего времени при разработке месторождений Северного Кавказа руководствовались только экономическими соображениями.

Опыт развития человеческого общества показывает, что беспощадное изъятие природных ресурсов, направленное на получение сиюминутной выгоды, в конечном счете себя не оправдывает. Наиболее приемлемым путем решения экологической проблемы Северного Кавказа при функционировании природно-технической системы (ПТС) окружающая среда — инфраструктура — горно-промышленное производство — социум в сложившихся условиях является повышение качества окружающей среды снижением экологической нагрузки на экосферу путем внедрения эффективных технологий, способных надежно поддерживать безопасность и устойчивость развития экологических систем.

Решение и внедрение рекомендуемых технологий должно приниматься на основе их детальной оценки по совокупности экономических, экологических и других факторов, имеющих значение для равновесного развития региона, его населения и окружающей природы.

Таким образом создание экологически безопасных природоохранных технологий на объектах природно-технической системы с горнопромышленной составляющей, позволяющих повысить качество окружающей среды и биосферы в целом, является актуальной научной задачей.

Цель работы состоит в обосновании технологических решений, реализация которых на объектах природно-технической системы (ПТС) окружающая среда — инфраструктура — горные разработки — социум обеспечит допустимую нагрузку на экологическую систему с соответствующим качеством окружающей среды.

Основная идея работы заключается в выполнении природосберегающих решений на экологически опасных объектах ПТС с получением природоохранного эффекта, соответствующего нормативно-допустимой нагрузке на экологическую систему.

Методы исследования включают в себя научное обобщение и анализ, эколого-статистическое моделирование, лабораторный и промышленный эксперимент, планирование эксперимента, многофакторный и корреляционный анализ.

Научные положения, выносимые диссертантом на защиту: 1. Качество окружающей среды в экологических системах зависит от уровня техногенной нагрузки, величина которой определяется первичными ресурсами геосфер, вовлеченными для ее нормализации.

2. Выбор технологии по обеспечению допустимой экологической нагрузки на санитарно-опасных объектах и процессах ПТС осуществляется с использованием эколого-статистической модели, критерием которой является максимум эколого-экономического эффекта в условиях региона при соблюдении нормативов качества окружающей среды.

3. Устойчивое развитие экосистем при функционировании ПТС с горнодобывающими составляющими надежно лишь при наличии научно обоснованных решений, детально апробированных в натурных условиях.

Научная новизна диссертационных исследований состоит в следующем:

1. Разработана концепция оценки уровня техногенной нагрузки в условиях горных территорий, отражаемых выбранными для этого факторами.

2. Сформулированы основные рецептуры и технологии их использования на объектах загрязнения для достижения нормативных параметров окружающей среды в мониторинговых точках.

3. Разработана классификация экологически опасных объектов при функционировании ПТС и определен механизм управления природной средой путем выбора технологии экологизации.

Научное значение работы состоит в установлении основных принципов и положений оценки экологической нагрузки на экологические системы в условиях горного региона с учетом экономических и экологических факторов, возникающих в процессе горных разработок и на последующих производственных стадиях.

Практическое значение работы заключается в возможностях применения созданного механизма для обоснования и выбора эффективных технологий экологизации объектов ПТС в условиях горного региона, приемлемых в техническом, экономическом и экологическом аспектах.

Обоснованность и достоверность научных выводов и рекомендаций подтверждается:

— большим объемом представленной в работе фактической информации об экологическом состоянии в районе деятельности ПТС Северного Кавказа с горно-промышленной составляющей;

— высокой сходимостью расчетных данных с результатами натурных исследований, не выходящих за пределы 15%;

— положительными результатами приложения разработанных технологий экологизации и рекомендаций на рудниках Садонского и Тырныауз-ского комбинатов.

Реализация выводов и рекомендаций работы Результаты диссертационных исследований использованы: ОАО «Кав-казцветметпроект» при разработке проекта ОВОС для Садонского и Тыр-ныаузского рудников, при реализации программы «Горы Осетии» и «Недра Осетии», для обоснования природоохранных технологий в условиях предприятий Садонского свинцово-цинкового комбината.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на Садонском свинцово-цинковом комбинате, Тырныа-узском вольфрамомолибденовом комбинате (2003 г.), кафедрах «Экологии и безопасности жизнедеятельности» СКГМИ (ГТУ), ОАО «Кавказцветметпро-ект», в Управлении природных ресурсов МПР РФ по РСОА и Управлении природных ресурсов МПР РФ по КБР (г. Нальчик, 2003 г), на научно-технических конференциях СКГМИ 2002 — 2004 гг., на V Международной конференции «Устойчивое развитие горных территорий: проблемы и перспективы интеграции науки и образования» (г. Владикавказ, 21 — 23 сентября 2004 г.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 5 статьях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Работа содержит 186 стр. текста, 20 рисунков и 49 таблиц.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4 Оценивая решения, разработанные в процессе диссертационных исследований по пылегазонейтрализации процессов, загрязняющих окружающую природную среду, можно сделать следующие выводы:

1. Техногенное вмешательство в недра земли особенно в условиях горных ландшафтов сопровождается деградацией и разрушением компонентов биосферы местности, приче*м интенсивность процесса зависит от экономической нагрузки на геосферы.

2. Выбрана рецептура пылегазонейтрализации при бульдозерных работах и на обнажениях техногенного происхождения и доказана натурными экспериментами высокая эффективность и экологическая безопасность ее применения.

3. Доказана целесообразность использования в качестве пылегазопо-давляющих средств на погрузочно-разгрузочных операциях и на бункерном хозяйстве воздушно-механической пены на основе пенообразователя ПО-1, способной связывать пылевые фракции в течение времени, необходимого для доставки руды и породы до перевалочной базы.

4. Разработано устройство для пылегазонейтрализации типа УМП-1 для связывания пыли на откосах отвала вскрышных пород и на площадке отвала, причем удельный расход универсина не превышает 0,2 л/м при производительности орошения 15 га, дальнобойности струи 450 м и угле раствора факела до 73.

5. Разработана технология текущего обеспылевания хвостохранилищ, и эффективная схема биологической рекультивации тела при консервации хвостового хозяйства в условиях горного ландшафта.

6. Разработана модель устойчивого надежного развития природно-технической системы окружающая среда — инфраструктура — горные разработки — социум, эффективность функционирования которой не вызывает сомнений.

7. Разработана схема управления качеством окружающей среды с необходимой базой средств и способов обеспечения надлежащего качества окружающей среды и способной при необходимости удовлетворять более жестким экологическим требованиям, с ресурсом сохранения основных свойств биосферы в регионе. г.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В результате выполненных диссертационных исследований, проведенных на основных технологических процессах и объектах сопровождения природно-технической системы окружающая среда — инфраструктура — горные разработки — социум, можно сделать следующие выводы:

1. Горные территории являются особой формой экосистем, требующих учета таких специфических особенностей как ослабленный эколого-природный потенциал, повышенное разрежение воздуха и более высокие нагрузки на организм человека и растения.

2. Доказано, что пониженное барометрическое давление требует снижения фактического уровня загрязнителей в единице объема на величину барометрического коэффициента, численно равного отношению фактического барометрического давления воздуха к нормальному его давлению.

3. Экологическая нагрузка на геосферы региона при функционирований природно-технической системы окружающая среда — инфраструктура — горные разработки — социум зависит не только от комплексного показателя экологической нагрузки, но и от показателя фонового загрязнения окружающей среды.

4. Доказано, что наиболее высокая экологическая нагрузка на экосферу региона приходится на производство массового взрыва, негативное воздействие которого зависит не только от мощности взрыва, но и от метеопараметров, особенно от направления и скорости ветра.

5. Установлено, что в формировании загрязнения окружающей среды при функционировании природно-технической горно-промышленной системы принимают участие три составляющие, связанные соотношением: со, +Св, +Сф, ^ с пдксс > где Со — показатель уровня загрязнения от основного производства в точках мониторинга, мг/м3;

Св — показатель загрязнения от вспомогательного производства в точках мониторинга, мг/м3;

Сф — показатель загрязнения, соответствующий фоновому в точках мониторинга, мг/м3.

6. Доказано, что пылегазонейтрализация на погрузочно-доставочных и бульдозерных работах эффективно может быть обеспечена применением У универсина при расходе его 0,2 л/м поверхности.

7. Установлено, что в районе деятельности природно-технической системы уровень загрязнения литосферы приводит к почти двукратному превышению ПДК по тяжелым металлам (РЬ и Zn) в биопробах растений (картофель, яблоки).

8. Доказано, что поверхностная активность жидкостей является мерой эффективности пылеподавления, причем, чем ниже поверхностная активность водных растворов, тем выше эффективность подавления пыли.

9. Показано, что многократная пена, созданная в пеногенераторной установке, предложенной автором, обеспечивает срок ее жизни, необходимый для транспортировки горной массы от бункеров до места доставки к обогатительной фабрике, без выделения пылевых фракций в окружающую среду.

10. Разработана модель устойчивого развития природно-технической системы окружающая среда — инфраструктура — горные разработки — социум, эффективность функционирования которой доказана на практике Тырныауз-ского ВМК.

11. Разработана схема управления качеством окружающей среды с необходимой базой средств и способов обеспечения нормативного качества, способной при необходимости достичь еще более высоких требований качества окружающей среды с ресурсом сохранения основных свойств биосферы — саморегулирования и самовосстановления.