Геохимическое описание предприятия
Егорьевское месторождение фосфоритов расположено в Московской области в 80−100 км к юго-востоку от города Москва. Занимает площадь 350 км². Известно, что фосфоритовый слой формировался в позднеюрскую эпоху, во времена которой данные территории занимало море. Море населяли различные формы головоногих моллюсков — аммонитов и белемнитов. Отмирающий планктон послужил источником фосфорных соединений… Читать ещё >
Геохимическое описание предприятия (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
1. Общие сведения о промышленном объекте
гидрогеохимический ландшафт загрязнение техногенный
«Фосфаты» — производственное объединение по добыче фосфоритов и производству минеральных удобрений и кормовых добавок в Московской области. Создано в 1962 на базе Лопатинского и Егорьевского рудников. Сырьевой базой являлось Егорьевское месторождение, эксплуатирующееся с 1922. В 1998 году с одобрения собрания акционеров ОАО «Фосфаты» были выделены два основных структурных подразделения и образованы ЗАО «Кормофос» и ЗАО «Кварцит». Значительные запасы перешли в разряд забалансовых, что вызвано высокими затратами на ликвидацию экологического ущерба, связанного с восстановлением ландшафтов, что делало разработку Егорьевского месторождения экономически не рентабельной. Постановлением Арбитражного суда Московской области от 2000 года по ходатайству кредиторов было принято решение о введении процедуры банкротства и назначении внешнего управляющего[1]. В настоящее время данное месторождение не разрабатывается.
Егорьевское месторождение фосфоритов расположено в Московской области в 80−100 км к юго-востоку от города Москва. Занимает площадь 350 км2. Известно, что фосфоритовый слой формировался в позднеюрскую эпоху, во времена которой данные территории занимало море. Море населяли различные формы головоногих моллюсков — аммонитов и белемнитов. Отмирающий планктон послужил источником фосфорных соединений, дальнейшее преобразование которых привело к формированию крупных месторождений фосфоритов. Обилие растительных остатков создало восстановительные условия, что способствовало образованию сульфидов и карбонатов железа, этим можно объяснить присутствие пирита (FeS2), окислителя почвы, в данном месторождении. Подмосковный фосфоритный бассейн имеет концентрически-зональное строение. К центру бассейна увеличивается мощность фосфоритных слоев, но убывает содержание Р2О5 в фосфоритных горизонтах. То есть чем больше мощность, тем беднее руды. Это вызвано тем, что легкий алевритово-песчаный материал вымывался в береговой зоне между конкрециями и течением сносился вниз в более глубокую центральную часть бассейна. В результате ближе к берегу происходило скопление желваков и конкреций (то есть обогащение руд), а вблизи центра бассейна росли мощности осадков с одновременным обеднением руды. Таким образом, фосфориты Егорьевского месторождения являются переотложенными образованиями. Фосфориты формировались в теплом субтропическом климате, сменившимся впоследствии на аридный (сухой с высокими температурами, испытывающими большие суточные колебания). В формировании фосфоритов большую роль играли процессы подводного выветривания и биогенные процессы.
Уникальность заложения заключается в мягкости пород и поверхностном типе заложения, которое не требует рытья шахт, однако обуславливает применение специальной техники для добычи — многоковшовых экскаваторов для переукладки мягких и рыхлых пород в отвалах — абзетцеров. Данные машины можно найти и по сей день на заброшенных карьерах месторождения. Фосфоритоносные отложения (верхняя юра — нижний мел) имеют мощность в среднем 3,8 м. Два промышленных слоя фосфоритов состоят из конкреций и фосфатизированной фауны (моллюски, фораминиферы), сосредоточенных в кварцево-глауконитовом глинистом песке. Нередко в верхнем слое присутствует «фосфоритовая плита» — желваки фосфоритов, сцементированные фосфатами. Фосфоритоносная толща перекрыта песками нижнемелового возраста и песчано-глинистыми отложениями неоген-четвертичного возраста мощностью от нескольких метров до 30−40 м, подстилаются фосфориты известковистыми глинами верхней юры. Основные минералы, входящие в состав руды, — фосфаты, глауконит, кварц, гидрослюды, сидерит, лимонит, пирит; содержание P2О5 от 6 до 15%, в среднем 12,7%. По содержанию полезного компонента руды относятся к бедным рудам. Суммарные запасы составляют 227,3 млн т руды[3].
Более чем на 30% территории естественный рельеф нарушен в связи с отработкой месторождения открытым карьерным способом и намывом отходов обогащения. Большая часть отработанных участков карьера спланирована и рекультивирована.
В районах хвостохранилищ и карьеров в геологическом разрезе присутствуют техногенные отложения, представленные насыпными и намывными породами. Насыпные породы возникают в результате складирования в отвалы вскрышных пород. Мощность насыпных пород 3,8 — 22,7 м. Намывные породы являются отходами обогащения фосфоритовой руды, представляющие собой механические примеси и химические осадки, насыщенные концентрированными токсичными растворами, складируются на территории хвостохранилища. Мощность намывных пород зависит от времени намыва, которая колеблется от 0,5 до 25 м.
Данное предприятие включало в себя горнопромышленный комплекс по разработке месторождения фосфоритов и их обогащению, производство кормовых обесфторенных фосфатов (ПКОФ), специальные хранилища жидких и твердых отходов). Основной продукцией ОАО «Фосфаты» являлась фосфоритная мука и песок кварцевый молотый.
Добыча и переработка егорьевских фосфоритов и использование произведенной из них фосфоритной муки в качестве удобрения — безопасны с точки зрения концентраций токсичных химических элементов и радионуклидов. Однако, при разработке фосфоритов полностью уничтожаются ландшафты, которые восстанавливаются, но в течение большого срока (30−50 лет). Чтобы эксплуатация егорьевских фосфоритов была прибыльной, необходимо разработать новые технологические схемы добычи и переработки фосфоритов, исключающие уничтожение вышезалегающих месторождений.
Добыча полезных ископаемых, как уже было сказано выше, осуществлялась открытым способом (карьером), вскрывая верхний юрский водоносный горизонт. Это связано с проведением мероприятий по осушению месторождения: были пробурены водопонижающие скважины, установлены насосы, перекачивавшие воду из карьера. Карьерные воды, образовывавшиеся вследствие разгрузки подземных и атмосферных вод в дренажные канавы, попадали в реку Натынку. Заболоченность Натынского водосбора достаточно высокая вследствие нарушения водного баланса территории — утечек из системы водооборота хвостового хозяйства и аварийных сбросов с обогатительных фабрик. В местах разгрузки загрязненных подземных вод с территории хвостового хозяйства, речные воды по своему составу близки к дренажным водам хвостохранилищ.
Руда транспортируется из карьера на обогатительные фабрики, где производится концентрат поступающий на ПКОФ для дальнейшей переработки. Обогатительные фабрики и завод связаны с пунктами перегрузки сырья железнодорожным сообщением.
На объекте реализованная система оборотной воды: из хвостохранилищ обогатительных фабрик вода попадает в отстойник, откуда стекает в водоотстойную канаву, а затем в накопитель оборотной воды, откуда возвращается на обогатительные фабрики. В качестве подпитки используют воду водозабора, от которого питается завод ПКОФ. Водозабор осуществляется из р. Натынка. Схема гидротранспортных сетей и схема водоснабжения предприятий отражена на инженерной план-схеме (приложение А). Заболоченность Натынского водосбора достаточно высокая вследствие нарушения водного баланса территории — утечек из системы водооборота хвостового хозяйства и аварийных сбросов с обогатительных фабрик. В местах разгрузки загрязненных подземных вод с территории хвостового хозяйства, речные воды по своему составу близки к дренажным водам хвостохранилищ.
В ходе работы использовалась инженерная план-схема (приложение А). В таблице 1 предоставлены основные сведения о положении объектов на карте. Для указания координат объектов была обозначена координатная рамка, где за начало координат принят левый нижний угол.
Таблица 1 — «координаты и площади объектов промплощадки»
Номер согласно инженерной план-схеме | Наименование объекта | Координаты | Площадь | |
Здание ПКОФ | 350; 1750 | 1,62*10-2км2 | ||
Здание фабрики рудопромывки | 350; 1150 | 0.72* 10-2км2 | ||
Здание фабрики флотации | 200; 1150 | 1.4*10-2км2 | ||
Котельные | 250; 1000 | 1.5*10-2км2 | ||
150; 1620 | 1.4*10-2км2 | |||
Теплица | 70; 1620 | 2,7*10-3км2 | ||
Карьерная выемка | 1200; 250 | 0,23 км2 | ||
2. Природные и техногенные ландшафты
Ландшафт — основная единица физико-географического районирования — единая генетически территория с однотипным рельефом, геологическим строением, климатом, общим характером поверхностных и подземных вод, закономерным сочетанием почв, растительных и животных сообществ. Верхняя граница ландшафта находится в тропосфере, нижняя — в подошве горизонта грунтовых вод.
В зависимости от вида миграции ландшафты подразделяются на абиогенные ландшафты, для которых характерны только механическая и физико-химические виды миграции элементов, биогенные с ведущим значением биогенной миграции и подчиненным механической и физико-химической и культурные (техногенные, антропогенные), где преобладает техногенная миграция.
Элементарный ландшафт — это определенный элемент рельефа, сложенный одной породой или наносом, на протяжении которого сохраняется определенный тип почвы, и покрытый в каждый отдельный момент своего существования определенным растительным сообществом.
Техногенный (антропогенный) ландшафт — измененный или искусственно созданный человеком на природной основе ландшафт; природно-производственный территориальный комплекс, природное равновесие в котором постоянно поддерживается человеком.
Выделяют три основных группы элементарных ландшафтов: элювиальные, супераквальные и аквальные.
Элювиальные ландшафты возникают на повышенных элементах рельефа, при глубоком залегании уровня грунтовых вод, не оказывающих влияние на почвы и растительность. Извне в элювиальный ландшафт вещество поступает лишь из атмосферы (осадки, пыль), а боковой приток с поверхностными и грунтовыми водами отсутствует. Почвы, развивающиеся в элювиальном ландшафте, обычно промыты от легкорастворимых соединений.
Аквальные (подводные) ландшафты подразделяют на аквальные ландшафты морей и океанов и континентальные аквальные ландшафты. Последние играют более важное значение в данной работе.
Континентальные аквальные ландшафты генетически тесно связаны с элювиальными ландшафтами, находящимися в бассейне водои солесбора. Привнес вещества с твердым и жидким стоком является основным: донные почвы все время погребаются под новым наносом, аккумулируя материал, сносимый из соседних элювиальных ландшафтов. В аквальных ландшафтах разложение органических остатков протекает в анаэробных условиях и сопровождается образованием сапропели.
Супераквальные ландшафты формируются на пониженных элементах рельефа, где грунтовые воды подходят близко к поверхности. Кроме поступления веществ из атмосферы наблюдается приток химических элементов с твердым и жидким стоком из соседних элементарных ландшафтов. Вследствие близкого залегания уровня грунтовых вод территории супераквальных ландшафтов являются склонными к заболачиванию. Для территорий болот характерна восстановительная обстановка и процессы восстановления сульфата с выделением сероводорода[4].
В соответствии с таким разделением на план-схеме в приложении Б выделены ландшафты следующим образом: желтым — элювиальные, зеленым — супераквальные, синим — аквальные. Оттенком обозначена их принадлежность к определенному типу ландшафтов: темным — природные, светлым — техногенные.
В таблице 2 на территории объекта выделены следующие ландшафты.
Таблица 2 — «классификация техногенных ландшафтов»
Элювиальные | Супераквальные | Аквальные | ||
Техногенные | 1. Горнопромышленный (борты карьера (25), отвалы (19,26)), вырубка леса вдоль бортов карьера (24); 2. Пустынный (старые хвостохранилища (11,12)); 3. Селитебный (деревня Осташево, територия завода ПКОФ (1), обогатительных фабрик (7,8), теплицы (4), котельной (3)); 4. Рекреационный (рекреационная рекультивация (22)); 5. Агрохозяйственный (территория сельскохозяйственной рекультивации пропашных (20) и кормовых (26). 6. Лесохозяйственный (территория л/х рекультиваций (21)) | 1. Горнопромышленный (намывные отложения хвостохранилищ обогатительных фабрик (14,15) и завода (2), болото техногенного происхождения (18), дно карьера (25), заболачивание берегов реки Натынки) | 1. Горнопромышленные (накопитель оборотной воды (13), водоотстойная канава (16,17), хвостохранилище завода (2), центральные части хвостохранилищ обогатительных фабрик (14,15), сточная канава карьера); р. Натынка, озеро Круглое | |
Природные | Лес (23) | |||
Практически все ландшафты, выделяемые на рассматриваемой территории, относятся к техногенным (за исключением территории леса).
3. Воздействие горного предприятия на окружающую среду
Нарушение — это изменение внешних параметров объектов, таких как высота, глубина ширина.
Загрязнение — привнесение в среду или возникновение в ней новых, не характерных для нее, химический, физических, биологических или информационных агентов, или повышение концентраций этих агентов сверх среднего наблюдающегося количества или уровня.
В таблице 3 приведены примеры нарушений и загрязнений, появившихся в результате хозяйственной деятельности предприятия.
Таблица 3 — «нарушения и загрязнения объектов окружающей среды»
Сфера | Тип воздействия | ||
Нарушения | Загрязнения | ||
Атмосфера | 1) Разряжение (ветровые тени в результате строительства объектов карьера не по розе ветров); 2) Температурные инверсии (работа котельной) | Химическое (пыление с отвалов, выбросы предприятий, загрязнение выхлопными газами передвижной техники); Физическое: 1) Тепловое (котельные, теплица); 2) Электромагнитное (использование электрического оборудования, линии электропередачи) 3) Шумовое (промышленные предприятия, автотранспорт, передвижная техника, взрывные работы); 4) Световое (искусственное освещение объектов карьера) | |
Гидросфера | Поверхностные 1) Заболачивание (образование болота техногенного происхождения в результате нарушения изоляции хвостохранилища); 2) Истощение водотоков и водоемов (водозабор в реке); 3) Затопление рельефа (хвостохранилища, накопитель оборотной воды, водоотстойная канава) 4) Зарегулирование, водохранилище, каналы (накопитель оборотной воды, водоотстойная канава); Подземные Осушение (карьер, строительство зданий) | Химическое (сброс промышленных сточных вод, утечки в пульпопроводе и хвостохранилищах) Физические Тепловое (сброс горячих технологических вод); Биологическое (эвтрофикация — насыщение водоемов биогенными элементами, к которым относятся непосредственно фосфаты) | |
Литосфера | Деформация 1) Уплотнение (пункт перегрузки, отвалы, здания); 2) Разрыхление (пашня, гусенечный транспорт) 3) Трещины (оползень бортов карьера при большом угле откоса) Кольцевой провал (неравномерно отложенный отвал); Проседание (забор воды из подземных горизонтов в карьере); Выемки 1) Карьерная выемка (карьер) 2) Котлованные и траншейные выемки (карьер, строительство знаний); Насыпи 1) отвальные (неспланированные отвалы) 2) гидротехнические (борта хвостохранилищ). Застройки (все здания) | Химическое: Утечка из хвостохранилищ; Оседание пыли с пылящих отвалов и при взрывных работах Физическое: 1) Тепловое (котельные, теплица, отопительные магистрали); 2) Радиационное (глауконитовая супесь); Химическое (пыление, утечка отходов, оседание выбросов котельных, окисление пиритом почвы) | |
Биота | 1) Фитоценотические (вырубка леса, уничтожение растительности под отвалами, постройками, дорогами); 2) Зооценотические (распугивание, интродукция животных на территории, занятой производством и нескольких километрах за её пределами 1) Микробоценотические Повреждение, уничтожение интродукция микроорганизмов на территории предприятия, карьера и т. д. | Химическое (загрязнение атмосферы, гидроферы, литосферы); Физическое: 1) Тепловое (перемена места обитания животных); 2) Шумовое (вынужденное переселение некоторых видов); 3) Световое (нарушение режима жизни видов, ведущих ночной образ жизни); Биологическое: внесение нехарактерных для данной территории форм жизни: образование и размножение цианобактерий; поселение вблизи производства крыс, голубей, тараканов. | |
4. Техногенные ореолы и потоки загрязнения
4.1 Гидрогеохимические ореолы загрязнения
Гидрогеохимические ореолы загрязнения — это области распространения подземных и поверхностных вод с многократно повышенными по сравнению с фоновыми концентрациями микрои макроэлементов, формирующиеся в результате сбросов в поверхностные и подземные воды сточных и карьерных вод, а также образующиеся за счет растворения и выноса химических элементов и соединений из минеральных отходов добычи и переработки полезных ископаемых.
Гидрогеохимические потоки загрязнения — это участки линейной формы с многократно повышенными по сравнению с фоновыми концентрациями микрои макроэлементов в подземных и поверхностных водах.
Для построения гидрогеохимических ореолов и потоков загрязнения необходимо рассчитать коэффициент контрастности и суммарного загрязнения по имеющимся концентрациям загрязняющих веществ, которые представлены в таблице 4. В ней также указаны фоновые значения данных веществ и их ПДК. Общую жесткость рассчитывали по негативному суммарному влиянию ионов и .
Таблица 4 — «концентрация загрязняющих компонентов в подземных и поверхностных водах, их фоновые значения, ПДК, мг/л»
Место отбора проб | ОЖ, мг-экв/л | Соляровое масло | Соли смоляных кислот | |||||||
ПДК | 1,5 | 3,5 | 0,05 | |||||||
Фоновые воды | 7,4 | 9,7 | 0,85 | 0,1 | 0,0001 | 0,01 | ||||
Хвостохранилища: | ||||||||||
Флотации | 45,3 | 8,2 | 3,5 | |||||||
Рудопромывки | 49,5 | 9,2 | 0,5 | |||||||
Старые | 27,0 | 0,001 | ||||||||
Скважины: | ||||||||||
49,3 | 8,8 | 1,1 | ||||||||
39,0 | 4,3 | 5,4 | 0,1 | 25,4 | ||||||
27,0 | 2,7 | 2,9 | 0,01 | 3,7 | ||||||
21,1 | 1,8 | 1,5 | 0,005 | 1,5 | ||||||
16,0 | 1,2 | 0,7 | 0,001 | 0,5 | ||||||
13,3 | 1,5 | 2,5 | 0,005 | |||||||
29,3 | 3,5 | 1,2 | 0,5 | |||||||
14,4 | 1,5 | 1,7 | 0,05 | |||||||
25,5 | 2,2 | 3,5 | 0,005 | |||||||
Хвостранилище ПКОФ | 86,3 | 0,01 | ||||||||
Скважины: 10,10а, 10б | 25,9 | 1,4 | 6,5 | 0,005 | ||||||
Скважина 11 | 52,0 | 6,3 | 0,005 | |||||||
Колодец, скважина 12 | 24,8 | 2,2 | 3,2 | 0,005 | ||||||
Коэффициенты контрастности гидрогеохимических ореолов и потоков загрязнения определяют для каждого загрязняющего компонента относительно значения предельно допустимых концентраций ПДК (КПДК — коэффициент контрастности относительно ПДК) и фоновых значений (Кф — коэффициент контрастности относительно фона) по формуле 1:
(1)
где СА — концентрация компонента, А в загрязненных водах, мг/л, мг-экв./л; ПДКА — предельно допустимая концентрация компонента А, мг/л, мг-экв./л; - фоновая концентрация компонента А, мг/л, мг-экв./л.
При построении карты изолиний использовался показатель Кз — суммарный коэффициент загрязнения, который служит критерием оценки степени загрязненности подземных и поверхностных вод и рассчитывается по формуле 2:
== (2)
Результаты расчета коэффициентов контрастности и суммарного коэффициента загрязнения приведены в таблице 5.
Таблица 5 — «коэффициенты контрастности и суммарного загрязнения гидрогеохимических ореолов и потоков»
Место отбора проб | Соляровое масло | Соли смоляных кислот | ОЖ, мг-экв/л | ||||||
Хвостохранилища: | |||||||||
Флотации | 1,64 | 2,10 | 5,47 | 2,86 | 70,00 | 175,00 | 6,48 | 263,54 | |
77,70 | 7,45 | 9,65 | 100,00 | 35 000,00 | 35 000,00 | ||||
Рудопромывки | 1,03 | 2,28 | 6,13 | 4,29 | 10,00 | 75,00 | 7,07 | 105,80 | |
48,65 | 8,09 | 10,82 | 150,00 | 5000,00 | 15 000,00 | ||||
Старые | 0,71 | 1,34 | 2,67 | 2,29 | 0,02 | 28,00 | 3,86 | 38,88 | |
33,78 | 4,75 | 4,71 | 80,00 | 10,00 | 5600,00 | ||||
Скважины: | |||||||||
1,14 | 2,13 | 5,87 | 3,43 | 22,00 | 140,00 | 7,05 | 181,62 | ||
54,05 | 7,55 | 10,35 | 120,00 | 11 000,00 | 28 000,00 | ||||
0,57 | 1,38 | 2,87 | 1,54 | 2,00 | 12,70 | 5,57 | 26,63 | ||
27,03 | 4,89 | 5,06 | 54,00 | 1000,00 | 2540,00 | ||||
0,34 | 1,14 | 1,80 | 0,83 | 0,20 | 1,85 | 3,86 | 10,02 | ||
16,22 | 4,04 | 3,18 | 29,00 | 100,00 | 370,00 | ||||
0,21 | 0,82 | 1,20 | 0,43 | 0,10 | 0,75 | 3,01 | 6,52 | ||
10,14 | 2,91 | 2,12 | 15,00 | 50,00 | 150,00 | ||||
0,13 | 0,68 | 0,80 | 0,20 | 0,02 | 0,25 | 2,29 | 4,36 | ||
6,08 | 2,41 | 1,41 | 7,00 | 10,00 | 50,00 | ||||
0,20 | 0,48 | 1,00 | 0,71 | 0,10 | 12,50 | 1,89 | 16,89 | ||
9,46 | 1,70 | 1,76 | 25,00 | 50,00 | 2500,00 | ||||
0,63 | 1,36 | 2,33 | 0,34 | 10,00 | 34,00 | 4,18 | 52,84 | ||
29,73 | 4,82 | 4,12 | 12,00 | 5000,00 | 6800,00 | ||||
0,21 | 0,62 | 1,00 | 0,49 | 1,00 | 15,00 | 2,06 | 20,38 | ||
10,14 | 2,20 | 1,76 | 17,00 | 500,00 | 3000,00 | ||||
0,34 | 1,14 | 1,47 | 1,00 | 0,10 | 12,50 | 3,64 | 20,19 | ||
16,22 | 4,04 | 2,59 | 35,00 | 50,00 | 2500,00 | ||||
Хвостохранилище ПКОФ | 3,19 | 7,34 | 9,33 | 5,14 | 0,20 | 200,00 | 12,33 | 237,54 | |
150,68 | 26,03 | 16,47 | 180,00 | 100,00 | 40 000,00 | ||||
Скважины: 10,10а, 10б | 0,71 | 1,16 | 0,93 | 1,86 | 0,10 | 5,00 | 3,70 | 13,47 | |
33,78 | 4,11 | 1,65 | 65,00 | 50,00 | 1000,00 | ||||
Скважина 11 | 1,53 | 3,22 | 3,33 | 1,80 | 0,10 | 90,00 | 7,43 | 107,41 | |
72,30 | 11,42 | 5,88 | 63,00 | 50,00 | 18 000,00 | ||||
Колодец, скважина 12 | 0,86 | 1,46 | 1,47 | 0,91 | 0,10 | 15,00 | 3,55 | 23,35 | |
40,81 | 5,18 | 2,59 | 32,00 | 50,00 | 3000,00 | ||||
По полученным значениям суммарного коэффициента загрязнения при помощи метода интерполяции и экстраполяции на план-схему были нанесены гидрогеохимические ореолы и потоки загрязнения (приложение В). За границу ореола принята изолиния со значением Кз равным единице. На территории промплощадки выделены два гидрохимических ореола загрязнения. Один находится в зоне воздействия хвостохранилища ПКОФ, второй — вблизи хвостохранилищ обогатительных фабрик рудопромывки и флотации.
4.2 Литохимические ореолы загрязнения
Литохимические ореолы загрязнения — это области распространения в рыхлых покровных отложениях с многократно повышенными по сравнению с фоновыми содержаниями минералов и элементов, образующиеся в результате попадания на поверхность твердых отходов добычи и переработки минерального сырья.
Литохимические потоки загрязнения — это участки линейной формы с многократно повышенными по сравнению с фоновыми концентрациями минералов и химических элементов, образующиеся в донных отложениях временных и постоянных водных потоков, выносящих их из очагов загрязнения (отвалов, хранилищ отходов).
По данным опробования тезногенных пород и естественных покровных отложений, приведенным в таблице 6, рассчитывают коэффициенты контрастности литогеохимических ореолов загрязнения.
Таблица 6 — «состав загрязняющих компонентов в естественных почвенно-покровных отложениях и техногенных отложениях, %»
Порода | Фосфаты | Фториды | Сульфаты | Карбонаты | Ca | Fe | Ti | |
Почвенно-покровные отложения (фон) | 0.05 | 0,01 | 0,38 | 0,85 | 3,85 | 2,37 | 0,03 | |
Глауконитовая супесь (территория с/х освоения) | 6.5 | 2,8 | 1,03 | 0,95 | 9,07 | 10,38 | 0,3 | |
Эфеля (отходы рудопромывки) | 8.9 | 0,3 | 1,2 | 2,7 | 15,26 | 13,53 | ; | |
Шламы (отходы флотации) | 5.1 | 0,61 | 0,8 | 1,97 | 9,8 | 14,32 | ; | |
Для определения степени инородности техногенных пород для природного ландшафта применяют коэффициент контрастности техногенных литохимических ореолов (формула 3):
(3)
где — концентрация компонента (соединения, минерала) А в техногенных отложениях, г/кг, %; - фоновое содержание компонента А, г/кг, %.
Результаты расчетов коэффициентов контрастности литохимических ореолов приведены в таблице 7.
Таблица 7 — «коэффициенты контрастности основных техногенных загрязнителей литохимических ореолов»
Порода | Фосфаты | Фториды | Сульфаты | Карбонаты | Кальций | Железо | Титан | |
Глауконитовая супесь (территория с/х освоения) | 2,7 | 1,1 | 2,4 | 4,4 | ||||
Эфеля (отходы рудопромывки) | 3,2 | 3,2 | 4,0 | 5,7 | ; | |||
Шламы (отходы флотации) | 2,1 | 2,3 | 2,6 | 6,0 | ; | |||
В результате расчетов на рассматриваемой промышленной площадке можно выделить пять литохимических ореолов загрязнения: старые и действующие хвостохранилища обогатительных фабрик, основными загрязняющими веществами для которых являются фосфаты, фториды и железо, а так же территория сельскохозяйственной рекультивации, где основными загрязнителями являются фосфаты, фториды и титан.
5. Литологический разрез территории и гидрохимический профиль
Литологический разрез территории представляет собой графическое изображение на вертикальной плоскости условий залегания разновозрастных отложений и их состава, формы геологических тел и изменения их мощности. Разрез дополняет и уточняет инженерно-экологическую карту района, дает возможность судить о глубине техногенных преобразований, мощности техногенных отложений, степени изоляции хранилищ отходов, защищенности подземных и поверхностных вод от проникновения в них загрязнения.
По имеющимся данным наземных наблюдений, буровых скважин и геофизическим наблюдений был построен разрез. Данные о каждой скважине содержатся в документации, где сообщается абсолютная отметка ее устья, глубина, порядок и мощность напластования пород, отметка уровня грунтовых вод.
Гидрохимический профиль представляет собой графическое изображение изменения концентраций определенных химических элементов или соединений, а также коэффициента суммарного загрязнения в подземных водах по заданной линии. В рассматриваемом случае эта линия совпадает с линией литологического разреза. Построение гидрохимических профилей — один из способов обобщения наблюдений за изменением состава подземных вод в районе техногенного воздействия предприятия на окружающую среду.
При построении гидрохимического профиля (приложение Д) используют концентрации различных загрязнителей в подземных водах в скважинах № 1−5, указанные в таблице 4. В данной работе гидрогеохимические профили описывают изменения концентраций солей смоляной кислоты, солярового масла, а так же изменение общей жесткости и коэффициента суммарного загрязнения.
Концентрации солей смоляной кислоты и солярового масла значительно понижаются на отрезке между второй скважиной и концом хвостохранилища, так как дамба хвостранилища препятствует распространению данных органических веществ. Однако ионы кальция и магния спокойно мигрируют через гидроизоляционный слой, так как обладают хорошей миграционной способностью и маленьким радиусом молекулы, поэтому на профиле не наблюдается резкого понижения общей жесткости.
6. Процессы техногенной метаморфизации состава вод и пород
При инфильтрации сточных вод в природные воды происходит изменение кислотно-щелочной и окислительно-восстановительной обстановки. В результате этого некоторые загрязняющие вещества осаждаются и теряют миграционные способности. Процессы осаждения труднорастворимых веществ типа MezXy описываются уравнением вида:
z Mey+ + y XzMez Xy (4)
Возможность прохождения процесса определяется насыщенностью r вод соединением MezXy: при r < 1 раствор недонасыщен MezXy, при r = 1 наблюдается равновесие между жидкой и твердой фазой, а при r > 1 раствор перенасыщен MezXy и происходит осаждение его из раствора.
Расчёт насыщенности вод труднорастворимыми соединениями производится в следующей последовательности показан в таблице 8.
Таблица 8 — «последовательность расчёта насыщенности вод»
Ход работы | Расчётная формула | Условные обозначения | |
1. Определение молярных концентрации основных компонентов, содержащихся в водах | где ci — заданная концентрация i-го компонента, мг/л; Mi — молекулярная (атомная) масса i-го компонента | ||
2. Расчет ионной силы раствора | где zi — заряд i-го компонента | ||
3. Расчет коэффициентов активности по закону Дебая — Гюккеля. В упрощенном виде, при низких значениях ионной силы раствора коэффициент активности | |||
4. Определяют активность ионов | |||
5. Рассчитывают насыщенность r. Для условного соединения MezXy насыщенность | где — растворимость соединения MezXy в воде. | ||
Проведение расчёта требует некоторых разъяснений. Следует учесть, что при рН < 8 в составе вод преобладают ионы первой стадии диссоциации угольной кислоты, требуется предварительный условный перерасчет активностей ионов в активности ионов .
Диссоциация угольной кислоты происходит по реакции 5:
((5)
Для второй стадии диссоциации справедливо выражение 6:
((6)
где — константа второй стадии диссоциации угольной кислоты (10−10,3), а .
Тогда активность ионов СО32 - рассчитывается следующим образом по формуле 7:
((7)
Насыщенность вод соединениями определяется по формуле 8:
((8)
где — растворимость CaCO3.
Результаты расчета приведены в таблице 9. Значение параметров для хвостохранилища флотации обозначен в правой части ячейки, для рудопромывки — в левой.
Таблица 9 — «расчет насыщенности сточных вод труднорастворимыми соединениями»
Хвостохранилище | Рудопромывки/флотации | ||||
Параметр | сi, мг/л | Ci, моль/л | ai, моль/л | ||
HCO3- | 1000/1300 | 0,016/0,021 | 0,012/0,016 | ||
Cl- | 360/575 | 0,01/0,016 | 0,007/0,01 | ||
SO42- | 1050,1/960,1 | 0,011/0,01 | 0,003/0,003 | ||
Ca2+ | 500,1/400,1 | 0,013/0,01 | 0,004/0,003 | ||
Mg2+ | 240/250 | 0,01/0,01 | 0,0035/0,0036 | ||
Na+ | 97/398 | 0,016/0,028 | 0,0026/0,0122 | ||
F- | 9,2/8,2 | 0,48/0,43 | 0,37/0,33 | ||
HPO42- | 15/10 | 0,16/0,0001 | 0,5/0,3 | ||
I | 0,08 | 0,09 | |||
г (I) | 0,77 | 0,77 | |||
г (II) | 0,36 | 0,35 | |||
rCaF2 | 15,65 | 9,55 | |||
rCaHPO4 | 0,92 | 0,47 | |||
rCaCO3 | 7,67 | 24,37 | |||
По данным расчетов видно, что насыщенность CaF2 и CaCO3 на хвостохранилищах рудопромывки и флотации больше 1, значит, раствор перенасыщен и происходит осаждение веществ из растворов. На хвостохранилище флотации насыщенность вещества CaHPO4 меньше 1, раствор не насыщен, из чего следует, что вещество подвержено миграции.
1. Арбитражный суд города Москвы. СМИ о суде, производство / www.garweb.ru/project/mas/about/smi/2002/01/22/21 069.htm
2. Сайт проекта «Рисуя минералы». Московский регион, геологический очерк / http://geo.web.ru/mindraw/mine9a.htm
3. Фазлави Али. Геология, геохимия, экология и запасы центральной части Егорьевского месторождения фосфоритов — Автореферат дисс. на соискание уч. ст. канд. г-м.н. М, 2006
4. Пашкевич М. А. Геохимия техногенеза — Учеб. Пособие, Санкт-Петербургский Горный ин-т. СПб, 2003, 74 с
5. 4. Пашкевич М. А. Геохимия окружающей среды и ланшафтоведение — Методологические указания к выполнению курсовой работы, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», СПб, 2013, 22 с